水工建筑复杂结构部位的配板计算

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关键词：水工建筑；复杂结构；模板；材料；消耗量

摘要：模板是水电工程建设中的控制性因素之一，它不但关系着工程建设的质量和工期，而且关系着工程建设的成本和造价，尤其是水工建筑复杂结构部位的模板更是如此。如何合理地配置这种类型模板，就成为施工管理过程中不可忽视的重要问题。水工建筑复杂结构部位模板配置，应遵循的原则是尽量降低模板工程的费用，注重模板工程的选料与选型；应掌握的计算方法是从严控制材料的一次性投入量，合理计算周转性材的摊销量，在合理工期允许的条件下，尽可能减少模板的制作数量，增加模板的周转次数。渐变段模板侧视及支撑系统示意（单位：cm）按立模面积应消耗的材料用量。周转性材料摊销量应注意材料的特性，水工建筑复杂部位模板中的有些材料是不可以按常规周转的，比如与混凝土面紧密结合的木质材料，在模板拆除时其损耗会较大。周转性材料摊销量计算与施工组织设计密切相关，在合理工期允许的条件下，尽可能减少模板的制作数量，增加模板和支撑系统的周转次数，减小模板工程的材料消耗量。涉及到模板工程的水工建筑复杂结构主要有进口、渐变段、弯段、蜗壳等部位，这些部位的特征是构单一性、设计非标性，其形状和尺寸的变化频繁，曲线、曲面相关相交。因此，这些部位的模板设计、制作、安装的难度很大，材料的一次性投入量也很大，且周转率低。这不仅对工程建设的质量和工期有直接的影响，而且对工程建设的成本和造价也有直接影响。如何合理地配置这种类型模板，就成为施工管理过程中不可忽视的重要问题。一般来说，水工建筑复杂结构部位模板的配置应注意以下两个方面：一是模板配置的原则；二是模板材料的计算。

1模板配置的原则

水工建筑复杂结构部位模板配置的原则是：注

重模板的选料与选型，降低模板工程的费用。

.1模板的选料与选型根据《水工混凝土施工规范》要求以及模板工程展的趋势，模板材料应优先选用钢材，其次选用木。在选料方面应充分考虑施工技术要求和模板安装、拆卸的便利，并通过技术经济比较后确定所选用的材料。在选型方面应充分考虑建筑结构的形式和结构特点，其中曲面模板宜采用木质结构或组合钢结构，以保证混凝土设计体形的平滑；平面模板宜采用钢木结构或组合钢结构，以增加模板的周转次数。

.2降低模板工程费用降低模板工程费用有两个途径：一是使模板轻型化，减少材料、劳动力消耗和吊装费用；二是使模板定性化、系列化，提高周转次数。作为水工建筑复杂结构部位的模板，要使其定型化、系列化，并提高周转次数是不现实的，因为其结构的单一性和设计的非标性，就决定了这类模板不可能定型化，也不可能系列化，所以也就谈不上提高周转次数。因此，降低模板工程费用的途径只有在模板轻型化方面下功夫。模板轻型化的途径就是以钢代木，充分利用钢材的中空性、可塑性和加工便利等优点，简化模板的制作工序，减轻模板的重量，从而达到降低模板工程费用的目的。

2模板材料的计算水工建筑复杂结构部位模板的材料计算分为：一次性材料投入量的计算和周转性材料摊销量的计算。

2.1一次性材料投入量计算一次性材料投入量计算是指模板制作成型所需要的材料用量。水电建筑工程复杂结构部位的模板往往是由双曲面、单曲面、平面等多种几何图形组成，因此模板材料耗量的计算也就颇为繁琐。计算过程中，不但要注意模板形状的分区、分类，而且还要力求材料的节约和充分利用；否则，就会增大一次性材料的投入量。

2.2周转性材料摊销量计算周转性材料摊销量计算是指模板使用过程中

3水工建筑复杂结构部位配板实例某大型水利枢纽工程引水洞渐变段模板工程结构设计及支撑系统，见图1（渐变段模板侧视及支撑系统俯视图）、图2（渐变段模板剖面图）、图3（渐变段边墙模板图）。根据图纸计算模板制作一次性主要材料投入量、模板制作主要材料摊量模板安拆主要材料摊销量、每单位立模面积主要材料定额消耗量。这里所说的主要材料与工程建设中的主要材料在概念上是有区别的，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顶拱模板、边墙模板、模板支撑系统等内容。

