混凝土工程模板設計技術探討

陳正平技師

前言

近日收到本公會技師會員寄來電子信函稱：『因內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材，第2.4.4節(模板工程監工實務)，第1項(以四層模組成) 中，有關四層模的論述如下。

『有關三層模和四層模差異性檢討，屬於時下一般廠商常見疏失。最常見柱，牆及版之模版僅有襯版、小格柵及橫大格柵三層，而無縱大格柵，依規定模板均要有上述四層。(下列檢討範例摘自品管工程師班講義)

討論          用  δ＝WL⁴/128EI

                                    δ：撓度，必須滿足規範規定。

    CASE 1  ： 三層模

               假設  E₁＝7×10⁴ kgf/cm²

                     I₁＝bh³/12＝3.6×4.5³/12＝27.34 cm⁴

                                         δ₁＝W₁L₁⁴/128E₁I₁

         CASE 2  ： 四層模

               假設  E₂＝E₁＝7×10⁴ kgf/cm²

                     I₂＝bh³/12＝6×6³/12＝108 kgf/cm⁴＝3.95I₁

                                         δ₂＝W₂L₂⁴/128E₂I₂＝W₂L₂⁴/128E₁(3.95I₁)

由CASE 1，CASE 2 可知

                  當L₁＝L₂

                  δ₁、δ₂滿足規範規定且相等時

                  W₂＝3.95W₁          ∴△W/W₁＝2.95

因此，使用四層模板，可使假設工程增加2.95倍的安全性。』

以上論述造成工程查核時有些查核委員不明就理要求以「四層模」施作柱及牆之模板。該技師認為模版工程是假設工程，1～2公尺高的矮牆或台度有需要用四層模嗎？更何況3～4米高的牆體工程已完成，並無安全問題，查核委員看到施工照片中沒有以「四層模」施作矮牆之模板，認為模板施作有瑕疵。該技師認為實務上已安全施作完成，何須無謂的以「四層模」施作？更何況合約又無規定。

該技師研究品管班模版計算第18頁，有下列疑惑請釋疑。

1.此頁計算觀念對嗎？是否須從靜不定觀念去探討？

2.第三層的角料尺寸採3.6×4.5㎝²，第四層採6×6㎝²，請問若第三層的角料尺寸採6×6㎝²，第四層採3.6×4.5㎝²，依該講義的計算方式I₁＝27.34 cm⁴；I₂＝108 cm⁴＝3.95I₁，那W₂＝W₁/3.95，這是什麼邏輯？

3.W2＝3.95W₁，如何變成△W₂/W₁＝3.95是怎麼得來的。

4.查99年品管班講義，此段論述已不見了，為何？若查覺不對，但有些查核委員卻一直沿用，對施工單位專任技師造成困擾，請在技師報針對四層模的錯誤論述予以指正。

從力學需求探討問題

 1.結構物之安全性係以強度決定，其中包含軸力、彎矩及剪力等。並非以撓度來決定安全性。撓度是用來檢核使用性，例如模板系統承受液態混凝土所產生之壓力後，是否會造成模板變形量太大，致拆模後有過大之鼓起或突出現象而必須打石修正。故該論述以撓度評估比較二者之安全性的作法，觀念應屬不正確。

柱或牆之模板系統，只要模板系統之強度可承受液態混凝土所產生之壓力，且屬穩定之結構系統，又撓度變形量均在容許值內，均屬良好可用之模板系統。以三層模之系統(見圖1及圖2)為例，其結構系統已可達到穩定的目的，因此只要其強度符合安全需求，撓度亦符合需求，即可使用。惟若構材之上單元模板與下單元模板間之水平向錯位控制精度需求較高(例如，清水模板)時，使用四層之模板系統(見圖3)，因有縱大格柵的存在，可連貫上、下模板單元，故較易達成控制水平向錯位精度的目標。

圖1 牆之三層模板系統示意圖 (摘自提升非工程人員工程管理訓練班教材)		圖2 牆之三層模板系統剖面示意圖 (摘自提升非工程人員工程管理訓練班教材)
圖3 牆之四層模板系統剖面示意圖(摘自提升非工程人員工程管理訓練班教材)

筆者翻閱公會之模板系統相關之研討會講義中，亦發現有引用相同不正確觀念之資料的現象，藉此機會提醒辦理相關研討會時應予更正。

2.該講義以不同斷面尺寸之角材(三層模系統之第三層的角料尺寸採3.6×4.5㎝²，及四層模系統之第四層第四層採6×6㎝²角料)，並以全高，計算I₁＝27.34 cm⁴；I₂＝108cm⁴＝3.95I₁。此種用不同斷面尺寸之角材，其強度本就不同，無法比較安全性。又，以全高分別為L1及L2計算撓度之算法亦不正確，蓋撓度之算法應以視緊結器處為支點，所計得之撓度方屬正確。況且，該講義比較二者之撓度，應與模板系統之結構安全性無關。

3.該講義中，W2＝3.95W₁，如何變成△W/W₁＝2.95的疑義，應係。W₂/W₁＝3.95之誤植。

4.查99年品管班講義中，此段論述已不見了的原因，筆者推測應係查覺不對才予刪除。為免技師同仁誤用或查核委員卻一直沿用，造成技師困擾，特提出說明供參考。

結論

任何混凝土結構構材之模板系統，不論是以三層模之系統或是四層模之系統，只要其強度可承受液態混凝土所產生之壓力，且屬穩定之結構系統，又，撓度變形量均在容許值內，均屬良好可用之模板系統。除非上單元模板與下單元模板(或右單元模板與左單元模板) 間之錯位控制精度需求較高，或牆面較高或較長致面積尺度較大，而須維持牆面之平整度時，使用四層之模板系統(見圖4)，因有縱大格栅連貫較多模板單元，較易控制精度達成目的。在一般使用情況下，低矮或寛度較小構材之模板，考量成本及工期，以三層模板之系統施作應足夠達成目標。

另外，計算檢核撓度時，應以支點間之尺度作為跨度。又緊結器之繫桿之容許拉力須以扣除車牙影響之有效受拉斷面積計算，才能確保施工安全。惟假設工程用之緊結器繫桿係屬施工過程之載重所需，依據「建築物基礎構造設計規範」第8.9.1節之規定，其容許拉力得比照該節「臨時性擋土壁及支撐設施之容許應力值，得較規定之永久性構件容許應力值提高百分之二十五」之規定設計之。

圖4 以C型鋼作為第四層模板系統之組立與相關構件示意圖