| □林瑞棋 |
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一、前言 多樓層建築物的施工支撐與再支撐必須由較低層樓版支承新澆鑄樓層混凝土重量，然而，較低層樓版之混凝土強度可能尚未達到混凝土設計強度(極限強度 )，或可能構造設計時未考慮到混凝土未達到極限強度前或達到極限強度時施工增加之載重，或可能未估算施工載重超過構造設計載重，因此，施工支撐或再支撐必須提供足夠樓層樓版在不超過應力與撓度下，擴大對施工時所增加之需要承載力，無論再使用支撐或再支撐材料在施工計畫要求若干強度，其對構造物仍應獲得同等施工要求強度率。二、決定樓版層數支撐的因素 較低樓層之支撐應設計足以承受所有上面樓層之混凝土和模板及施土載重之全部重量，其期間直至支座在不沈陷地面或最低層之支撐拆除。一旦第一層樓版之支撐支座在地面已拆除，支撐和再支撐必須設計足以承受自該層樓版以上所有載重之傳遞，對於趕工的多樓層作業，ACI 347 推荐該支撐以上第一樓層應設計為 1 1/2 混凝土和模板及施工載重予該樓層樓版，在某些情況下較大於此的載重必須承載，然而，一種同樣分析列於表5-3，表中所示為通常一種保守實用的分析。 決定樓版層數支撐以承載上部施工載重，ACI 347 推荐應考慮下列因素: (一) 設計樓版或構材載重能力，包括活載重、隔間載重及技師設計樓版其他載重，其中包括技師－建築師認可施工載重，該等數值應標示在結構圖上。 (二) 混凝土和模板之靜載重。 (三) 施工活載重包括，澆鑄混凝土工作人員和設備或貯存材料。 (四) 混凝土規定之設計強度。 (五) 上下層樓版間澆鑄混凝土之周期。 (六) 混凝土發展強度應足以承受來自上面樓層需要支撐載重。 (七) 樓版或構材之跨距為永久結構體支承之間距。 (八) 模板系統之型類，模板組成之水平跨距，個別支撐之載重。 (九) 選擇減少對較下層樓版再支撐數量，再支撐尺寸與數量，如間距與位置應小心選擇，以保證對負荷載重之適合與需要。 對於多樓層建築物之支撐與再支撐不容易建立一單獨普通程序，因為自一工地至另一工地相關變化部份廣闊，然而有些有效用的分析方法足以信任計算施工不同速度與周期，構造物承受活載重與靜載重之不同比率，混凝土強度發展之不同比率。 三、載重分析 若干設計者與研究者曾發表在樓版上支承載重，當施工時，以平均分配支撐在多樓層建築物之建議分析方法，從基本信賴載重分析條件在工地進行載重試驗結果證實，而獲得一致承認，使用簡化假設如同一般模板設計之其他條件。因為對若干因素如混凝土之潛變，安置再支撐之技術，局部載重之再分配，在工地組立模板之連續度等未知數而存在一部份定量，除非令人無法接受，過分要求正確的理論分解是不合實際的，為分析目的，使用下列假設: (一) 支撐與再支撐強勁的抗彎曲，對樓版具極大的關係。 (二) 樓版以支撐相互連結，因此，當增加混凝土新載重時，所有的改變相等，增加載重與承受單一支撐之勁度成正比。 (三) 樓版應具有相等勁度與受支承相互連結樓版一致，是否假設全部樓版相同勁度或個別樓層之樓版勁度因與混凝土材齡之不同強度成正比，其結果有些微數值約5~10%之差異，因此，視令人滿意或適宜如下列簡化假設而定。 (四) 地面層樓版或其他其座版應為剛性。 顯然上列假設事實並不嚴格，但在工地載重實驗報告指出其誤差效力小到使用基本理論分析之數值，對所有簡化假設暗示要更深一層的暸解，請參考下列書籍: 1. Feld,Jacob,”Reshoring of Multistory Concrete Building”conorete construction, May 1974, pp 243-248. 2. Grundy,paul,and kabaila,A.,”Construction Loads on Slabs with shored Formwork in Multistory Building” ACI JOURNAL,proceedings V.60,No12,Dec.1963,pp 1729-1738. 3. Blakey,F.A,and Beresford,F.D.”Stripping of Formwork for Concrete Building in Relation to Structural Design ”Civil Engineering, Oct, 1965, pp95-96, 4. Agarwal,R.K,and Gardner,Noel J.,”Form and Shore Requiements for Multistory Flat slab Type Buildings”ACI,JOURNAL,Nov,1974.pp559-569. 