3.1.1顶拱模板

顶拱模板依次分为面板、层板、钢拱架、木拱架、辅助材料等。

3.1.1.1面板

面板材料为五合板（δ1=5 mm），上口拱架为半圆形（R=2.5 m），下口拱架为矩形（顶宽a=4.5 m，侧高b=0.5m），立模部位水平长度（L=15 m）：面板与水平夹角α1=9.46°(tgα1=2.50-0.5015.00-0.60×5)；面板面积=上口层板弧长+下口层板边长2×立模部位轴线长度=[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层板层板材料为木板（δ2=5 cm），上口拱架为半圆形（R=2.5 m），下口拱架为矩形（顶宽a1=4.5 m，侧高b1=0.5 m），立模部位水平长度（L=15 m）：16层板材积=上口拱架弧长+下口拱架边长2×立模部位轴线长度×层板厚度=（0.5-0.005-0.05）

2]×150.9864×0.05=4.97（m3）。

3.1.1.3钢拱架

钢拱架材料为枋木和角钢，共17榀，包括面板带（枋木断面a2×b2=5 cm×8 cm）、拱顶（钢管φ32mm，d1=3.50 kg/m，并排2根）、拱底（∠56×5 mm，并排2根）、立撑（∠56×5 mm，d2=4.247 kg/m，9根/榀,间距f1=0.83 mm）、剪刀撑（榀与榀之间，∠56×5mm，10根/榀，间距f2=0.75 mm）：面板带材积=上口拱架弧长+下口拱架弧长2×枋木断面×榀数=（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）。拱顶重量=2×上口拱架弧长+下口拱架弧长2×钢管比重×榀数={（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×上口拱底长+下口拱底长2×角钢比重×榀数=2×2×R+a2×4.247×17=2×2×2.50+4.502×4.247×17=685.89（kg）；立撑重量=每根平均长×每榀根数×角钢比重×榀数=上口最长+上口最短2+下口最长+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）;剪刀撑重量=每根平均长度×每榀根数×角钢比重×（榀数-1）=[上口最长+上口最短2+下口最长+下口最短2]÷2×10×4.247×（17-1）

=[(R-δ1-δ2-b2-φ2）2+(f2)2$4+渐变段边墙模板渐变段模板剖面易升：水工建筑复杂结构部位的配板17水利水电工程造价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

木拱架材料为木材，共4榀（在模板下口部位），包括框架（枋木δ3×b3-=10×10 mm，拱顶、拱底、两侧各1根）、立撑（枋木，9根/榀，间距f1=0.83mm）、剪刀撑（榀与榀之间，枋木，10根/榀，间距f2=0.75 mm）：框架材积=上口拱架长度+下口拱架长度2×枋木断面面积×榀数=[(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）；立撑材积=每根平均长度×每榀根数×枋木断面面积×榀数=[上口最长+上口最短2+下口最长+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）；剪刀撑材积=每根平均长度×每榀根数×枋木断面面积×（榀数-1）=上口长度+下口长度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辅助材料

辅助材料包括电焊条、扒钉、铁钉、铁丝、木垫块等。

3.1.2边墙模板

边墙模板包括模板、方钢管、卡扣件、丝杆、固定撑等，其结构形式详见图3。

3.1.2.1模板

边墙分左右两侧，相互对应，模板包括组合钢模板和木模板两种。图3空白部位为钢模板，阴影部位为木模板。钢模板规格型号分别为6015（单块面积P1=0.90 m2，单块质量W1=34.76 kg）和3015（单块面积P2=0.45 m2，单块质量W2=20.10 kg）两种，木模板为δ=5 cm的板材：木模板立模部位水平夹角α2=4.95°（tgα2=1.3015.00）；钢模板质量=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）。木模板材积=2×（阴影部分面积-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方钢管方钢管为模板围柃，纵横双向布置。单面纵向钢管（□10×4 cmδ=4 mm理论质量=8.79 kg/m）为26列，单面横向钢管为7.5排：纵向钢管质量=上口长度+下口长度2×单面列数×2×钢管单重=3.70+4.502×26×2×8.79=1 874.03（kg）；18序号项目名称单位消耗总量各部位消耗量顶拱边墙支撑系统

