空鐵聯(lián)建巨型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工

文 楊 陳 華 李曉富 黃沛林 彭建永 羅 鑫 孫 斌

1. 中國(guó)建筑第八工程局有限公司 上海 200120；2. 杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司 浙江 杭州 310000

機(jī)場(chǎng)、體育館及商業(yè)中心等大型建筑時(shí)常面臨地鐵、高鐵下穿的情況，在大型地下空間開發(fā)時(shí)，地下結(jié)構(gòu)與地上建筑銜接中，往往會(huì)涉及巨型轉(zhuǎn)換梁柱施工。巨型轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工操作難度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，傳統(tǒng)施工技術(shù)難以勝任。

BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、一體化性、模擬性、參數(shù)化性及信息完備性等特點(diǎn)。BIM技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步為該技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用打開了一扇大門，為該類復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工帶來(lái)了新思路[1-4]。

本文以杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目巨型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工為例，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)巨型轉(zhuǎn)換梁柱進(jìn)行鋼筋放樣優(yōu)化、工序及施工工況全面詳細(xì)的模擬分析，為內(nèi)插型鋼的巨型梁、柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼筋綁扎提供最優(yōu)施工方案。本文的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)具有一定的參考意義，為其他類似建筑工程施工做了一次成功的示范。

1 工程概況

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目建筑面積約67萬(wàn) m2，地下2層，地上5層，航站樓最高點(diǎn)高度44.55 m，登機(jī)橋固定端32個(gè)，近機(jī)位37個(gè)。高鐵站總長(zhǎng)888 m，站臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度450 m、寬42.1 m。

該項(xiàng)目是浙江省的重點(diǎn)工程，也是2022年杭州亞運(yùn)會(huì)的重要基礎(chǔ)配套工程，是具有重大意義、重要影響的民生工程。

航站樓地下空間開發(fā)工程（地下高鐵站）主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，高鐵站地上1層，地下2層，B2層層高9.715 m，B1層層高8.750 m，上方為航站樓（圖1）。為了完成高鐵站與上部航站樓之間的轉(zhuǎn)換，在B1層設(shè)計(jì)了4.0 m×1.2 m（1.3 m）的轉(zhuǎn)換柱和4.0 m×3.2 m的轉(zhuǎn)換梁（圖2）。

轉(zhuǎn)換梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，抗?jié)B等級(jí)P10，頂板A11—A31軸轉(zhuǎn)換梁截面尺寸為4 000（3 000） mm× 3 200 mm，單跨梁長(zhǎng)13.9 m（共3跨），內(nèi)配41φ36 mm主筋，腰筋φ 25 mm@200 mm，構(gòu)造鋼筋φ 16 mm@ 4 0 0 m m，拉筋φ 1 6 m m@4 0 0 m m×4 0 0 m m，φ12 mm@100 mm，內(nèi)插700 mm×100 mm×50 mm× 50 mm的H型鋼，φ19 mm@300 mm×300 mm栓釘長(zhǎng)100 mm。

圖1 高鐵站與航站樓之間的關(guān)系

圖2 轉(zhuǎn)換梁柱

每個(gè)梁上有4 個(gè)轉(zhuǎn)換柱，轉(zhuǎn)換柱尺寸為1 2 0 0（1 300） mm×4 000 mm，柱高6.5 m，內(nèi)配54φ36 mm主筋，采用φ12 mm@100 mm箍筋，內(nèi)插700 mm×100 mm× 50 mm×50 mm的H型鋼，φ19 mm@300 mm×300 mm栓釘長(zhǎng)100 mm。側(cè)墻內(nèi)轉(zhuǎn)換柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60，抗?jié)B等級(jí)P10。

2 施工難點(diǎn)

2.1 轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱體形大，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜

地下空間與地上建筑的銜接，往往需要巨型的混凝土結(jié)構(gòu)作為傳力轉(zhuǎn)換構(gòu)件。同時(shí)，巨型構(gòu)件也意味著內(nèi)部的鋼筋布置極為復(fù)雜，尤其是內(nèi)插型鋼的構(gòu)件。巨型轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱中型鋼與混凝土結(jié)構(gòu)組合施工時(shí)，交叉點(diǎn)多，鋼筋密度大，施工存在諸多困難。

2.2 工期緊張，施工難度大

本工程工期緊張，單個(gè)轉(zhuǎn)換梁鋼筋用量70 t，混凝土用量為581.2 m3，單個(gè)轉(zhuǎn)換柱混凝土用量為95.6 m3，單根鋼筋直徑最大達(dá)到36 mm，施工困難，操作空間小，模板支設(shè)難度大。

轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)化柱鋼筋比較密集，主筋多排設(shè)置，間距較小，同時(shí)部分主筋還要在型鋼梁底下狹小空間內(nèi)布置；箍筋種類多，又受到型鋼的限制，和普通混凝土柱鋼筋綁扎工藝流程差別較大。梁主筋在柱交叉部位要相互錯(cuò)開，節(jié)點(diǎn)位置鋼筋復(fù)雜。

