基于BIM技术的多道水平斜梁穿越密集钢骨混凝土柱施工技术.pdf

-65-第7 期基于 BIM 技术的多道水平斜梁穿越密集钢骨混凝土柱施工技术王守美，王振，王晓玲，王锴（山东平安建设集团有限公司，山东 济南 250306）【摘要】论文应用 BIM 技术对异形梁、柱复杂节点工程实践进行了施工总结，尤其对技术特点、工艺原理、工艺流程、操作要点、材料设备、质量验收、安全环保措施进行了详细的介绍，以期为今后类似工程的施工提供有益的借鉴。【关键词】BIM 技术；异形梁、柱；工程实践；总结【中图分类号】TU17【文献标志码】A【文章编号】16713702（2023）070065050引言随着现代施工技术水平的不断提高，公建建筑形状与体量不断大型化。尤其在近年来，随着国家大力提倡推广应用钢结构建筑，钢骨混凝土结构应用的范围愈来愈普遍，与普通钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，使柱、梁混凝土构件的承载力大为提高，这有利于抵抗水平位移、提升结构的抗震性能，其优越性被业界所公认。钢骨混凝土结构的施工特点是节点复杂，钢构件制作、安装难度大，加之钢筋密集，混凝土浇筑难度增大，因而如何确保工程质量，是钢骨混凝土施工与质量验收的重点与难点。在工程实践中，应用 BIM 信息技术通过对异形梁、柱复杂节点进行深化设计，较好地解决了此类问题。1工程概况济南市长清区四馆项目位于宾谷街以南，清河街以北，莲台山路以东，规划路以西区域。项目地上部分由文化馆、图书馆、档案馆、博物馆、剧院四个单体及地下车库组成。该建筑结构体系为框架体系，其中钢骨柱如图1 所示，各层共 66 根（地下一层 12 根，首层 14 根，二层 14 根，三层 14 根，四层 12 根）、其中图书馆 SRCZ1、2 为十字柱，剧院 XGKZ1 为焊接 H 型钢柱；钢骨梁图书馆共 16 根、剧院共 1 根。剧院框架梁 GKL1 共 7 根，GL1 共 70 根。钢骨柱采用翼板腹板焊接，从地下一层筏板顶部生根，剧院部分钢骨柱由+0.9 m 混凝土柱上生作者简介：王守美，女，工程师，研究方向为工程管理。Construction Technology of Multi-channel Horizontal Inclined Beam Passing Through Dense Steel Reinforced Concrete Column Based on BIM TechnologyWANG Shoumei，WANG Zhen，WANG Xiaoling，WANG Kai（Shandong Pingan Construction Group，Jinan Shandong 250306，China）Abstract：In this paper，the application of BIM technology in the construction of Irregular Beam and column complex joints is summarized，in particular，the technical characteristics，process principle，process flow，operating points，material and equipment，quality acceptance，safety and environmental protection measures are introduced in detail，which provides a useful reference for the construction of similar projects in the future.Keywords：BIM technology；special-shaped beam and column；engineering practice；summary2023年第41卷第7期ocus on Informatization聚焦信息化F-66-ocus on Informatization聚焦信息化F工程质量第41卷根，钢骨总重量约 409 t，剧院框架重约 200 t。