多層模板支架體系研究

周鈺龍 王亞君

（杭州通原房地產開發有限公司，浙江 杭州 310008）

前言

隨著建筑工程技術的飛速發展，工程進度的不斷加快，多、高層建筑施工中在模板支架下混凝土主體結構尚未達到設計強度要求時通常就進行上層主體結構施工。故目前大多采用多層模板支架體系，施工周期一般已達到一周一層。但是，如果多層模板支架體系配置不合理、拆除不當或混凝土早期養護不好，很容易造成支架倒塌事故，實際工程中這類事故及施工階段樓板開裂現象也不鮮見，嚴重影響了施工安全和施工進展。因此，研究多層模板支架體系，對于選擇合理的施工方案，避免出現工程事故，縮短施工周期都具有重要意義。

1 多層模板支架體系的出現

隨著城市功能的多向化發展以及國家基礎性設施的可持續發展，城市高架橋、大跨度結構、超高層結構愈來愈多。加之建筑工程市場化后業方對投資周期要求的不斷縮短，要滿足建筑物每一層的混凝土澆筑養護都達到28d的齡期后，再向上澆筑的施工方法顯然已經不適應當前的施工節奏，在下層甚至多層混凝土主體結構均未達到設計強度要求時就開始澆筑上層主體結構己成為必然趨勢。于是，多層模板支架體系成為現在施工中普遍采用的解決方法，施工周期一般己達到一周一層。這樣對各樓層梁板結構的模板支架體系而言，就需要有更多的模板及支架才能滿足工程進度的要求。

高層建筑混凝土結構施工通常包括以下五道工序:①為澆筑上一層樓板而安裝支架和模板;②進行鋼筋綁扎;③混凝土澆筑;④混凝土養護;⑤拆除底層模板支架。這五道工序構成一個施工循環，每一次施工循環，結構就增加一層，這樣周而復始地施工，建筑就"生長"起來了。施工中的建筑，是隨時間也即隨施工工序而不斷變化的，這種自身隨時間變化的結構稱為時變結構，它的形狀、材料性能、空間位置均隨時間變化，隨工序進行構件不斷更替，作用在時變結構上的外荷載也在不斷變化。

在多層模板支架體系中，新澆筑的混凝土重力荷載以及施工荷載 (包括施工恒載和施工活載)，必須通過多層模板支架傳遞給下面先前已澆筑完成的幾層樓板。在每一階段，荷載都由混凝土時變結構和支架系統組成的臨時承載體系承擔，這一時變體系的混凝土材料性能與支模層數、施工周期密切相關，其承擔施工荷載隨施工工序不斷變化，也就是說施工過程中混凝土結構及支架內力是隨時間及模架形勢不斷變化的。我們把由混凝土時變結構和支架系統組成的臨時承載體系稱為時變結構體系。

2 層模板支架體系現存主要工程問題及原因

建筑物從開始施工建造到投入使用，再到使用若干年后進入老化維修階段的整個生命周期過程中，在施工階段因結構的不完整性、所受荷載的復雜性以及結構抗力的不成熟性，結構的平均風險率最高，失效概率最大，如圖1所示：

現澆混凝土結構施工，由多層模板支架體系承擔新澆筑的樓層混凝土的重力荷載和施工荷載，模板支架將荷載傳給己澆筑好的數層樓板。由于施工周期短，這些承擔施工荷載的混凝土樓板仍處于養護期，混凝土還不成熟。而這些施工荷載又存在許多不確定性，有時甚至會超過成熟混凝土結構正常便用狀態所承擔的設計荷載。由此造成現澆混凝土結構質量事故增加，嚴重的會使模板支架臨時結構以及現澆混凝土結構倒塌。工程質量事故統計分析表明，施工階段建筑工程失效事故，明顯高于正常使用階段。在美國，大約57%的工程破壞事故發生在施工階段，俄羅斯的比例為70%。我國更為突出，據不完全統計，從1958年至1987年間國內285起建筑結構倒塌事故分析表明，施工期間發生的事故占83%，近10年357起倒塌事故統計，有78%的事故發生在施工階段。而這些事故主要與模板支架體系密切相關。

