水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位的配板計算

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關(guān)鍵詞：水工建筑；復雜結(jié)構(gòu)；模板；材料；消耗量

摘要：模板是水電工程建設(shè)中的控制性因素之一，它不但關(guān)系著工程建設(shè)的質(zhì)量和工期，而且關(guān)系著工程建設(shè)的成本和造價，尤其是水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位的模板更是如此。如何合理地配置這種類型模板，就成為施工管理過程中不可忽視的重要問題。水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位模板配置，應(yīng)遵循的原則是盡量降低模板工程的費用，注重模板工程的選料與選型；應(yīng)掌握的計算方法是從嚴控制材料的一次性投入量，合理計算周轉(zhuǎn)性材的攤銷量，在合理工期允許的條件下，盡可能減少模板的制作數(shù)量，增加模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)。漸變段模板側(cè)視及支撐系統(tǒng)示意（單位：cm）按立模面積應(yīng)消耗的材料用量。周轉(zhuǎn)性材料攤銷量應(yīng)注意材料的特性，水工建筑復雜部位模板中的有些材料是不可以按常規(guī)周轉(zhuǎn)的，比如與混凝土面緊密結(jié)合的木質(zhì)材料，在模板拆除時其損耗會較大。周轉(zhuǎn)性材料攤銷量計算與施工組織設(shè)計密切相關(guān)，在合理工期允許的條件下，盡可能減少模板的制作數(shù)量，增加模板和支撐系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)次數(shù)，減小模板工程的材料消耗量。涉及到模板工程的水工建筑復雜結(jié)構(gòu)主要有進口、漸變段、彎段、蝸殼等部位，這些部位的特征是構(gòu)單一性、設(shè)計非標性，其形狀和尺寸的變化頻繁，曲線、曲面相關(guān)相交。因此，這些部位的模板設(shè)計、制作、安裝的難度很大，材料的一次性投入量也很大，且周轉(zhuǎn)率低。這不僅對工程建設(shè)的質(zhì)量和工期有直接的影響，而且對工程建設(shè)的成本和造價也有直接影響。如何合理地配置這種類型模板，就成為施工管理過程中不可忽視的重要問題。一般來說，水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位模板的配置應(yīng)注意以下兩個方面：一是模板配置的原則；二是模板材料的計算。

1模板配置的原則

水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位模板配置的原則是：注

重模板的選料與選型，降低模板工程的費用。

.1模板的選料與選型根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》要求以及模板工程展的趨勢，模板材料應(yīng)優(yōu)先選用鋼材，其次選用木。在選料方面應(yīng)充分考慮施工技術(shù)要求和模板安裝、拆卸的便利，并通過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定所選用的材料。在選型方面應(yīng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的形式和結(jié)構(gòu)特點，其中曲面模板宜采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)或組合鋼結(jié)構(gòu)，以保證混凝土設(shè)計體形的平滑；平面模板宜采用鋼木結(jié)構(gòu)或組合鋼結(jié)構(gòu)，以增加模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)。

.2降低模板工程費用降低模板工程費用有兩個途徑：一是使模板輕型化，減少材料、勞動力消耗和吊裝費用；二是使模板定性化、系列化，提高周轉(zhuǎn)次數(shù)。作為水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位的模板，要使其定型化、系列化，并提高周轉(zhuǎn)次數(shù)是不現(xiàn)實的，因為其結(jié)構(gòu)的單一性和設(shè)計的非標性，就決定了這類模板不可能定型化，也不可能系列化，所以也就談不上提高周轉(zhuǎn)次數(shù)。因此，降低模板工程費用的途徑只有在模板輕型化方面下功夫。模板輕型化的途徑就是以鋼代木，充分利用鋼材的中空性、可塑性和加工便利等優(yōu)點，簡化模板的制作工序，減輕模板的重量，從而達到降低模板工程費用的目的。

2模板材料的計算水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位模板的材料計算分為：一次性材料投入量的計算和周轉(zhuǎn)性材料攤銷量的計算。

2.1一次性材料投入量計算一次性材料投入量計算是指模板制作成型所需要的材料用量。水電建筑工程復雜結(jié)構(gòu)部位的模板往往是由雙曲面、單曲面、平面等多種幾何圖形組成，因此模板材料耗量的計算也就頗為繁瑣。計算過程中，不但要注意模板形狀的分區(qū)、分類，而且還要力求材料的節(jié)約和充分利用；否則，就會增大一次性材料的投入量。

