超高層預制化支吊架的施工

李浩，趙小飛，吳永江，熊信誠

（中建四局安裝工程有限公司，貴陽 550000）

1 引言

相較于傳統(tǒng)支吊架類型，預制化支吊架在施工安全及便捷性、節(jié)能環(huán)保、施工經(jīng)濟性等方面優(yōu)勢明顯，成為支吊架施工的重點發(fā)展方向，有必要對預制化支吊架在建筑機電工程中的應用經(jīng)驗做總結(jié)分析。

2 超高層預制化支吊架設(shè)計要點

支吊架設(shè)計是預制化支吊架施工的重要構(gòu)成部分，以往預制支吊架設(shè)計多在CAD 軟件環(huán)境下進行，將各專業(yè)二維圖紙相疊加，大致分析各類管線的位置和走向，由此帶來的問題就是最終的施工方案與施工現(xiàn)場環(huán)境無法充分契合，導致施工過程存在較大的不確定性。另外，設(shè)計過程對設(shè)計人員的空間想象力和設(shè)計經(jīng)驗要求較高，導致設(shè)計過程需要耗費大量時間。BIM 技術(shù)的應用使得以上問題得到有效解決，BIM 系統(tǒng)可構(gòu)建支吊架施工三維立體模型，使設(shè)計人員能夠立體化觀察支吊架各項參數(shù)信息。同時，利用系統(tǒng)的自動碰撞檢驗功能，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并加以改進，使得最終的施工方案更具可行性。

預制化支吊架設(shè)計流程如2.1～2.5 節(jié)所述。

2.1 模型構(gòu)建

為盡可能使支吊架施工方案與施工現(xiàn)場條件相契合，減少安裝誤差，在方案設(shè)計之前需進行施工現(xiàn)場模型構(gòu)建。注意建模過程應確保超高層建筑基建結(jié)構(gòu)、機電工程的尺寸精度，正式管線排布之前，需對施工現(xiàn)場各構(gòu)件的實際標高、位置、尺寸等做詳細測量和核對，常用方法包括尺量、激光測距、三維掃描等，將施工現(xiàn)場采集到的實際數(shù)據(jù)添加到三維模型當中【1】。如圖1 所示為支吊架模型示意。

圖1 支吊架三維模型

2.2 管線排布

管線排布方案必須與支吊架實際施工需求相適應，處于同一水平面管線的底端應對齊，保溫層、變徑等特殊管件和配件的布置均需符合實際情況。管線排布的技術(shù)原則是：（1）大管優(yōu)先原則；（2）無壓管優(yōu)先原則；（3）不可彎管優(yōu)先原則；（4）主干管優(yōu)先原則；（5）供熱、供水管優(yōu)先原則。另外，管線排布還應預留足夠的空間用以管線及配件安裝、維修、建筑內(nèi)部裝修等活動，一般不低于500mm。

2.3 支吊架布置

支吊架布置過程中，利用BIM 軟件構(gòu)建支吊架參變族，其中，全部型鋼的尺寸參數(shù)均需使用共享參數(shù)驅(qū)動，如支吊架標高、寬度、立柱規(guī)格、橫擔數(shù)量及規(guī)格、橫擔距離等。正式布置之前，完成支吊架型鋼材料規(guī)格參數(shù)的估算。支吊架布置應采用逐個、依次的方式進行，確保間距合理、外觀整齊，為后期安裝操作提供便利。

2.4 參數(shù)計算

參數(shù)計算指的是對支吊架系統(tǒng)中最不利位置的計算，可與支吊架布置同時進行，保證所選型鋼材料的尺寸、規(guī)格與其承受荷載水平相適應。

參數(shù)計算在Office 表格中進行，利用專門的公式及輔助軟件，對支吊架各特殊節(jié)點的受力情況做深入分析。參數(shù)計算內(nèi)容包括：

1）依照管線剛度、強度等級，計算最大允許跨距。

其中，按管線剛度計算的公式為：

式中，Lmax為最大允許跨度；q 為管道長度計算荷載；Et為剛性彈性模量；I 為管道截面慣性矩；i0為管道坡度。

按管線強度計算的公式為：

式中，W 為管道截面抗彎系數(shù)；φ 為管道橫向焊縫系數(shù)；[δ]t為鋼管許用應力。

2）計算支吊架所受的水平和縱向荷載。

3）對支吊架結(jié)構(gòu)做簡化處理，將綜合支吊架轉(zhuǎn)化為剛性支吊架，然后依照靜力方程計算其內(nèi)力、最大剪力和彎矩。

4）利用橫梁抗彎強度核算公式及橫梁抗剪強度公式計算支吊架橫梁型鋼尺寸及規(guī)格。

5）計算支吊架立柱的抗拉強度及抗彎強度。

6）利用支吊架生根形式計算錨栓的抗拉強度和抗剪強度。

2.5 方案生成

支吊架管線布置、排布完成且通過合理性檢驗后，可從系統(tǒng)中輸出可被支吊架施工所參考的各類圖紙，如綜合管線圖、專業(yè)圖、剖面圖等。各項圖紙中的信息點應清晰、完善，詳細表明每一設(shè)計節(jié)點的意圖?；贐IM 系統(tǒng)的預制化支吊架設(shè)計采用共享參數(shù)進行，因此，依靠軟件自帶的功能可直接完成明細表的導出。對明細表做適當調(diào)整，可得到預制化支吊架的下料單，其中，包括與支吊架預制有關(guān)的全部參數(shù)信息，對其做合理性檢驗，合格后即可進入正式的支吊架預制環(huán)節(jié)。

