綜合支架在框架筒體結(jié)構(gòu)中的智慧運用

劉向東 馮剛

【摘要】現(xiàn)代建筑中各系統(tǒng)所需要的給排水、消防水、空調(diào)水、風管、防排煙管、強弱電、電纜橋架在建筑物中交錯布置。如果這些管線布置不能利用智慧軟件進行綜合布置，各自為政，會浪費空間和標高，建筑物的經(jīng)濟性和舒適性將大受影響。文章通過在框架筒體建筑結(jié)構(gòu)中采用BIM技術(shù)，對管線支架進行綜合支架設(shè)計、布置的施工實踐總結(jié)，對綜合支架在框架筒體結(jié)構(gòu)中的智慧運用具有指導意義。

【關(guān)鍵詞】綜合支架; 框架筒體結(jié)構(gòu); 布置

【中國分類號】TP317.4【文獻標志碼】A

1 工程概況

成都仁和春天國際廣場1#塔樓于2014年施工，建筑高度為120 m，結(jié)構(gòu)形式為框架筒體結(jié)構(gòu)，核心筒為剪力墻，框架為鋼結(jié)構(gòu)。應業(yè)主的需求，對1#塔樓機電安裝工程進行優(yōu)化，完成機電專業(yè)的綜合管線布置工作。結(jié)合塔樓的結(jié)構(gòu)形式，決定采取環(huán)繞核心筒設(shè)置一圈綜合支架的形式來布置消防管道、空調(diào)風水管、給排水管道、電氣橋架等。

2 運用BIM軟件進行綜合支架優(yōu)化設(shè)計

通過在工程施工前圖紙會審，熟悉結(jié)構(gòu)、消防、給排水、暖通、電氣及弱電等各專業(yè)的施工圖紙，復查圖紙是否有遺漏、設(shè)計是否有缺陷、布局是否合理，及時與業(yè)主、設(shè)計單位進行溝通。案例工程1～6層裙樓為商業(yè)用房，層高為5 m，7～14層、16～27層為寫字樓，層高為4 m，15層為設(shè)備機房及物管用房。此工程核心筒為鋼筋混凝土剪力墻，環(huán)繞核心筒是由鋼柱、鋼梁制作組裝而成的鋼結(jié)構(gòu)框架承重體系。7～14 層標準層在圍繞核心筒環(huán)線公共走廊區(qū)域有2根DN200消防水管、1根DN125空調(diào)水、1根DN100空調(diào)水、1根630 mm×320 mm風管、4根DN40給水管、兩根200 mm×150 mm弱電金屬線槽、一根300 mm×150 mm強電橋架。

按照最初設(shè)計圖紙，空調(diào)水管和消防水管道都是沿著鋼梁的跨中進行布置，風管、電纜橋架、給水管道沿著核心筒四周沿梁布置。通過與業(yè)主的溝通，結(jié)合業(yè)主的功能需求和此建筑的結(jié)構(gòu)特點，初步構(gòu)想利用環(huán)繞核心筒一圈的走廊，在走廊頂部設(shè)置綜合支架，把所有管線的主干管都集中布置在綜合支架上，公區(qū)走廊高度雖然有所降低，但所有辦公用房在裝修后凈高都會得到提升，還能節(jié)省機電各專業(yè)的支架總費用。

在征得業(yè)主同意后，項目部組織管理人員對1#塔樓進行BIM建模，各專業(yè)工程師先繪制各自專業(yè)的三維圖，然后把所有專業(yè)的圖紙融合在一張圖紙上，按照小管讓大管，有壓管道讓無壓管道，冷水管避讓熱水管、水管讓風管，電氣讓水管，同等情況下造價低的讓造價高的、施工簡單的避讓施工難度大的等管道綜合布置避讓原則以及管道垂直面排列應遵循保溫管道在上不保溫管道在下、金屬管道在上非金屬管道在下、熱介質(zhì)管道在上冷介質(zhì)管道在下、不經(jīng)常檢修管道在上經(jīng)常檢修的管道在下的原則把各專業(yè)的干管移動到綜合支架上，綜合管線的布置過程中還應考慮后續(xù)工序中管道閥門、送回風口、燈具、火警探頭、噴淋頭等的安裝空間以及管道、橋架之間留出合理的間距， 便于工程施工和后期檢修。確定了各管線的布置位置后，再檢查各種管線的交叉碰撞情況，作出適當調(diào)整。主梁梁高為600 mm，通過建?？梢赃_到在950 mm高的綜合支架上把風管、空調(diào)循環(huán)水管、消防水管、給水管、強弱電橋架得以合理布置，但是綜合支架底標高只能達到2 450 mm的高度，詳見圖1。

將上述布置方案報請業(yè)主主管工程師審批時，業(yè)主認為2 450 mm支架底標使得走廊裝修后凈高太低，不符合寫字樓定位檔次，要求將支架的底標高提升到2 700 mm。為了達到業(yè)主要求和留有足夠的檢修空間，經(jīng)過項目部反復研討和論證，認為只能把空調(diào)循環(huán)水管從綜合支架上移除，直接布置在辦公用房內(nèi)，由于辦公用房區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)主梁達400 mm厚，風機盤管可以盡量利用梁內(nèi)空間布置，空調(diào)循環(huán)水管在滿足保溫要求后緊貼梁底走管，空調(diào)循環(huán)水主管和消防支管等其它有壓管道十字交叉時避開有梁的位置，在滿足彎曲半徑技術(shù)條件下通過在梁內(nèi)空間翻彎的方法保持管路通暢，滿足層高要求。這種做法雖然對辦公用房局部裝修高度有一定的影響，但是可以通過裝修造型來進行彌補。按照業(yè)主的要求我們再次對管線綜合布置方案進行了調(diào)整，詳見圖2。