2.2周轉(zhuǎn)性材料攤銷量計算周轉(zhuǎn)性材料攤銷量計算是指模板使用過程中

3水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位配板實例某大型水利樞紐工程引水洞漸變段模板工程結(jié)構(gòu)設(shè)計及支撐系統(tǒng)，見圖1（漸變段模板側(cè)視及支撐系統(tǒng)俯視圖）、圖2（漸變段模板剖面圖）、圖3（漸變段邊墻模板圖）。根據(jù)圖紙計算模板制作一次性主要材料投入量、模板制作主要材料攤量模板安拆主要材料攤銷量、每單位立模面積主要材料定額消耗量。這里所說的主要材料與工程建設(shè)中的主要材料在概念上是有區(qū)別的，也是不可混淆的
3.1模板制作一次性主要材料投入量模板制作一次性主要材料投入量包括頂拱模板、邊墻模板、模板支撐系統(tǒng)等內(nèi)容。

3.1.1頂拱模板

頂拱模板依次分為面板、層板、鋼拱架、木拱架、輔助材料等。

3.1.1.1面板

面板材料為五合板（δ1=5 mm），上口拱架為半圓形（R=2.5 m），下口拱架為矩形（頂寬a=4.5 m，側(cè)高b=0.5m），立模部位水平長度（L=15 m）：面板與水平夾角α1=9.46°(tgα1=2.50-0.5015.00-0.60×5)；面板面積=上口層板弧長+下口層板邊長2×立模部位軸線長度=[π（R-δ1）]+[a+2×（b-δ1）]2×Lcosα1=[3.14（2.5-0.005）]+[4.5+2×（0.5-0.005）]2×150.9864=101.30（m2）。

3.1.1.2層板層板材料為木板（δ2=5 cm），上口拱架為半圓形（R=2.5 m），下口拱架為矩形（頂寬a1=4.5 m，側(cè)高b1=0.5 m），立模部位水平長度（L=15 m）：16層板材積=上口拱架弧長+下口拱架邊長2×立模部位軸線長度×層板厚度=（0.5-0.005-0.05）

2]×150.9864×0.05=4.97（m3）。

3.1.1.3鋼拱架

鋼拱架材料為枋木和角鋼，共17榀，包括面板帶（枋木斷面a2×b2=5 cm×8 cm）、拱頂（鋼管φ32mm，d1=3.50 kg/m，并排2根）、拱底（∠56×5 mm，并排2根）、立撐（∠56×5 mm，d2=4.247 kg/m，9根/榀,間距f1=0.83 mm）、剪刀撐（榀與榀之間，∠56×5mm，10根/榀，間距f2=0.75 mm）：面板帶材積=上口拱架弧長+下口拱架弧長2×枋木斷面×榀數(shù)=（R-δ1-δ2-φ2）×π+[a1+2×（b1-δ1-δ2-φ2）]2a2×b2×17=[(2.50-0.05-0.005-0.002)×3.142+4.50+2×(0.5-0.05-0.005-0.002)2]×0.05×0.08×17=0.44（m3）。拱頂重量=2×上口拱架弧長+下口拱架弧長2×鋼管比重×榀數(shù)={（R-δ1-δ2-φ2）×π+[a+2×（b1-δ1-δ2-φ2）]}×d1×17=(2.50-0.05-0.005-0.05-0.002)×3.14+[4.50+2×(0.5-0.05-0.005-0.05-0.002)]×3.13×17=681.09（kg）；拱底重量=2×上口拱底長+下口拱底長2×角鋼比重×榀數(shù)=2×2×R+a2×4.247×17=2×2×2.50+4.502×4.247×17=685.89（kg）；立撐重量=每根平均長×每榀根數(shù)×角鋼比重×榀數(shù)=上口最長+上口最短2+下口最長+下口最短2"#÷2×9×4.247×17=[（R-δ1-δ2-φ2）+(R-δ1-2-b2-22-(（b-1-2--b2-2+(b-1-2-b2-22-(f1)2$4]×9×4.247×17=[(2.50-0.05-0.005-0.05-0.002)4+$(2.50-0.05-0.005-0.05-0.002)2-(0.83×2)24+(0.5-0.05-0.005-0.05-0.002)4+$((0.5-0.05-0.005-0.05-0.002)2+(0.83)24]×9×4.247×17=881.76（kg）;剪刀撐重量=每根平均長度×每榀根數(shù)×角鋼比重×（榀數(shù)-1）=[上口最長+上口最短2+下口最長+下口最短2]÷2×10×4.247×（17-1）