在钢骨柱、梁与钢筋混凝土柱、梁相交的节点区域，采用翼板及腹板打孔和在柱翼板上焊接钢筋连接套筒或连接牛腿的方法解决钢筋与钢骨连接相碰的问题。2施工技术特点1）采用钢骨梁、柱混凝土结构，使节点工程质量能够得到有效保证，满足了设计对节点承载力的计算要求，使结构安全更加可靠。2）与常规大截面竖向混凝土承重柱子相比，通过采用 BIM 技术1精准施工各道混凝土斜梁，使钢骨混凝土柱子节点施工质量得到了确保，满足了钢骨混凝土柱受力要求，使建筑物大空间得以实现，从而为建设方创造了效益。3）利用 BIM 技术使各道水平斜梁穿越密集钢骨混凝土柱的工程实践表明，该技术能使钢筋间距更精确，从而满足混凝土浇筑要求，使混凝土浇筑质量得以较大提升，并使钢材和混凝土二者的优点有效地结合在一起，提高了整个钢骨混凝土梁、柱节点的综合受力性能2。3工艺原理钢骨混凝土梁、柱结构除了具有钢结构加工制作精度高和安装设计标准化程度高的优势外，同时利用 BIM 信息化技术，有效推动了钢结构工程的设计模数化、节点标准化、自动校核、自动纠错、自动统计等技术的普及3，不仅提高设计出图水平与效率，同时使施工更加精准、高效，加之该结构具有良好的防火性能，合理解决梁、柱节点区钢筋的穿筋问题，使节点具有良好的受力性能，从而有效地加快了施工进度4。该技术适用于大型公共建筑，如车站、超市、地下车库、公共建筑裙房、商场、剧院、博物馆、图书馆等异形梁、柱复杂节点施工。4工艺流程及施工操作要点4.1工艺流程对型钢梁、柱施工过程利用 BIM 技术进行模拟布置对涉及的型钢柱、斜向梁节点埋件布设、钢筋绑扎、模板支设进行施工模拟投放钢构件安装位置线用两台经纬仪对钢柱安装位置及垂直度进行校正埋置地脚螺栓安装支顶杆焊接复测柱垂直度柱钢筋施工 支模板水平斜向梁施工 浇筑混凝土5。4.2操作要点4.2.1柱脚螺栓的施工将地脚螺栓用钢定位模板进行定位固定如图 2 所示，进行初步的轴线和标高校核后，用螺纹钢十字型焊接于混凝土柱钢筋上，混凝土振捣完毕后，在钢柱安装前再进行一次复核，地脚螺栓露出地面的部分涂抹黄油用塑料布进行包裹保护。4.2.2钢柱起吊施工彻底清除柱基周围垃圾、积水，将混凝土面重新凿毛，对凿毛清理过的混凝土面复测标高，放置垫铁，对钢柱底板面进行找平处理，用水准仪对柱基标高再次进行校核，用经纬仪对柱基的横向及纵向定位轴线再次校核，合格后，起吊钢柱，缓慢降落，使钢柱准确就位如图 3 所示，再次校核钢柱纵、横中心线，达到图纸要求为止。图 1钢骨柱图 2钢骨柱就位固定（a）钢柱起吊现场（b）钢柱吊装图 3钢柱就位-67-第7 期4.2.3焊接工艺1）垫板和引弧板、收弧板。焊缝垫板和引收弧板应与母材相一致，垫板尺寸为厚 68 mm、宽 50 mm，引弧板、收弧板长 5080 mm（根据被焊板厚决定）。2）焊接操作。焊接中每道要清渣，盖面时应留 1.01.5 mm 深的坡口槽，然后再进行盖面焊，盖面焊的高度应3 mm，同母材边缘线 2 mm 左右；每层焊道不超过 5 mm，钢柱焊缝宜采用对称施焊，以防变形发生。3）对安装中需使用的焊接材料进行严格把关。钢结构焊接作业施焊前，要对焊接材料的性能、规格、品种进行复验，所有焊接材料要有专业检测机构的质量合格证明文件，对重要部位的焊接材料，还需进行抽样复验。4.2.4栓钉焊接工艺1）栓焊机必须连接在独立电源上。2）施工前进行确定焊接参数试验，22 焊钉的焊接参数可参照 I=1 500 A，t=1.2 s 进行调节。焊钉伸出瓷环的长度 5 mm；提升高度为 2.5 mm。3）焊接时，焊枪应按住不动，直至焊缝处熔化的金属凝固为止。4.2.5钢柱起吊方法钢柱在施工过程中，通常采用单机起吊，对大型或异型钢构件，采取双机抬吊，需注意的事项如下。1）首先，对起重的钢柱重量进行荷载分配计算，起重机的负荷不宜超过起重机核定重量的 70%，并应优先选用同类型起重机。2）在起吊过程中，设总指挥及分指挥，对钢柱的起吊过程进行协调处理，若采用铁扁担起吊，受力要保值均衡，起吊倾斜角度要在起吊设备允许范围内，防止一台起重机失衡而导致另一台起重机超载事件发生，避免安全隐患。3）钢柱起吊时，必须回转扶正，钢柱需顺直，底部不能拖地，起吊过程中，吊索应有足够的高度，避免与其他钢构件碰撞。