多层模板支架体系研究

周钰龙 王亚君

（杭州通原房地产开发有限公司，浙江 杭州 310008）

前言

随着建筑工程技术的飞速发展，工程进度的不断加快，多、高层建筑施工中在模板支架下混凝土主体结构尚未达到设计强度要求时通常就进行上层主体结构施工。故目前大多采用多层模板支架体系，施工周期一般已达到一周一层。但是，如果多层模板支架体系配置不合理、拆除不当或混凝土早期养护不好，很容易造成支架倒塌事故，实际工程中这类事故及施工阶段楼板开裂现象也不鲜见，严重影响了施工安全和施工进展。因此，研究多层模板支架体系，对于选择合理的施工方案，避免出现工程事故，缩短施工周期都具有重要意义。

1 多层模板支架体系的出现

随着城市功能的多向化发展以及国家基础性设施的可持续发展，城市高架桥、大跨度结构、超高层结构愈来愈多。加之建筑工程市场化后业方对投资周期要求的不断缩短，要满足建筑物每一层的混凝土浇筑养护都达到28d的龄期后，再向上浇筑的施工方法显然已经不适应当前的施工节奏，在下层甚至多层混凝土主体结构均未达到设计强度要求时就开始浇筑上层主体结构己成为必然趋势。于是，多层模板支架体系成为现在施工中普遍采用的解决方法，施工周期一般己达到一周一层。这样对各楼层梁板结构的模板支架体系而言，就需要有更多的模板及支架才能满足工程进度的要求。

高层建筑混凝土结构施工通常包括以下五道工序:①为浇筑上一层楼板而安装支架和模板;②进行钢筋绑扎;③混凝土浇筑;④混凝土养护;⑤拆除底层模板支架。这五道工序构成一个施工循环，每一次施工循环，结构就增加一层，这样周而复始地施工，建筑就"生长"起来了。施工中的建筑，是随时间也即随施工工序而不断变化的，这种自身随时间变化的结构称为时变结构，它的形状、材料性能、空间位置均随时间变化，随工序进行构件不断更替，作用在时变结构上的外荷载也在不断变化。

在多层模板支架体系中，新浇筑的混凝土重力荷载以及施工荷载 (包括施工恒载和施工活载)，必须通过多层模板支架传递给下面先前已浇筑完成的几层楼板。在每一阶段，荷载都由混凝土时变结构和支架系统组成的临时承载体系承担，这一时变体系的混凝土材料性能与支模层数、施工周期密切相关，其承担施工荷载随施工工序不断变化，也就是说施工过程中混凝土结构及支架内力是随时间及模架形势不断变化的。我们把由混凝土时变结构和支架系统组成的临时承载体系称为时变结构体系。

2 层模板支架体系现存主要工程问题及原因

建筑物从开始施工建造到投入使用，再到使用若干年后进入老化维修阶段的整个生命周期过程中，在施工阶段因结构的不完整性、所受荷载的复杂性以及结构抗力的不成熟性，结构的平均风险率最高，失效概率最大，如图1所示：

现浇混凝土结构施工，由多层模板支架体系承担新浇筑的楼层混凝土的重力荷载和施工荷载，模板支架将荷载传给己浇筑好的数层楼板。由于施工周期短，这些承担施工荷载的混凝土楼板仍处于养护期，混凝土还不成熟。而这些施工荷载又存在许多不确定性，有时甚至会超过成熟混凝土结构正常便用状态所承担的设计荷载。由此造成现浇混凝土结构质量事故增加，严重的会使模板支架临时结构以及现浇混凝土结构倒塌。工程质量事故统计分析表明，施工阶段建筑工程失效事故，明显高于正常使用阶段。在美国，大约57%的工程破坏事故发生在施工阶段，俄罗斯的比例为70%。我国更为突出，据不完全统计，从1958年至1987年间国内285起建筑结构倒塌事故分析表明，施工期间发生的事故占83%，近10年357起倒塌事故统计，有78%的事故发生在施工阶段。而这些事故主要与模板支架体系密切相关。