=[(R-δ1-δ2-b2-φ2）2+(f2)2$4+漸變段邊墻模板漸變段模板剖面易升：水工建筑復雜結(jié)構(gòu)部位的配板17水利水電工程造價R-δ1-δ2-b2-φ2）2-(f1×2)2+(f2)2!4+2×(b1-δ1-δ2-b2-φ2）2+(f2)2!4]×10×4.247×（17-1）=[(2.50-0.05-0.005-0.05-0.002）2!+0.7524+!(2.50-0.05-0.005-0.05-0.004）2-(0.83×2)2+0.7524+2×!(0.50-0.05-0.005-0.05-0.002）2+0.7524]×10×4.247×（17-1）=996.22（kg）。

3.1.1.4木拱架

木拱架材料為木材，共4榀（在模板下口部位），包括框架（枋木δ3×b3-=10×10 mm，拱頂、拱底、兩側(cè)各1根）、立撐（枋木，9根/榀，間距f1=0.83mm）、剪刀撐（榀與榀之間，枋木，10根/榀，間距f2=0.75 mm）：框架材積=上口拱架長度+下口拱架長度2×枋木斷面面積×榀數(shù)=[(a1-δ1-δ2)+(a1-δ1-δ2)+2×(b1-+f2×tgα1-2×δ3)2+(a1-δ1-δ2)+(a1-δ1-δ2)+2×(b1-2×δ3)2]×δ3×b3×4=[(4.50-0.05-0.005)+(4.50-0.05-0.005)+2+2×(0.5+0.75×0.1666-2×0.10)2+(4.50-0.05-0.005)+(4.50-0.05-0.005)2+2×(0.5-2×0.10)2]×0.10×0.10×4=0.38（m3）；立撐材積=每根平均長度×每榀根數(shù)×枋木斷面面積×榀數(shù)=[上口最長+上口最短2+下口最長+下口最短2]÷2×9×0.10×0.10×4=[(b1-2×δ3+f2×tgα1）2!+(b1-2×δ3)4+!(b1-2×δ3）2+(b1-2×δ3)4]×9×0.10×0.10×4=[(0.50-2×0.10+0.75×0.1666）2!+(0.50-2×0.10)4+!(0.50-2×0.10）2+(0.50-2×0.10)4+]×9×0.10×0.10×4=0.12（m3）；剪刀撐材積=每根平均長度×每榀根數(shù)×枋木斷面面積×（榀數(shù)-1）=上口長度+下口長度2×10×0.10×0.10×3=!(b1-2×δ3+f2×tgα）2+（f1）2+!(b1-2×δ3）2+（f1）24×10×0.10×0.10×3=!(0.50-2×0.10+0.75×0.145）2+（0.83）24+!(0.50-2×0.10）2+（0.83）24×10×0.10×0.10×3=0.27（m3）
3.1.1.5輔助材料

輔助材料包括電焊條、扒釘、鐵釘、鐵絲、木墊塊等。

3.1.2邊墻模板

邊墻模板包括模板、方鋼管、卡扣件、絲桿、固定撐等，其結(jié)構(gòu)形式詳見圖3。

3.1.2.1模板

邊墻分左右兩側(cè)，相互對應(yīng)，模板包括組合鋼模板和木模板兩種。圖3空白部位為鋼模板，陰影部位為木模板。鋼模板規(guī)格型號分別為6015（單塊面積P1=0.90 m2，單塊質(zhì)量W1=34.76 kg）和3015（單塊面積P2=0.45 m2，單塊質(zhì)量W2=20.10 kg）兩種，木模板為δ=5 cm的板材：木模板立模部位水平夾角α2=4.95°（tgα2=1.3015.00）；鋼模板質(zhì)量=2×（S1+S2P1×W1+S3+S4P2×W2）=2×（15.00×3.00+7.50×0.600.90×34.76+4.50×0.30+3.00×0.300.45×20.10）=4 024.60（kg）。木模板材積=2×（陰影部分面積-S2-S3-S4）×δ=2×（15.00×1.302-7.50×0.60-4.50×0.30-3.00×0.30）×0.05=0.30（m3）。

3.1.2.2方鋼管方鋼管為模板圍柃，縱橫雙向布置。單面縱向鋼管（□10×4 cmδ=4 mm理論質(zhì)量=8.79 kg/m）為26列，單面橫向鋼管為7.5排：縱向鋼管質(zhì)量=上口長度+下口長度2×單面列數(shù)×2×鋼管單重=3.70+4.502×26×2×8.79=1 874.03（kg）；18序號項目名稱單位消耗總量各部位消耗量頂拱邊墻支撐系統(tǒng)