3 模板支架體系的發展

模板是澆筑混凝土構件的施工工具。模板工程是混凝土和鋼筋混凝土建筑中一項量大而面廣的施工工藝。現澆混凝土結構模板工程約占混凝土結構工程總造價的三分之一左右和總用工量的二分之一左右。因此模板的選用及設計計算方法直接關系到混凝土結構工程成本的高低。另外，若多層模板支架體系選用不當，易引發工程質量事故或倒塌事故，為安全生產帶來隱患。為此，要加大研究和開發模板施工新技術、新產品，不斷改善模板支架設計計算方法，以滿足不同混凝土結構的要求。同時，要積極引進和借鑒國外先進的技術和經驗，開發新型的模板體系和改進優化設計方法，以促進我國模板技術的發展。應用新型模板技術，將為建筑企業的技術進步和經濟效益的提高產生積極的作用。特別是到了本世紀，隨著大量高層、超高層建筑的云涌，對模板工程的技術、安全等要求越來越高。模板支架體系是隨著模板工程技術進步而相應得到發展的。長期以來，與木模板工程配套的支架體系，普遍采用木支架或竹支架。

迄今為止，扣件式鋼管支架仍是我國最常用的模板支架形式，約占模板支架量的60%以上。門式支架及碗扣式支架在許多大型工程中也有應用，但由于其較高價格等原因使其推廣受到一定限制，然而它們具有搭設高度高、剛度大、承載能力好等優點，因此，門式支架及碗扣式支架仍將是今后模板支架發展的方向。

4 模板支架體系的研究

由于施工階段存在諸多的不確定性，對于鋼筋混凝土結構多層模板支架體系的研究尚欠完善，現有的研究也主要來自于國外。以往研究涉及以下幾個方面:引起模板倒塌事故的原因、施工荷載、立桿的穩定性以及模板支架體系計算模型等。

北美一位學者Ayyubl提出，由于施工設計準則與施工過程不當引起的事故占施工總事故的50%。引起模板倒塌的原因主要是:支撐設置不夠、早齡期混凝土養護時間不足、施工人員為趕施工進度過早拆除模板或施工荷載估計不當等。而對于拆除模板引起的事故，美國學者D.VRosowskyetal.提出由于拆模時混凝土還未達到28d齡期，所以一旦拆去模板及支架后，混凝土板自身的剛度和強度還不足以抵抗板上的荷載引起的作用，進而引發樓板本身的一系列問題。施工荷載的不確定性是導致模板支架倒塌事故的一個重要的原因。施工荷載是指混凝土的自重、模板鋼管自重、機械設備、施工人員以及風荷載等。美國學者Pengetal通過數值分析的方法得到各種荷載形式下支架的承載能力，并在對模板支架體系的調查中，得到施工荷載的多樣性對支架內力及板的彎曲影響是最主要的。

同濟大學趙挺生等基于理論分析和現場實測以及對模板支架施工誤差和時變結構體系承擔施工荷載的隨機性的認識，建立了鋼筋混凝土結構施工期設計分析方法，并用鋼筋混凝土結構施工期設計分析的實例加以說明。清華大學張傳敏等通過對一批鋼筋混凝土結構在施工期間活荷載的現場調查統計和分析，發現堆積荷載是主要的施工活荷載，并可以用指數分布描述對指數分布的參數進行估計并將施工活荷載轉化為均布荷載。對多層模板支架體系進行力學性能分析，需建立合理的多層模板支架體系分析模型。20世紀五十年代以來，各國學者相繼提出精確分析模型、簡化分析模型和精化分析模型以及等效框架分析模型等。

5 結束語

造成模板支架體系倒塌和樓板開裂兩種現象的主要原因是由于過去對多層模板支架體系的重視程度不夠，對多層模板支架與主體結構共同受力的性狀研究較少，在實測試驗等方面，也缺乏第一手資料，難以進行深入的分析研究工作。工程實踐的迫切需要與研究現狀的相對落后，不僅說明此方面的理論研究和取得的成果都十分欠缺，更說明開展此項科研工作的必要性和緊迫性。

[1]王光遠.論時變結構力學，土木工程學報，vol.33，No.6，2000.12,105-108

[2]趙挺生.基于時變性的混凝土建筑施工方案優選，華中科技大學學報，Vol.22，No.4，2005.12，12-16

[3]劉西拉.結構工程學科的現狀與展望，人民交通出版社，1997