3 超高層預制化支吊架施工要點

3.1 支吊架預制

3.1.1 預制準備

支吊架預制之前，需再次檢查各類圖紙及有關(guān)文件的完善性、合理性，查看預制過程使用機械設(shè)備的運行狀態(tài)，核對支吊架預制材料的型號、規(guī)格等是否與圖紙要求相一致。

3.1.2 材料檢查

依照預制設(shè)計圖紙，逐項檢查支吊架材料的型號、規(guī)格、材質(zhì)等，確保各材料外觀完好，無裂縫、破損、變形等質(zhì)量缺陷，要求吊桿平直、螺紋完好、整齊。

材料核對、檢查無誤后，對其做初步表面處理，清除材料表面的油污、銹漬、泥土等雜質(zhì)。若材料表面附著油污，可使用堿性溶液或乳化劑做脫脂處理，后使用清水將材料表面殘留的化學試劑完全清除，干燥后使用。

3.1.3 下料打磨

依照預制支吊架設(shè)計圖紙中的尺寸參數(shù)，對原材料做機械加工，使用剪板機或無齒鋸切割型鋼，嚴禁采用火焰切割。將型鋼切口處的毛刺打磨干凈，保證切口平滑，進行開孔作業(yè)。開孔作業(yè)同樣需嚴格依照圖紙要求進行，使用鉆床或手槍鉆操作，嚴禁以電氣焊進行開孔。

3.1.4 部件組裝

依照圖紙中給出的外觀參數(shù)，將支吊架組件組裝固定為指定姿態(tài)，同時，及時核對部件組裝方向、位置、垂度等是否達標，其中垂度檢查可采用鋼板尺和角尺進行，要求將垂度誤差控制在 3mm 以內(nèi)【2】。

3.1.5 焊接作業(yè)

將組裝成型的支吊架焊接為統(tǒng)一整體，焊接操作的重點在于焊縫質(zhì)量的控制，同時注意支吊架各部分的支護，避免焊接過程中發(fā)生變形。焊接后的焊縫應平整光滑，不得存在裂縫、焊瘤、氣泡等缺陷。

3.1.6 表面處理

表面處理包括表面除銹和刷漆2 部分。支吊架焊接完畢且焊縫檢查合格后，選用噴砂或打磨的方式清除支吊架表面銹漬，要求除銹等級在Sa2.5，徹底清除鋼材料表面的銹漬、氧化皮等，露出原本的金屬光澤。除銹完成后進行刷漆作業(yè)，底漆和面漆各涂刷2 遍，其中2 遍底漆和1 遍面漆在預制車間內(nèi)完成涂刷，最后一道面漆在風管安裝完成后涂刷。第一道底漆應在支吊架除銹完畢的4h 內(nèi)進行，避免支吊架再次出現(xiàn)銹蝕污染。刷漆過程應保證漆面均勻、光滑，嚴禁出現(xiàn)掉毛現(xiàn)象，對于涂刷不到位的位置及時進行補刷作業(yè)，保證整個漆膜的連續(xù)性。之后的底漆和面漆需在前一道漆膜表面干透后進行。

3.2 支吊架安裝

處理完畢的支吊架成品依照編號運輸至指定安裝位置，按照設(shè)計圖紙完成支吊架安裝。為確保支吊架安裝質(zhì)量達標，可先安裝支吊架根部筋板，使用水平儀控制安裝精度，檢測達標后再安裝架體。

3.3 成效分析

表1 展示了某超高層建筑依照上述流程開展支吊架施工的施工成本節(jié)約情況，最終實現(xiàn)成本節(jié)約234 015.26 元，施工經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯，且施工過程未出現(xiàn)任何安全及質(zhì)量問題，支吊架各項質(zhì)量檢測均達標，說明施工方案可行性較高，值得推廣借鑒。

表1 預制化支吊架施工成本節(jié)約情況

4 結(jié)語

支吊架施工是建筑機電工程施工的難點，借助BIM 技術(shù)輔助支吊架設(shè)計及安裝工作開展，可幫助解決支吊架施工難題，使得預制化支吊架在現(xiàn)代建筑內(nèi)體系中得到更廣泛的應用。