典型載重分析結果列於表5-2，表中所示為支撐二層，再支撐一層的施工情狀，對施工載重或模板及支撐重量不容許不計算在內，在相同程序通過作業最大三基本執行步驟為: (一) 組立完成一樓層支撐與模板，然後澆鑄新混凝土。 (二) 互相連結體系統最低層先拆除再支撐，再拆除次樓層支撐與模板。 (三) 在剛拆模次樓層樓版下設置少而足夠的再支撐，但當第一次澆鑄混凝土前不需再支撐承受任何載重。 最先澆鑄混凝土二層樓版不必拆除任一支撐，其載重直接傳遞到地面，樓版不承受載重直至第一層支撐拆除，然後，各樓版始承受其本身重量，如施工進行周期，當各層澆鑄新混凝土(作業步驟1)方假設載重等量分配於相互連結樓版系統之間，無論再支撐或支撐之一層拆除(作業步驟2與3)，支撐作用力等量分配於相互連結樓版系統之間。 各作業步驟作用在支撐端之載重，係以綜合總垂直力為根據計算，考慮支撐層以上之樓版總重量和施工載重，上層樓版承受較少載重，並將該載重傳遞至支撐承擔，例如，表5-2步驟10，考慮樓層2與樓層3之間的支撐； 上層樓版之總重量=2D (樓版3與4) 上層樓版承受總載重 (0.110樓4+0.940樓版3)=1.05D 二者間相差為0.95D，該載重由支撐傳遞至樓版2。 表5-2為一簡化情狀僅考慮樓版靜載重分析變化，其應小心研習直到此一方法全部暸解，著手至應用以前應暸解包括，更多樓層的支撐，或一組合支撐，或組合支撐和再支撐。 四、最大樓版載重 表5-2中所示最大樓版載重為步驟10第二層樓版，其承受載重為1.95D(D=混凝土重量之靜載重)，在任何相互連結樓版系統最大載重樓版總是在最後澆鑄混凝土樓版前，或在地面層支撐拆除後，當施工向上進行，施工周期將重複，最大樓版載重在較高樓層約為1.9倍樓版靜載重(相當於步驟14為1.87與步驟18為1.90)。表5-3所示為增加模板和支撐之靜載重及依ACI 347推荐施工活載重50psf (245 )之結果。 假設模板和支撐之靜載重為 0.1D 假設再支撐之靜載重為 0.05D 假設施活載重為 0.5D 上列載重加入混凝土靜載重與依循相同規則分配列入表5-2中；然而，此一分析變成更煩雜，因為拆除支撐與再支撐之載重來自相互連結體系統，每逢拔除一層支撐或再支撐時均將造成相互連結體系統載重之改變而趨於複雜，施工活載重僅使用在相互連結體系統中之最頂樓版，與假設在脫模前撤除，與在下面再支撐發生作用；模板與支撐之總重量及再支撐之重量假設作用在個別支撐與再支撐頂端。 請注意表5-3中，最大樓版載重再發生在樓版2，在步驟9樓版2之載重為2.11D，比較表5-2不考慮模板與支撐重量及施工活載重時之最大載重為1.95D；當施工順序向上進行，施工周期重複，與再現最大載重出現在相同樓版2(例如步驟17為2.07D)。 五、最大支撐載重 &構造物開始承受其本身任何載重前，最大載重支撐在地面層，該等支撐負荷所有樓層混凝土全部載重直至第一層支撐拆除前；對施工順序假設在表5-3中最大支撐載重為一層樓版混凝土靜載重之2.7倍，此一載重條件參照ACI標準347第2.5.3段:nbsp;支撐應設計足以承受各樓層上面之混凝土與模板全部重量及施工載重，其期間直至支承在地面第一樓層支撐拆除。 ACI 347 委員會在第2.5.3段做出另外推荐: 支撐在任何情況下絕不應設計承受少於規定樓層混凝土，模板與施工載重之重量的一又二分之一倍。 表5-3中之假設條件為最小支撐設計載重: 1 1/2倍(樓版靜重，D+模板和支撐重量0.1D加施工活載重，0.5D)該值等於1.6D的1.5倍，或2.4D。 以此比較表5-3分析高於地面樓層的最大支撐載重1.65D(步驟9)，至此出現對表5-3施工條件假設在ACI引導下是保守的。 六、多層建築物之施工支撐和樓版載重的簡化分析表 (一) 表5-2為多樓層建築物使用二樓層支撐，與一樓層再支撐之施工，不包括施工活載重與模板重量，而僅考慮樓版重量1.00D之支撐和樓版載重的簡化分析表。(二) 表5-3為多樓層建築物使用二樓層支撐，與一樓層再支撐之施工，考慮樓版重量1.00D，模板和支撐重量0.10D，再支撐重量0.05D，及施工活載重0.50D之支撐，再支撐和樓版載重的簡化分析表。 (圖表請參照本刊即將發行之「多樓層建築物的施工支撐與再支撐載重分析與應用實例」叢書) 七、支撐系統設計 無論對一完整的施工順序計畫之載重分析，與暫時選擇時間安排，計算載重係基於在施工周期可利用選擇時間之混凝土強度與預知樓版承受載重力做比較，如果預期載重超過樓版承載力，再支撐在相互連連結體系統中需要分配更多己完成樓版間新載重，適合地設置少而足夠的再支撐於抑制位置，但不必太緊密以替代在樓版上部份載重完成再支撐，再支撐唯一機能如一種支柱幫助來自新澆鑄樓版載重分配使用。八、多樓層建築物的施工作業 典型多樓層建築物的施工作業，每一新澆鑄混凝土樓版由支撐支承，並依次傳遞至先前澆鑄完成一層或多層樓版支承，樓版支承載重之分析方法已如前述。模板設計者選擇支撐以支承該等載重，應依據前列規則主要重點，然而，在現今結構的設計習慣下，建築物必須支承支撐載重而被設計為完成構造物之服務壽命中預期載重，以致鮮少或不注意在施工時，樓版經常在達到混土全部設計強度前必須承受付給載重；模板設計者必須估算當施工進行時構造物之承受支承能力的載重，與選擇允許施工載重達到安全支承之支撐－再支撐計畫與施工進度時間表。 許多多樓層建築物曾經依據實際經驗作法或地方習慣使用確實支撐與再支撐之樓層數；經常在一星期完成一樓層；然而，施工進程已變成更機械化與有意義的快速，同時設計應用傾向以混凝土不必達到特別強度隨時可利用的創造建築物；在此條件下謹慎做對施工速度要求需要多少樓層數之支撐與再支撐的合理判斷；此一特別重點為活載重與靜載重的比率小於0.5至1.0範圍。 每一構造物必須檢查本身事實與地方條件之關係，模板設計者應小心檢核以瞭解適合所有規範要求，在沒有任何國家規範要求時，此一方法提議可採用地方條件如一概念的構架。 混凝土構造物如今已普遍以強度設計方法設計，然而；當施工時以容許載重為成熟混凝土構造物之極限強度支承力之若干機能應為合理的，在ACI規範要求下，極限載重支承力(其為構造物剛開始破壞前之最大載重)為: 1.4DL+1.7LL 式中:LL為在樓版上設計活載重，與DL為樓版靜載重，加建築物間壁和機械設備之重量。
 確認真實樓版設計活載重(或考慮其他構材下)使用此一數值，與非象徵性，形式性，或超過所有的載重，然後，在少於28天不同材齡決定極限載重承載力:  齡強度在X天發展強度百分比(%)最後，以極限載重除以一接近安全因數估算容許載重 在X天容許載重  對於混凝土建築物在施工時之安全因數在已建立建築標準並未明確規定，對某些材料，法規與設計規範已清楚指示一較大容許應力或對短期載重之容許載重(例如木材應力等，請參閱相關材料書籍)；其對混凝土構材未規定，若干作者建議當施工時混凝土構造物應使用約1.3或1.4之安全因數為對發展中極限承載力之關係；因為構造物之重量可以正確計算，與因為推荐50psf施工活載重為短期載重(對一樓版因施工周期之緣故僅在一樓層正常地引起最大短期載重)。 下例為對1.3與1.4之安全因數努力促成，模板設計者應考慮地方規定要求與施工特殊條件選擇一安全因數，該因數在任何情況下不得少於1.3；本例仍基於均佈間隔與均佈載重於樓版全部面積使用支撐；假使使用長跨距模板構材，支承在少數點與重載重支撐成比例，為確信樓版局部超載不致發生而介紹一種更嚴密的分析。 假定有一常重混凝土樓版厚8in (20cm)，在溫度55℉(12.8℃)養護，且設計承受施工活載50psf(245kg/㎡)加15psf(73 kg/㎡)機械系統與間隔牆，其極限載重承載力為: = 1.4DL+1.7LL=1.4(100psf+15psf) ※+1.7(50psf) =161+85)=246psf 或，表示樓版重量D的倍數，在28天齡極限載重承載力為246/100或2.46D。 ※有些構造設計者可能應用1.7載重因數為機械和間隔牆載重；假使該載重能夠估算時，模板設計者應使用該相同因數為極限承載力之估算依據。 此一承載力必須使較早期材齡混凝土適用，而使用28天齡強度之若干百分比(%)，該等強度有賴養護時間與溫度；估算在4，8，12等天數之強度百分比(%)，可從圖6-9中資料查到，然後以28天齡極限載重承載力相乘多樣的百分比:
表中：D僅為樓版重量。
