基于BIM的大跨度跨層鋼桁架倒吊式施工技術(shù)

以成都空港產(chǎn)業(yè)服務(wù)區(qū)建設(shè)項(xiàng)目為依托，針對(duì)跨層桁架跨度大，重量重，鋼桁架復(fù)雜節(jié)點(diǎn)多等特點(diǎn)，簡(jiǎn)要闡述了在BIM技術(shù)的輔助下，大跨度跨層鋼桁架采用倒吊式施工的相關(guān)設(shè)計(jì)思路和施工工藝。

BIM； 大跨度； 跨層桁架； 吊柱； 轉(zhuǎn)換樓層桁架； 倒吊式； 臨時(shí)支撐

TU758.15A

［定稿日期］2023-04-04

［作者簡(jiǎn)介］馮宇（1991—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ淌┕ぜ夹g(shù)；羅佳（1981—），女，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ淌┕ぜ夹g(shù)；陳翠（1968—），女，在職本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ淌┕ぜ夹g(shù)；楊元君（1976—），男，?？?，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ淌┕ぜ夹g(shù)；石藝琨（1997—），女，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ淌┕ぜ夹g(shù)。

0 引 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快、建筑水平的不斷提高，大空間公共建筑項(xiàng)目的數(shù)量與日俱增。由于公共建筑功能的日趨多樣化，目前許多大空間公共建筑底部存在大跨度的架空廣場(chǎng)，架空廣場(chǎng)上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常采用跨層桁架、轉(zhuǎn)換樓層桁架、吊柱、梁上柱及其他次構(gòu)件組成的吊掛式鋼結(jié)構(gòu)體系，尤其桁架跨度大、重量重，若施工精度不夠，易出現(xiàn)局部變形，影響整個(gè)建筑的安全質(zhì)量和美觀。本文結(jié)合“成都空港產(chǎn)業(yè)服務(wù)區(qū)建設(shè)項(xiàng)目”對(duì)大跨度跨層鋼桁架施工技術(shù)進(jìn)行研究探討。

1 工程概況

本工程位于雙流空港商務(wù)區(qū)，是打造集國(guó)際會(huì)議中心、星級(jí)酒店、商業(yè)和寫字樓等于一體的雙流區(qū)標(biāo)志性建筑項(xiàng)目，總面積達(dá)30萬(wàn)m2。其中國(guó)際會(huì)議中心為滿足建筑造型及使用功能要求，鋼結(jié)構(gòu)形式非常復(fù)雜，東西兩側(cè)采用跨層桁架吊掛轉(zhuǎn)換樓層桁架的吊掛式鋼結(jié)構(gòu)體系，跨層桁架最大設(shè)計(jì)跨度54 m，高14.5 m，重380 t。

2 倒吊式施工設(shè)計(jì)思路

利用BIM技術(shù)分析復(fù)雜大跨度跨層桁架體系的受力特點(diǎn)，開(kāi)展施工模擬，指導(dǎo)方案編制。鋼結(jié)構(gòu)吊裝前先施工周邊豎向核心結(jié)構(gòu)，作為屋頂跨層桁架支座，從而實(shí)現(xiàn)鋼框架逆作法；搭設(shè)臨時(shí)支撐，與吊裝工具配合安裝屋頂跨層桁架；屋頂跨層桁架安裝完成后拆除臨時(shí)支撐，并將吊柱上節(jié)點(diǎn)安裝于屋頂跨層桁架的下弦，利用吊柱作為臨時(shí)支撐進(jìn)行樓層處轉(zhuǎn)換桁架的吊裝；然后完成次鋼構(gòu)件的安裝，形成完整的框架結(jié)構(gòu)體系；最后按從下至上的順序完成樓板澆筑。

3 施工工藝流程

3.1 創(chuàng)建BIM模型

利用TEKLA、REVIT等BIM軟件創(chuàng)建整體結(jié)構(gòu)模型，分析結(jié)構(gòu)模型參數(shù)，如場(chǎng)地大小、混凝土結(jié)構(gòu)承載能力、混凝土結(jié)構(gòu)高度、鋼結(jié)構(gòu)重量、跨度、截面大小等。將模型導(dǎo)入數(shù)字信息平臺(tái)開(kāi)展信息化施工。利用BIM+二維碼技術(shù)將每根鋼構(gòu)件進(jìn)行編碼，掃碼錄入項(xiàng)目信息進(jìn)行統(tǒng)一管理（圖1、圖2）。

3.2 施工模擬

根據(jù)BIM模型參數(shù)，劃分鋼結(jié)構(gòu)分段部位，擬定初步施工方案，進(jìn)行施工模擬，分析施工模擬過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，論證施工模擬過(guò)程中的方案可行性（圖3）。

3.3 方案編制及深化出圖

根據(jù)施工模擬情況，指導(dǎo)編制專項(xiàng)施工方案，并進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)內(nèi)容包括桁架合理分段部位、構(gòu)件尺寸、節(jié)點(diǎn)細(xì)部尺寸、對(duì)接節(jié)點(diǎn)、焊縫坡口尺寸等（圖4）。

3.4 周邊豎向核心結(jié)構(gòu)施工

鋼結(jié)構(gòu)吊裝前首先完成周邊豎向核心結(jié)構(gòu)施工，用以作為屋頂跨層桁架兩端的支座，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)先施工屋頂跨層鋼桁架再安裝樓層鋼桁架的逆作法奠定基礎(chǔ)。