4）首节钢柱安装在柱基上，钢柱起吊就位后用地脚螺栓进行临时固定，校验垂直度，在钢柱侧面安装临时固定用的连接板，待上、下节钢柱柱顶中心线复核无误后，应用螺栓固定连接板，临时固定，确保钢柱垂直，使钢柱安装准确到位，待下部地脚螺栓完全固定后，方可解开吊索。4.2.6钢柱的校正1）首先，对第一节柱身进行垂直度校正，在纵、横方向设经纬仪，采用缆风绳校正方法进行检查。在施工过程中，逐步微调底部钢板下部螺母，对钢柱完成校核，然后初步拧紧上部螺母，在此期间，缆风绳处于不受力状态，上部柱身也呈自由状态，再使用经纬仪进行观测，反复纠偏直至准确无误，而后拧紧上部螺母，待拧紧后，将螺母与螺杆焊接完成。2）其次，对第二节钢柱轴线进行检查调整，为防止上、下节钢柱出现错槎，要确保钢柱的纵、横轴线重合，若出现偏差，要使钢柱中心线偏差调整控制值不超过2 mm，若偏差过大，可增加纠偏次数 12 次。同时要保证每一节钢柱的控制线均从地面控制线引至上层柱，防止产生误差积累，不允许使用相邻钢柱的定位轴线。3）第二节钢柱垂直度校正。为确保钢柱吊装质量与精度，需将建筑物核心部分的钢柱组成不可变框架结构，这样有利于整体柱的安装及作业面的划分，根据经验值，上、下柱的焊缝收缩值控制在 3 mm，梁、柱焊缝收缩值控制在 1.5 mm，对于标准柱的垂直校正，采用纵、横方向经纬仪进行观测，具体为首先在钢柱倾斜方向一侧打入钢楔，也可采用千斤顶顶升，耳板处的临时螺栓孔应比正常螺栓孔大 3 mm，并利用螺栓孔扩大余量，以调节钢柱制作误差04mm。其次，在标准框架体上安装钢梁，安装次序为上、中、下梁，安装过程中，如果对柱的垂直度产生影响，采用钢丝绳、缆索、钢楔、千斤顶、手拉葫芦进行纠偏处理，其他钢柱由标准框架体向四周扩展，具体与上述做法相同。4）柱底灌浆。在第一节柱及柱间钢梁安装完成并复验无误后，进行柱底灌浆施工。4.2.7钢骨混凝土柱、梁钢筋施工工艺流程为钢骨混凝土柱钢骨验收合格定位放线套箍筋立柱筋连接柱筋画箍筋位置绑扎钢筋塑料垫块。为保证柱筋保护层厚度，采用在柱箍筋外侧卡塑料卡，塑料卡的厚度为柱筋保护层厚度。柱主筋接头位置应错开，错开长度35d，且500 mm，任一截面钢筋接头面积占钢筋总面积的百分比为50%。王守美等：基于 BIM 技术的多道水平斜梁穿越密集钢骨混凝土柱施工技术-68-ocus on Informatization聚焦信息化F工程质量第41卷4.2.8穿钢骨混凝土柱钢箍钢筋的施工连系梁穿钢柱的洞，开孔直径为 1.2 d，直径 25 mm钢筋的开孔为 30 mm，箍筋开洞孔径为 15 mm；框架梁当梁主筋根数超过柱打孔限制时，可将多余的梁筋焊接在钢柱加劲板上，框架梁主翼板范围内上下主筋与钢柱连接采用加工厂预先焊接丝接套筒连接，应在钢梁适当部位采用绑扎连接或钢筋焊接连接，如图 4 所示。梁主筋根数超过柱腹板打孔数目时，多余梁筋可按照设计进行弯锚或焊接在加劲板上。4.2.9钢骨混凝土柱、梁混凝土浇筑高标号混凝土的坍落度损失比较快，从其出厂到送至浇筑部位，时间不得超过 1 h，若超过 1 h 仍未浇筑要重新检查其坍落度。柱内混凝土每次下落高度不超过 1 000 mm，用振捣棒振捣，每层柱内混凝土连续浇筑距口 500 mm 完毕，钢骨柱混凝土和梁板混凝土一起施工。混凝土采用人工下料，速度不宜过快，以免发生阻塞，每次下料高度控制在 500 mm 以内。每次混凝土浇筑完成后，上面用盖板遮盖，以防杂物和雨水进入。再次浇筑前先用 100 mm 厚与混凝土同成分的水泥砂浆铺底，以免浇筑混凝土时石子蹦弹。5钢骨柱安装工程的技术特点与难点 5.1钢骨柱安装工程现场作业特点本工程现场场地狭窄，现场仅布置 QTZ-80 塔吊一台，远端最大起吊量为 1.3 t，凡钢构件重量1.3 t 构件，均采用轮式吊车吊装。由于钢构件不能一次到位，需要分批次进场，为减少运输成本，采用 BIM 可视化信息管理技术，准确把握钢构件进场时间，使现场管理科学有序，有效地提高了施工管理水平，加快了施工进度。5.2强化现场各专业的有效配合由于现场钢结构与混凝土结构混合交叉作业，要求钢结构施工与土建施工密切配合，由于钢结构安装施工是一项技术含量较高的工作，需要优先选择一家有资质的、专业水平高的公司来配合完成施工作业，并在现场确定一位指挥长，指挥协调各安装小组有序施工作业。