從圖6-9中百分比數值使用於此，僅為表示如何分解問題，模板設計者應基於個別混凝土拌合與養護溫度之資料使用，因為拌合足以改變發展中混凝土強度，例如，輕質混凝土經常被用在獲得更有助於活載重與靜載重比率，其發展早期強度不同於常重混凝土。 當估算極限載重承載力後，除以安全因數，求解施工時之容許載重(1.3與1.4之安全因數使用於證明分解方法)。 容許載重必須與施工順序計畫所為載重分析比較，在表5-3所列估算樓版載重係使用以二層支撐與一層再支撐獲得，在表5-3中步驟9，與其於在四天施工周期之容許載重比較如下表：
4D(四層混凝土樓版之重量) 0.2D(二層模板及支撐之重量) 0.05D(一層再支撐之重量) 0.5D(一層施工載重之重量) 共為4.75D，其已超過二假設安全因數總容 許載重3.53D與3.29D。 顯示出此一構造物為不足強度以承受安全度估算載重；不同施工周期，或支撐系統，或兩者應符合要求；倘測驗相同支撐系統─二層支撐與一層再支撐─若以雙倍施工周期每8天完成一樓層樓版，以支撐係統與保持前列條件估算決定樓版載重:
另外表5-3測驗顯示重現2.07D最大估算樓版載重於步驟10，但該容許載重在施工時從未超過混凝土28天齡強度使用1.4之安全因數之1.76數值(使用FS=1.3之1.90數值)，因此，假設構造物不能以該等安全因數建造，而建議使用二層支撐與一層再支撐。 決定如何使用合理的安全因數以建造一構造物，施工者應考慮更多樓層之支撐與再支撐，或較長施工周期，或使用更高早期強度發展之混凝土與養護溫度，或以前列多種方法之若干種聯合進行；假使構造物設計者增加特殊樓版極限載重承載力以適應預期更高施工載重，成功的施工仍必須在前例所述施工周期達成。 在前例中數值，包括在圖6-9中典型混凝土強度，使用以證明分解方法與對其他不適用問題；深思假設使安全界限降低，該建築設計可能在施工時發生相對活載重減輕；每項作業必須依其本身事實檢驗，對地方規定與作業條件上做全面考慮；模板設計程序必須包括下列三基本步驟: (一) 基於一種假設之支撐與再支撐的樓層數數量，做一包括施工載重與模板及支撐載重加上樓版靜載重，做一容許載重分析。 (二) 基於混凝土完全的強度乘不同材齡發展強度估算百分比再除以一適合安全因數為極限設計載重承載力，以估算在樓版上之容許載重。 (三) 比較(一)與(二)以確定在施工時任一階段之預期載重不超過容許載重。 或者仍必須以工地養護混凝土試驗證明該發展強度至少大到如假設計畫中支撐與再支撐順序之混凝土發展強度；個別支撐必須設計承擔全部支撐載重之一部份，如對表5-3相同分析決定；以任可估計總數違背此一規律可能導致構造物的失敗。 九、載重分析表之設計應用 設計例一 假設多樓層建築物之樓版厚度為6in，常重混凝之單位重量為1501bs/ft3，工地養護溫度為550F，施工活載重50psf，機械設備與隔間牆之重量為15psf，樓版邊長為13ft×16ft，計畫使用二層支撐與一層再支撐以每8天完成一樓層施工，設計該等樓版需要支撐與再支撐。混凝土28天齡之極限載重承載力為:  該數值為樓版靜載重D之倍數，且該數值為28天齡混凝土極限載重承力211/100或2.11D。 據Table5-3，在施工過程中相互連結Slab4，3，2，1，為該表中Step9，9A，10，11，12等五施工階段，每階段樓版承受載重與支撐或再支撐作用載重個別產生之變化，致在估算支撐或再支撐設計時之樓版載重或個別樓層支撐或再支撐之載重，與指定個別樓層之混凝土材齡強度的容許載重為估算依據；經比較而選擇Step9估算，列如下表:
四層樓版之重量 4×75=300.00 二層模板和支撐之重量 0.2×75=15.00 一層再支撐之重量 0.05×75=3.75 一層施工載重之重量 0.5×75=37.50 ───────────────── 合計 4.75×75=356.25psf 上列數值與據Table5-3 Step9估算數值一致。 估算樓版總面積13×16=208ft2在1.3安全因數時之個別樓版總容許載重為: Slab4 0 Slab3 93.75×208=19,500 1bs Slab2 127.50×208=26,520 1bs Slab1 138.75×208=28,860 1bs 依Table5-3 Step9，個別樓層間之支撐或再支撐作用總載重為: Slab4-3 1.60×75×208=24,960 1bs Slab3-2 1.65×75×208=25,740 1bs Slab2-1 0.59×75×208=9,200 1bs 《未完待續》 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
