鋁模支撐系統(tǒng)數(shù)值模擬與計算

羅雯

（吉首大學張家界學院 湖南張家界 427000）

1 前言

Sp2000與傳統(tǒng)的手算計算相比體現(xiàn)在：在輸出驗算后可以查看位移，內(nèi)力，應力等變形圖，可以科學地分析受力變形部位，形象的變形圖與其動態(tài)的變形過程。這樣數(shù)值模擬與實際情況才能吻合。在加載荷載前，一定要羅列好其所受的荷載，并舉出受力的最不利荷載組合[1]。

以永清商務綜合樓A地A1塔樓項目為例，樓層高度4.7m。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及鋁模板施工工藝，對于梁，板使用梁板支撐桿，采用早拆可調(diào)節(jié)鋼支撐作為梁，板內(nèi)支撐滿堂架。①支撐鋼架管：Q235，強度設(shè)計值215kN/m2；直徑φ48，壁厚3.5mm。墻，柱模板支撐設(shè)置背楞，背楞對拉螺桿間距不大于900mm，墻體采用兩邊對拉且上下呈三角形的支撐系統(tǒng)。②對拉螺桿：墻φ18，軸向受拉承載力設(shè)計值28.1kN；柱φ27軸向受拉承載力設(shè)計值68.1kN。

2 基于sp2000對鋁模支撐系統(tǒng)的數(shù)值模擬

2.1 荷載的取值

①豎向考慮混凝土自重、鋼筋自重及鋁合金模板自重綜合取26.5kN/m3，樓板考慮布料機設(shè)備4kN/m2，主梁考慮人員及設(shè)備2.5kN/m2，混凝土振搗 2kN/m2。②側(cè)向取 min（F1=0.22γct0β1β2V1/2，F(xiàn)2=γcH）。各構(gòu)件橫載側(cè)向壓力統(tǒng)計如下：6.5m（5.8m）層高處寬2m（2.4m）的柱子恒載側(cè)向壓力：F1=76.2kN/m2（70.6kN/m2）F2=151.2kN/m2（129.6kN/m2）。6.5m（5.8m）層高處寬0.8m（0.8m）的柱子恒載側(cè)向壓力：F1=44.6kN/m2（44.6kN/m2）F2=151.2kN/m2（124.8kN/m2）。

2.2 荷載組合

分析工況包括：對于梁處鋁合金模板工況采用S=1.35×ΣGik＋1.4×0.7×ΣQik，對于墻處鋁合金模板工況采用 S=1.2×ΣGik＋1.4×ΣQik，對于柱處鋁合金模板工況采用 S=1.35×ΣGik＋1.4×0.6×ΣQik。

2.3 定義材料和截面

建模準備中的材料包括自定義的鋁合金模板、背楞、螺桿鋼管等幾種材料，材料在選擇的時候，材料的材質(zhì)特性與力學性能的參數(shù)必須準確，定義的截面屬性包括鋁合金模板單元、肋條、鋼管48、主龍骨，如遇到特殊情況未能定義的，可以采用截面等效代換的方法重新對截面進行定義，本在在建模的時候鋁合金模板厚度取4mm。

2.4 模型的邊界條件

在建立模型后，需確定模型的邊界條件，以模型的實際情況定義邊界條件，進行約束。

2.5 荷載加載

荷載加載是建好模型后的第一步工作，根據(jù)施工不同部位加載不同的荷載工況。

2.6 施工中柱的內(nèi)力分析

施工狀態(tài)下的荷載工況考慮恒荷載與活荷載的兩種組合，對于柱處鋁合金模板不考慮豎向活荷載。采用兩種方案對5.8m高2.4m寬外框柱支模系統(tǒng)進行驗算。方案一：3層疊合變截面梁，Q345，間距200mm緊固件。方案二：2層100×50×3.0方鋼管，間距300mm。

方案一內(nèi)力計算結(jié)果如圖1～2。

方案二內(nèi)力計算結(jié)果如圖3～4。

圖1 軸力計算結(jié)果圖

圖2 彎矩計算結(jié)果圖

圖3 軸力計算結(jié)果圖

圖4 彎矩計算結(jié)果圖

通過以上兩種方案分析柱處的應力應變，得到的應力應變線形圖，通過圖形可以看出在不同的部位產(chǎn)生的內(nèi)力值是不同的，這些應力值基本分布在中部撓度最大處，而兩側(cè)則相對應力較小。我們在施工過程中需要對位移變形最大處引起足夠的重視。兩種方案計算的最大應力比均為1.04，在5%以內(nèi)，滿足要求。根據(jù)應變圖形，這些需控制的位移值基本分布在中部彎矩最大處，兩側(cè)逐漸變小。第一種方案計算背楞最大撓度5.60mm<6.0mm=1/400撓度限值，第一種方案計算背楞最大撓度5.76mm<6.0mm=1/400撓度限值。

2.7 施工中墻的內(nèi)力分析

施工狀態(tài)下的荷載工況考慮恒荷載與活荷載的兩種組合，對于墻處鋁合金模板不考慮豎向活荷載。對于6.5m高剪力墻支模系統(tǒng)通過受力分析后，這些應力值基本分布在中部撓度最大處，而兩側(cè)則相對應力較小。根據(jù)應變圖形，這些需控制的位移值基本分布在中部彎矩最大處，兩側(cè)逐漸變小。背楞最大撓度0.15mm，滿足規(guī)范要求。

3 總結(jié)

墻、柱兩個部位通過分別進行了應力和應變計算與分析，有限元模擬的計算結(jié)果接近實際所發(fā)生的，具有科學性與準確性，其撓度與應變均滿足規(guī)范要求。Sp2000有限元建模較為精確，計算結(jié)果都滿足規(guī)范要求，符合實際，同時還能看出撓度以及應力應變圖，結(jié)果更為形象易懂。這也說明了設(shè)計方案在結(jié)構(gòu)設(shè)計形式上是可行的，而且在實際施工過程中所遇到的難題也是可以確保解決的。

[1]北京金木土軟件技術(shù)有限公司中國建筑標準設(shè)計研究院，編著.sp2000中文版使用指南.人民交通出版社.

[2]中華人民共和國國家標準.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2012）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]仇銘華.鋁模板技術(shù)在北美超高層建筑綠色施工中的運用[J].施工技術(shù)，2013，42（14）：66～68，76.