5.3BIM 技术在现场钢梁施工吊装的应用由于钢柱、钢梁连接节点多，设计院节点图纸不能完全满足现场实际安装需求，为确保工程质量，钢结构公司根据实际需要，利用 BIM 技术进行了二次图纸深化设计，如图 5 所示，并在钢结构工厂进行加工制作，有效地保证了梁、柱构件的质量。本工程钢梁最长构件 32.6 m，重量约 12 t，采用300 t 轮式吊车现场拼接后整体吊装，钢柱在每两层标高上 1.3 m 位置，用高强度螺栓拼接后焊接，分段后柱最长构件 12.7 m，重量约 8.1 t，根据现场情况采用相应吨位轮式吊车进行吊装，如图 6 所示。由于安装过程中钢骨柱、梁不能形成稳定的单元，混凝土梁的钢筋斜穿过柱、现浇楼板，如图 7 所示，因而对柱的垂直度和整体钢结构尺寸精度有很大影响，必需采取相应技术措施加以控制。抗弯节点焊缝及钢骨梁、柱节点 500 mm 范围内，焊缝均要求为一级焊缝、由于焊缝探伤量大，因而对焊工技能要求高，主要构件均在钢结构加工厂完成，从而图 4钢骨柱及钢筋绑扎图图 5利用 BIM 技术设计梁、柱复杂节点钢筋示意图图 6钢梁就位图（下转第 73 页）-73-第7 期浇筑和振捣过程中会出现较多泌水，上涌的泌水和浮浆顺混凝土坡面流入坑底，泌水汇集后采用软轴抽水机及时排出，避免骨料下沉。6结语以广西某超高层项目为例，对超厚筏板基础施工过程中关键施工工艺、技术难点进行探讨和分析。针对超厚筏板中、上部钢筋因自重大，支撑高度高，混凝土一次浇筑体量大，内部温度难以控制等特点，提出采用型钢支撑体系用于超厚筏板基础中、顶部钢筋的支撑，采用溜槽施工工艺保证大体积混凝土浇筑及时性和连续性，通过在筏板基础内部设置冷却管加快内部快速散热，保证混凝土内外温差满足规范要求，并采用整体分层连续浇筑工艺，确保施工过程质量。此工程筏板基础已于 2022 年顺利实施，施工前后立柱及横梁位移变形均在合理范围内，顶部横梁支撑平整度高，顶部钢筋绑扎效果好，钢筋混凝土浇筑速度快，混凝土内外温差控制值满足规范要求，混凝土整体浇筑施工质量较好。实践证明，该支撑体系、溜槽系统、冷却管设置、大体积混凝土浇筑工艺在超厚筏板基础施工中具有较高安全性、可靠性，其可行性高，实用性强，对类似的超厚筏板基础的施工具有一定的参考意义。Q参考文献 1 徐辉，刘洪刚，焦景毅，等.超厚筏板钢管脚手架马凳支撑体系施工技术 J.施工技术，2016，45（15）：7477.2叶弘菁，路梦良，赵小勤，等.钢管+型钢组合钢筋支架在超厚筏板施工中的应用 J.工程质量，2020，38（4）：3336.图 8混凝土振捣顺序示意图（上接第 68 页）有效地保证了钢结构构件质量。钢柱、钢梁上部有钢筋贯穿孔洞、丝接套筒、焊钉焊接于钢梁柱相应连接位置，因而在现场作业时，需对具体尺寸划线，复核后焊钉，有效地保证了焊接构件的精度要求。6结语通过 BIM 技术6在多道水平斜梁穿越密集钢骨混凝土柱的应用，减少了模板脚手架的搭拆、材料养护等环节，合理确定了各工序施工步骤，大大减少了失误率，从而避免了返工率，经过测算，缩短工期 35 d。通过应用该施工技术，将钢材和混凝土的性能有效地结合起来，从而发挥了 各自的材料优势，极大地提升了柱子的承载力，使建筑大空间成为可能，形成的钢骨混凝土柱各方面综合性能表现优异，值得广泛地推广应用，经济和社会效益良好。该工程竣工后，质量优良，内部大空间装饰优美，赢得了建设方及监理方的好评。Q参考文献 1 卢保树，孔令海，张寒松.BIM 技术在大型公共建筑领域的应用J.建筑技术开发，2018，45（16）：9596.2中国建筑科学研究院.建筑业 10 项新技术（2017 版）M.北京：中国建筑工业出版社，2017.3姜卫杰，边广生.现代混凝土结构工程施工新技术 M.徐州：中国矿业大学出版社，2013.4文林峰.装配式混凝土结构技术体系和工程案例汇编M.北京：中国建筑工业出版社，2017.5住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑业协会.工程建设国家级工法汇编 M .北京：中国建筑工业出版社，2011.6王秋燕.基于 BIM 平台的信息化技术在大型城市综合体施工中的应用 J.建筑施工，2018，40（12）：20212023.图 7多道梁、柱交叉现场郝俊猛等：广西某超高层超厚筏板基础综合施工技术