通過兩次優(yōu)化設(shè)計，管線布置合理，綜合支架的使用達到了提升標高的作用，綜合支架結(jié)構(gòu)樣式設(shè)計完成。

3 綜合支架固定方式設(shè)計

綜合支架結(jié)構(gòu)樣式已設(shè)計完成，下一步就要考慮支架采取什么固定方式。

（1）第一種方式是支架橫擔梁橫跨在H型鋼梁上，詳見圖3。綜合管道支架的一端采用焊接形式固定在150 mm ×100 mm ×10 mm鋼板上，鋼板用臺鉆開出四個12 mm的通孔，然后采用后埋的方式用4顆M10×100 mm的膨脹螺栓固定在核心筒鋼筋混凝土墻體上，每個綜合支架固定兩處。由于設(shè)計要求不能在預制鋼結(jié)構(gòu)梁上直接焊接，也不能在鋼結(jié)構(gòu)梁上開孔，我們采用8#槽鋼橫擔在兩梁翼板上，具體做法為：槽鋼橫擔支架梁兩端深入H型鋼梁翼板距邊緣70 mm，在槽鋼下料時精確控制該尺寸。用δ=16 mm厚的鋼板加工制作成80 mm×50 mm的小方塊，作為壓板置于H型鋼梁翼板和8#槽鋼橫擔支架梁下方或上方（根據(jù)綜合支架布置方式選擇），壓板和槽鋼橫擔支架梁均采用機械開16 mm的通孔，橫擔支架梁應在槽鋼端頭中心部位鉆通孔，然后用M14 mm×150 mm的雙頭螺栓固定在鋼梁的翼板上。最后再用δ=16 mm厚的鋼板加工制作成50 mm×15 mm的矩形墊塊，將墊塊放置于8#槽鋼橫擔和壓板之間，這樣通過槽鋼橫擔自身重力和橫擔承受的綜合管道支架垂直方向的負荷就能緊緊地將槽鋼橫擔固定在H型鋼梁翼板上。綜合管道支架的另一端就可以直接焊接在8#槽鋼橫擔支架梁上了。

（2）第二種方式是支架橫擔梁反抱在H型鋼梁上，詳見圖4。

4 綜合支架制作安裝

由于風管采用的是共板法蘭風管，每節(jié)風管長度為1 160 mm，風管支架間距按規(guī)范要求可設(shè)置為2 000 mm，電纜橋架支架間距按規(guī)范要求設(shè)置間距應控制在1 500～3 000 mm，所以綜合考慮最終確定綜合支架間隔距離為2 000 mm，同時也滿足DN200消防水管的支架間距規(guī)范要求。每副支架橫擔梁、管架柱的具體長度都需到現(xiàn)場實際測量，因為H型鋼結(jié)構(gòu)梁跨距不盡相同，而且主梁與次梁的梁高也有差異。

支架制作第一步，在施工樓層用紅外線水平儀定位放線。在H型鋼梁和墻體上彈線，確定橫擔支架梁軸線和后置埋板的垂直高度及水平位置。由于混凝土剪力墻墻面平整度有誤差，綜合管道的槽鋼橫擔支架梁距墻面1 900 mm距離有誤差也需實際測量尺寸，槽鋼橫擔支架梁下料尺寸應為相鄰兩H型鋼梁翼板邊緣水平間距加上140 mm支架錨固尺寸，對每副綜合支架測量的尺寸進行編號、記錄和匯總;第二步，在加工房加工下料。對槽鋼進行除銹、下料、鉆孔，鉆孔包括各專業(yè)管道固定螺栓孔洞，橫擔支架梁距端頭70 mm處鉆通孔，然后噴油漆，在鋼材焊接位置100 mm范圍內(nèi)先不噴油漆，待支架現(xiàn)場制作完成后再補刷，后置埋件、壓板和墊塊在場外加工，安裝現(xiàn)場鉆孔;第三步，現(xiàn)場組對焊接支架，首先用膨脹螺栓把支架兩塊后置埋件固定在墻體上，用雙頭螺栓把橫擔支架梁固定在H鋼梁翼板上，然后點焊支架框架，確認支架組裝完好后進行焊接;第四步，對制作完成的支架進行調(diào)整，確保支架整齊美觀，最后進行油漆補刷。

5 結(jié)束語

建筑物的高度越來越高，建筑物的功能越來越全，機電管線布置也越來越復雜。為了最大限度地保證建筑內(nèi)部空間利用率，就需要利用BIM技術(shù)輔助完成機電綜合管線布置工作。

本工程利用BIM技術(shù)，對機電綜合管線布置方案進行智慧優(yōu)化，根據(jù)機電綜合管線布置的方式再確定綜合支架的布置和固定方式，既解決了不能在鋼結(jié)構(gòu)框架梁上焊接的難題，又提高了機電各專業(yè)支架制作安裝的施工效率，大大降低了工程成本，根據(jù)施工過程實際測算，通過綜合管道支架的布置施工效率提高了30 %左右，綜合機電各專業(yè)的支吊架工程成本降低了約45 %，效益非常明顯。通過綜合支架的布置，使得建筑物各功能用房層高更高，由原來的2 450 mm提高到了2 700 mm，建筑更具檔次，機電各專業(yè)管線布置整齊劃一，美觀漂亮，工程形象也得到大大提升。