1五合板m2 0.480 6 0.480 6

2板枋材m3 0.043 5 0.029 5 0.001 4 0.012 6

4普通鋼管kg 6.710 3 3.231 0 3.479 3

5型鋼kg 17.975 4 12.184 6 5.790 8

6鋼模板kg 19.092 0 19.092 0

7方鋼管kg 18.272 2 18.272 2

8卡扣件套1.850 1 1.850 1

10絲桿根1.850 1 1.850 1

11上托撐套0.986 7 0.986 7

12下托撐套0.986 7 0.986 7

13碗扣架鋼管kg 39.710 5

表1模板單位面積主要材料消耗量橫向鋼管質(zhì)量=立模面積邊長×單面排數(shù)×2×鋼管單重=15.00×7.50×2×8.79=1 977.75（kg）。

3.1.2.3卡扣件卡扣件位于每個節(jié)點部位：卡扣件數(shù)量=單面列數(shù)×單面排數(shù)×2=7.50×26×2=390（套）

3.1.2.4絲桿絲桿與卡扣件配套使用，絲桿數(shù)量=390根。

3.1.2.5固定撐固定撐為φ40 mm鋼管（理論質(zhì)量3.13 kg/m），根數(shù)與絲桿配套（1.00 m/根）：固定撐質(zhì)量=總消耗量×每根長度×理論質(zhì)量=390×1.00×3.13=1 220.70（kg）。

3.1.3支撐系統(tǒng)模板支撐系統(tǒng)包括頂部墊木、可調(diào)節(jié)托撐、碗扣架。

3.1.3.1頂部墊木

頂部墊木分縱向墊木和橫向墊木兩種，縱向墊木（枋木δ4×b4-=12×12 cm，并列26排），橫向墊木（枋木，并列8排）：縱向墊木材積=上口拱架寬度+下口拱架寬度2×縱向排數(shù)×墊木斷面=5.00+4.502×26×0.12×0.12=0.86（m3）；橫向墊木材積=立模面積邊長×橫向排數(shù)×墊木斷面=15×8×0.12×0.12=1.80（m3）。

3.1.3.2可調(diào)節(jié)托撐

可調(diào)節(jié)托撐與立桿配套，分上托撐和下托撐兩種，上下托撐相互對應(yīng)。立桿布置為8列26行。上托撐數(shù)量=立桿行數(shù)×立桿列數(shù)=26×8=208（套）；下托撐數(shù)量=立桿行數(shù)×立桿列數(shù)=26×8=208（套）。

3.1.2.3碗扣架

碗扣架是一種安拆非常快捷的腳手架，它由多種不同規(guī)格型號的桿件組成。其中包括：LG—240型鋼管，每排根數(shù)=5×3，排數(shù)=8，單重=13.32 kg/根；LG—180型鋼管，每排根數(shù)=6×2+5×2+5×3，排數(shù)=8，單重=10.22 kg/根；LG—60型鋼管，每排根數(shù)=5×4+4×4×4，排數(shù)=8，每列根數(shù)=6×4，列數(shù)=26，單重=2.78 kg/根；LG—30型鋼管，每列根數(shù)=1×4，列數(shù)=26，單重=1.39 kg/根；水平鋼管支撐等，每排根數(shù)=2×4，排數(shù)=8，單重=11.46 kg/根；碗扣，每排套數(shù)=26×4，排數(shù)=8；LG—240重量=每排根數(shù)×相應(yīng)排數(shù)×單重=5×3×8×13.32=1 598.40（kg）；LG—180重量=每排根數(shù)×相應(yīng)排數(shù)×單重=（6×2+5×2+5×3）×8×10.22=3 025.12（kg）；LG—60重量=[每排根數(shù)×相應(yīng)排數(shù)+每列根數(shù)×相應(yīng)列數(shù)]×單重=[（5×4+4×4×4）×8+（6×4）×26]×2.78=3 602.88（kg）；LG—30重量=每列根數(shù)×相應(yīng)列數(shù)×單重=1×4×26×1.39=144.56（kg）；水平鋼管重量=每排根數(shù)×相應(yīng)排數(shù)×單重=2×4×8×11.46=733.44（kg）；碗扣=每排套數(shù)×相應(yīng)排數(shù)=26×4×8=832（套）。
3.2模板制作主要材料攤銷量模板制作主要材料攤銷量計算包括單位面積主要材料消耗量、模板周轉(zhuǎn)次數(shù)、模板制作主要材料攤銷量等。

3.2.1模板單位面積主要材料消耗量

模板單位面積主要材料消耗量是指制作每1m2模板所需的主要材料量，計算為基礎(chǔ)整體模板表面積之和。實例中整體模板表面積之和為210.80m2，單位面積主要材料消耗量指標見表1。