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普通钢管kg 6.710 3 3.231 0 3.479 3

5型钢kg 17.975 4 12.184 6 5.790 8

6钢模板kg 19.092 0 19.092 0

7方钢管kg 18.272 2 18.272 2

8卡扣件套1.850 1 1.850 1

10丝杆根1.850 1 1.850 1

11上托撑套0.986 7 0.986 7

12下托撑套0.986 7 0.986 7

13碗扣架钢管kg 39.710 5

表1模板单位面积主要材料消耗量横向钢管质量=立模面积边长×单面排数×2×钢管单重=15.00×7.50×2×8.79=1 977.75（kg）。

3.1.2.3卡扣件卡扣件位于每个节点部位：卡扣件数量=单面列数×单面排数×2=7.50×26×2=390（套）

3.1.2.4丝杆丝杆与卡扣件配套使用，丝杆数量=390根。

3.1.2.5固定撑固定撑为φ40 mm钢管（理论质量3.13 kg/m），根数与丝杆配套（1.00 m/根）：固定撑质量=总消耗量×每根长度×理论质量=390×1.00×3.13=1 220.70（kg）。

3.1.3支撑系统模板支撑系统包括顶部垫木、可调节托撑、碗扣架。

3.1.3.1顶部垫木

顶部垫木分纵向垫木和横向垫木两种，纵向垫木（枋木δ4×b4-=12×12 cm，并列26排），横向垫木（枋木，并列8排）：纵向垫木材积=上口拱架宽度+下口拱架宽度2×纵向排数×垫木断面=5.00+4.502×26×0.12×0.12=0.86（m3）；横向垫木材积=立模面积边长×横向排数×垫木断面=15×8×0.12×0.12=1.80（m3）。

3.1.3.2可调节托撑

可调节托撑与立杆配套，分上托撑和下托撑两种，上下托撑相互对应。立杆布置为8列26行。上托撑数量=立杆行数×立杆列数=26×8=208（套）；下托撑数量=立杆行数×立杆列数=26×8=208（套）。

3.1.2.3碗扣架

碗扣架是一种安拆非常快捷的脚手架，它由多种不同规格型号的杆件组成。其中包括：LG—240型钢管，每排根数=5×3，排数=8，单重=13.32 kg/根；LG—180型钢管，每排根数=6×2+5×2+5×3，排数=8，单重=10.22 kg/根；LG—60型钢管，每排根数=5×4+4×4×4，排数=8，每列根数=6×4，列数=26，单重=2.78 kg/根；LG—30型钢管，每列根数=1×4，列数=26，单重=1.39 kg/根；水平钢管支撑等，每排根数=2×4，排数=8，单重=11.46 kg/根；碗扣，每排套数=26×4，排数=8；LG—240重量=每排根数×相应排数×单重=5×3×8×13.32=1 598.40（kg）；LG—180重量=每排根数×相应排数×单重=（6×2+5×2+5×3）×8×10.22=3 025.12（kg）；LG—60重量=[每排根数×相应排数+每列根数×相应列数]×单重=[（5×4+4×4×4）×8+（6×4）×26]×2.78=3 602.88（kg）；LG—30重量=每列根数×相应列数×单重=1×4×26×1.39=144.56（kg）；水平钢管重量=每排根数×相应排数×单重=2×4×8×11.46=733.44（kg）；碗扣=每排套数×相应排数=26×4×8=832（套）。
3.2模板制作主要材料摊销量模板制作主要材料摊销量计算包括单位面积主要材料消耗量、模板周转次数、模板制作主要材料摊销量等。

3.2.1模板单位面积主要材料消耗量

模板单位面积主要材料消耗量是指制作每1m2模板所需的主要材料量，计算为基础整体模板表面积之和。实例中整体模板表面积之和为210.80m2，单位面积主要材料消耗量指标见表1。