二部曲-支撐架

假設工程計算-二部曲-支撐架

從事模板設計許多年來，筆者深深覺得模板施工中最為重要的一個環節應該是支撐系統，支撐架一旦崩壞就是大事要發生了。所以假設性工程的設計技師應該要花更多的時間與精力在支撐系統的規劃、分析、設計及支撐架整體穩定性的檢討。

1.  模板計算

延續上次假設性工程首部曲的脈絡下來，接續下來探討模板的計算，一般計算需要檢核的模板材料強度為彎曲應力、剪應力檢核及變位檢核。這三個常用檢核係利用試算表配合單跨、兩跨、三跨公式(如下圖)做計算最為簡要及快速。有一點須提出來討論，若是不論現場施作情形，一律採單跨簡支方式做計算、檢核是最為簡單與保守。不過會造成模板設計過於保守。因此應視現場情形採二跨或三跨連續方式進行設計，檢核。

2.  支撐系統型式

另模板工程的計算中還有一個非常重要的部分需要進行討論，模板支撐系統的計算及檢核。國內常用的支撐系統有a. 調整鋼管D60.5*2.3、b. 框形施工架採排架方式施作、c. 重型鋼管支撐架、d. 型鋼支撐架。

其中建築工程一般採用調整鋼管D60.5*2.3(施作高度不宜太高，適用單樓層)及框形施工架排架方式施作(一般是挑高樓層施作)。土木工程一般採用重型鋼管支撐架及型鋼支撐架。

a.     調整鋼管D60.5*2.3

b.     施工排架

c.     重型鋼管支撐架

d.     型鋼支撐架

3.  支撐架規劃

要進行模板支撐設計時，首先必要對支撐系統做因地制宜的規劃。該部分須請專業廠商提供本身擁有的支撐系統材料規格或是租賃的材料規格。依此進行規畫、設計技師才會輕省，專業廠商配合施作的意願才會大大提高，現場施工人員也能按圖施工，經濟性與安全性方能兼顧。

依據筆者的經驗，建議模板支撐的設計技師在進行支撐系統規劃、設計之前，可以請專業廠商先針對目前要進行模板支撐的工地，先自行規劃、配置。再提送給設計技師分析、計算、檢核，這樣子可以避免技師作很多的虛工。因為每家專業廠商的支撐系統並非相同(大部分都不同)，自家的產品只有自己最清楚。設計技師分析、檢核後，若有安全疑慮之處再與專業廠商討論、修正配置。這樣子方能事半功倍，也才能確認現場確實可行，也能按圖施工。

4.  支撐架計算

支撐系統若採調整鋼管D60.5*2.3或框形施工架採排架方式施作時，建議請專業廠商提供近期的調整鋼管D60.5*2.3或框形施工架的破壞實驗報告來作為分析、檢核依據。一般採調整鋼管D60.5*2.3作為支撐應該會是只有單層，因此破壞試驗報告應可以應付。而框形施工架的破壞實驗報告一般1~2層的試驗報告。因此若是較高高度的計算檢核，可以參考“ 鋼管鷹架支撐能力之探討”中國土木水利工程學刊第八卷第一期的結論辦理。

支撐系統若採重型鋼管支撐架，一般專業廠商都會提供破壞的試驗報告作為檢核依據。但試驗報告一般是 1~3 層的高度，無法涵蓋比較高的高度，因此建議須配合結構分析商業軟體(如 SAP2000、Midas Gen、Staad Pro…..)建模、分析、計算，確保結構安全。另支撐系統若為型鋼支撐架，建議直接採結構分析商業軟體建模、分析、計算。依據筆者多年的經驗，採結構分析商業軟體進行支撐架分析時，較能掌控支撐架整體結構行為，也能發現一般採試算表計算時的一些盲點。工欲善其事，必先利其器，因此建議設計技師應要熟悉一套結構分析商業軟體。