3.5 臨時(shí)支撐搭設(shè)

吊裝時(shí)首先在屋頂跨層桁架的拼裝節(jié)點(diǎn)下搭設(shè)用于安裝的鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐點(diǎn)的布置一般按照桁架分段后，根據(jù)整體自重荷載、運(yùn)輸和施工荷載在進(jìn)行選擇支撐點(diǎn)設(shè)立位置，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地面條件進(jìn)行分析處理，從而選出最適宜的支撐點(diǎn)位置（圖5）。

3.6 屋頂跨層桁架安裝

跨層桁架采用設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)合汽車吊高空散拼的吊裝方式（圖6）。

3.7 跨層桁架支撐架卸載

屋頂跨層桁架在完成下弦桿、下腹桿、中弦桿的安裝，形成雙層桁架體系后進(jìn)行卸載。

3.8 吊柱安裝

將吊柱的頂點(diǎn)與屋頂跨層桁架下弦進(jìn)行安裝連接，使鋼柱形成倒掛于屋頂跨層桁架的受力狀態(tài)，從而使結(jié)構(gòu)鋼柱從受力形態(tài)上轉(zhuǎn)換為吊柱（圖7）。

3.9 樓層轉(zhuǎn)換桁架安裝

樓層轉(zhuǎn)換桁架的一端掛接于吊柱下，另一端則放置于周邊建筑框架結(jié)構(gòu)處。在對(duì)應(yīng)支座位置處安裝橡膠支座，為樓層轉(zhuǎn)換桁架安裝就位做準(zhǔn)備，針對(duì)樓層桁架梁上部柱荷載帶來(lái)變形、桁架自身荷載、混凝土、周邊鋼梁、樓板所會(huì)產(chǎn)生的變形進(jìn)行預(yù)起拱，樓層桁架在現(xiàn)場(chǎng)采用地面拼裝完成后再使用汽車吊進(jìn)行整榀或者分段吊裝，樓層處的鋼桁架安裝時(shí)采用地面拼裝后整體吊裝（圖8）。

3.10 樓層鋼結(jié)構(gòu)次構(gòu)件安裝

整體主框架安裝成型后立即進(jìn)行次鋼構(gòu)件安裝，把與樓層桁架相連的鋼梁進(jìn)行安裝，使鋼梁起到一個(gè)分擔(dān)荷載的作用，這樣使得整個(gè)平面的穩(wěn)定性更好。

3.11 樓層樓板施工

梁柱安裝完成后按從樓層到屋面的順序進(jìn)行樓承板鋪裝、樓面鋼筋綁扎，并進(jìn)行樓面混凝土澆筑。

3.12 屋面施工

屋面鋼結(jié)構(gòu)次構(gòu)件和屋面板施工參照樓層施工進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)BIM技術(shù)的輔助，針對(duì)復(fù)雜大跨度跨層鋼桁架的安裝進(jìn)行研究，改變傳統(tǒng)施工工藝，鋼結(jié)構(gòu)核心構(gòu)件采用從上到下的逆作施工順序，進(jìn)行倒吊式鋼結(jié)構(gòu)安裝，鋼結(jié)構(gòu)次構(gòu)件及樓板施工采用傳統(tǒng)從下至上的順作施工順序。主要經(jīng)驗(yàn)有：

（1）通過(guò)采用BIM+信息技術(shù)，創(chuàng)建復(fù)雜桁架模型，分析桁架施工參數(shù)，進(jìn)行施工模擬，指導(dǎo)編制施工方案，并深化出圖。利用BIM+二維碼技術(shù)，將每根鋼構(gòu)件進(jìn)行編碼，掃碼錄入項(xiàng)目信息平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理，在進(jìn)行構(gòu)件安裝時(shí)，再次掃碼，消除構(gòu)件未安裝狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件準(zhǔn)確、有序的供給。

（2）通過(guò)在頂層跨層桁架下弦安裝吊柱，作為樓層鋼桁架安裝的臨時(shí)支撐點(diǎn)，用來(lái)倒掛安裝樓層處的轉(zhuǎn)換鋼桁架，實(shí)現(xiàn)主鋼框架逆作施工。

（3）先施工屋頂跨層鋼桁架，再施工下層的樓層轉(zhuǎn)換桁架，有效避免了吊裝上層鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，臨時(shí)支撐需穿過(guò)下層已安裝但未形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系的鋼結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致臨時(shí)支撐架搭設(shè)困難的問(wèn)題。

（4）鋼結(jié)構(gòu)主框架采用從上到下的逆作施工順序，合理規(guī)避了因臨時(shí)支撐的續(xù)接對(duì)支撐體系穩(wěn)定性帶來(lái)的不利影響，及對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝帶來(lái)的可能的安全隱患。

（5）由于吊柱結(jié)構(gòu)的特殊性（吊柱兩端為帶銷軸的圓盤形結(jié)構(gòu)，只能承受拉力），傳統(tǒng)從下至上的施工順序吊柱無(wú)法單獨(dú)直立，需搭設(shè)側(cè)向支撐對(duì)其進(jìn)行施工，施工過(guò)程中的穩(wěn)固難度大。因此，先安裝吊柱上端節(jié)點(diǎn)，使其成倒掛狀，將省去安裝吊柱所需的側(cè)向支持。

（6）本工程所涉及的吊柱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為建筑結(jié)構(gòu)本身的組成部分，并非額外增加的臨時(shí)構(gòu)件，有效節(jié)約了鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐的搭設(shè)。

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