3 模板支架体系的发展

模板是浇筑混凝土构件的施工工具。模板工程是混凝土和钢筋混凝土建筑中一项量大而面广的施工工艺。现浇混凝土结构模板工程约占混凝土结构工程总造价的三分之一左右和总用工量的二分之一左右。因此模板的选用及设计计算方法直接关系到混凝土结构工程成本的高低。另外，若多层模板支架体系选用不当，易引发工程质量事故或倒塌事故，为安全生产带来隐患。为此，要加大研究和开发模板施工新技术、新产品，不断改善模板支架设计计算方法，以满足不同混凝土结构的要求。同时，要积极引进和借鉴国外先进的技术和经验，开发新型的模板体系和改进优化设计方法，以促进我国模板技术的发展。应用新型模板技术，将为建筑企业的技术进步和经济效益的提高产生积极的作用。特别是到了本世纪，随着大量高层、超高层建筑的云涌，对模板工程的技术、安全等要求越来越高。模板支架体系是随着模板工程技术进步而相应得到发展的。长期以来，与木模板工程配套的支架体系，普遍采用木支架或竹支架。

迄今为止，扣件式钢管支架仍是我国最常用的模板支架形式，约占模板支架量的60%以上。门式支架及碗扣式支架在许多大型工程中也有应用，但由于其较高价格等原因使其推广受到一定限制，然而它们具有搭设高度高、刚度大、承载能力好等优点，因此，门式支架及碗扣式支架仍将是今后模板支架发展的方向。

4 模板支架体系的研究

由于施工阶段存在诸多的不确定性，对于钢筋混凝土结构多层模板支架体系的研究尚欠完善，现有的研究也主要来自于国外。以往研究涉及以下几个方面:引起模板倒塌事故的原因、施工荷载、立杆的稳定性以及模板支架体系计算模型等。

北美一位学者Ayyubl提出，由于施工设计准则与施工过程不当引起的事故占施工总事故的50%。引起模板倒塌的原因主要是:支撑设置不够、早龄期混凝土养护时间不足、施工人员为赶施工进度过早拆除模板或施工荷载估计不当等。而对于拆除模板引起的事故，美国学者D.VRosowskyetal.提出由于拆模时混凝土还未达到28d龄期，所以一旦拆去模板及支架后，混凝土板自身的刚度和强度还不足以抵抗板上的荷载引起的作用，进而引发楼板本身的一系列问题。施工荷载的不确定性是导致模板支架倒塌事故的一个重要的原因。施工荷载是指混凝土的自重、模板钢管自重、机械设备、施工人员以及风荷载等。美国学者Pengetal通过数值分析的方法得到各种荷载形式下支架的承载能力，并在对模板支架体系的调查中，得到施工荷载的多样性对支架内力及板的弯曲影响是最主要的。

同济大学赵挺生等基于理论分析和现场实测以及对模板支架施工误差和时变结构体系承担施工荷载的随机性的认识，建立了钢筋混凝土结构施工期设计分析方法，并用钢筋混凝土结构施工期设计分析的实例加以说明。清华大学张传敏等通过对一批钢筋混凝土结构在施工期间活荷载的现场调查统计和分析，发现堆积荷载是主要的施工活荷载，并可以用指数分布描述对指数分布的参数进行估计并将施工活荷载转化为均布荷载。对多层模板支架体系进行力学性能分析，需建立合理的多层模板支架体系分析模型。20世纪五十年代以来，各国学者相继提出精确分析模型、简化分析模型和精化分析模型以及等效框架分析模型等。

5 结束语

造成模板支架体系倒塌和楼板开裂两种现象的主要原因是由于过去对多层模板支架体系的重视程度不够，对多层模板支架与主体结构共同受力的性状研究较少，在实测试验等方面，也缺乏第一手资料，难以进行深入的分析研究工作。工程实践的迫切需要与研究现状的相对落后，不仅说明此方面的理论研究和取得的成果都十分欠缺，更说明开展此项科研工作的必要性和紧迫性。

[1]王光远.论时变结构力学，土木工程学报，vol.33，No.6，2000.12,105-108

[2]赵挺生.基于时变性的混凝土建筑施工方案优选，华中科技大学学报，Vol.22，No.4，2005.12，12-16

[3]刘西拉.结构工程学科的现状与展望，人民交通出版社，1997