另外須討論的是支撐系統承受施工水平力或是地震水平力的機制。一般而言支撐架設計者都會希望將混凝土澆置過程中產生的水平力或地震力藉由水平桿件(營造安全衛生設施標準規定施作)傳遞至已澆置的牆、墩柱或是永久性結構物。可是在現場實務上可能有些地方沒有辦法，如橋梁支撐系統在行車方向有橋墩可以利用，但是垂直行車方向並無可以做為承受水平力的機制。因此須藉由支撐架系統本身的斜向拉桿將水平力傳遞至地面。

但是在澆置面積較大時，若採調整鋼管D60.5*2.3作為支撐系統時，可能無法將水平桿件延伸至牆體，建議水平桿件須按營造安全衛生設施標準規定施作外。另於一定距離範圍內(如間隔3m)施作斜向桿件採萬向接頭施作與垂直桿件固定，將該範圍水平力傳遞至地面。

這裡要提出一點說明，愈高的支撐架系統時水平力對支撐架影響愈大，因此在較高層的支撐架在分析時，一定要考慮水平力。因為水平力的關係造成支撐架承受的垂直軸力一側增加，另一側減少。採垂直軸力增加的載重作支撐架檢核則會採取較大的尺寸，或是需要減小支撐架配置的間距。這樣子較能確保支撐架系統結構安全，保護設計者。

討論至此，上述僅針對支撐架的材料強度作檢核。支撐系統的設計還要針對支撐架整體穩定性作檢討，如傾倒檢核。另營造安全衛生設施標準規定施作的水平、斜向桿件都是確保支撐架由點變成線、再變成面來增加支撐架結構的整體穩定性，以確保安全。

5. 土壤承載力

最後探討支撐系統下方土壤承載力的確認。在建築物樓板系統及箱涵頂板系統的支撐架下方可能是混凝土板比較沒有這方面的問題。一般而言，土木工程都會面臨支撐架系統位於回填土方上面。因此確定支撐架下方回填土方的容許承載力是否符合設計者的要求，以確保支撐架結構安全，也是一個課題。經查回填、夯實土方的壓實度與土壤容許承載力兩者並無相關的研究證明可以換算，因此無法利用既有的資料來推論求得，經夯實的土方容許承載力。建議採平板載重試驗來確認支撐架下方土壤的容許承載力，這個試驗相對簡單費用較少，以確保結構安全。

6. 結論

從事模板設計許多年來，筆者深深覺得模板施工中最為重要的一個環節應該是支撐系統，支撐架一旦崩壞就是大事要發生了。所以設計技師應該要花更多的時間與精力在支撐系統的規劃、分析、設計、支撐架結構行為的掌控及整體穩定性的探討。若有時間的話，建議設計者能夠投入時間學習，專精一種結構設計商業軟體(SAP2000、Midas Gen、Staad PRO…..)的操作，它必能為您帶來更多的便利。

只有設計技師作好上游的規劃、設計，筆者認為還是不夠。支撐架工程非常需要下游施工專業廠商的配合施作。一家專業廠商的好、壞的判別，筆者認為就是人、機、料再加上財務要健全。

首先要注意的是承攬模板施工的專業廠商財務能力好不好。如果財務不好，可能要特別注意了。首先進場材料可能破舊，支撐系統也可能有所損傷還在繼續使用。二來支撐材少，迫於節省材料可能會盡量擴大支撐間距。三者，施工領班無法順利拿到工錢，所以人員變動頻繁，影響工進。

還有一點是筆者的親身經歷的心得，支撐架領班在工地施工扮演的角色是非常重要的，支撐架的施作一定要有好的領班，支撐架的成敗與領班素質的好、壞有著密不可分的重要。一個好的支撐架領班可以補足設計技師在現場無法兼顧的細節與盲點。也可以讓營造廠主任技師安穩睡覺，不用提心吊膽擔心有突發的工安事件發生。