3 施工方法

針對(duì)工期要求緊，轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱施工困難的特點(diǎn)，在施工前進(jìn)行前期策劃，提前通過(guò)BIM模擬進(jìn)行鋼筋放樣優(yōu)化、工序及施工工況模擬。首先采用Revit軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行三維建模，立體化展現(xiàn)構(gòu)件間的空間關(guān)系，通過(guò)導(dǎo)入Navisworks軟件中，對(duì)鋼筋與鋼梁、鋼筋與鋼柱、鋼筋與鋼筋相互之間進(jìn)行碰撞模擬，并對(duì)碰撞的鋼筋進(jìn)行標(biāo)記，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，完成鋼筋的優(yōu)化排布。其次，結(jié)合Fuzor軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工工序進(jìn)行模擬，由于鋼梁與頂板搭接處結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過(guò)BIM模擬提前確定模板安裝順序及尺寸，在降低施工難度的同時(shí)避免模板裁剪浪費(fèi)嚴(yán)重的問(wèn)題。最后，根據(jù)Revit現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地模型，配合Fuzor動(dòng)作功能，對(duì)吊裝行車路線、構(gòu)件擺放地點(diǎn)以及吊裝過(guò)程進(jìn)行預(yù)先模擬，分析可能產(chǎn)生的車輛通行、吊裝空間碰撞問(wèn)題，從而確定合理的吊裝方案。

通過(guò)BIM推演得到以下共14步施工工序：前期策劃→ BIM模擬鋼筋放樣→轉(zhuǎn)換柱鋼柱吊裝→轉(zhuǎn)換柱箍筋安裝→轉(zhuǎn)換梁鋼梁吊裝→轉(zhuǎn)換柱主筋綁扎→轉(zhuǎn)換柱箍筋綁扎→滿堂支架搭設(shè)，梁底模鋪設(shè)→轉(zhuǎn)換梁主筋綁扎→轉(zhuǎn)換梁外側(cè)箍筋（開口箍）綁扎→轉(zhuǎn)換梁內(nèi)側(cè)箍筋安裝（開口箍）→轉(zhuǎn)換柱梁內(nèi)箍筋綁扎→柱模、梁側(cè)模、板底模安裝→混凝土澆筑。

4 關(guān)鍵工藝

4.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

由于轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱鋼筋比較密集，主筋多排設(shè)置，間距較小，同時(shí)部分主筋還要在型鋼梁底下狹小空間內(nèi)布置，為降低施工難度，特組織BIM施工模擬并與設(shè)計(jì)院溝通，得出以下優(yōu)化方案：

1）轉(zhuǎn)換柱縱向鋼筋直錨長(zhǎng)度3.2 m滿足要求，故在轉(zhuǎn)換梁內(nèi)不進(jìn)行彎折錨固。

2）轉(zhuǎn)換梁Z H L 1(a)中底部鋼筋排布調(diào)整為59φ36 mm。

3）轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁ZHL1及ZHL1(a)箍筋均改為開 口箍。

4.2 轉(zhuǎn)換柱預(yù)埋件施工

在轉(zhuǎn)換柱預(yù)埋件施工過(guò)程中，每焊接一處連接節(jié)點(diǎn)，利用水平尺及時(shí)校核、糾正預(yù)埋件垂直度；在預(yù)埋件焊接完成后，立即用黃色膠帶將螺絲包裹，防止在混凝土澆筑過(guò)程中破壞螺絲。

4.3 轉(zhuǎn)換柱吊裝

轉(zhuǎn)換柱型鋼吊裝完成后，附加焊接水平鋼筋、斜筋，保證3根型鋼柱在施工過(guò)程中的間距，防止產(chǎn)生過(guò)大位移偏差，如圖3所示。

4.4 轉(zhuǎn)換梁鋼筋綁扎

在轉(zhuǎn)換梁鋼筋綁扎過(guò)程中，型鋼梁底部焊接橫向鋼筋，縱向主筋直接綁扎在橫向鋼筋上，既便于布置鋼筋，也有利于保證混凝土保護(hù)層厚度；在型鋼梁頂部則焊接槽鋼，具有同樣的效果。

4.5 轉(zhuǎn)換梁鋼梁腹板開洞

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，轉(zhuǎn)換梁梁內(nèi)均布3根鋼梁。考慮到梁側(cè)模板加固困難，與設(shè)計(jì)溝通后，同意在鋼梁腹板位置開洞，便于梁側(cè)模加固螺桿貫穿。施工時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

1）螺桿開洞位置要嚴(yán)格按照交底放線，位置偏差不大于3 mm。

2）洞口位置應(yīng)圓滑，避免切斷螺桿。

3）開洞施工方向沿梁縱向進(jìn)行，逐排施工，避免開洞集中導(dǎo)致溫度太高損壞鋼梁。

4.6 混凝土澆筑

為保證施工質(zhì)量，高鐵站B1層（轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱位于該層）每一施工段采用2臺(tái)汽車泵從施工段的一端向另一端推進(jìn)，整體采用“分層分段”施工方法，待每個(gè)施工段豎向結(jié)構(gòu)全部澆筑完成，再進(jìn)行梁、板的分層澆筑。澆筑原則：優(yōu)先澆筑高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

4.6.1 豎直方向結(jié)構(gòu)

高鐵站豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件框架柱、跨中轉(zhuǎn)換柱、扶壁轉(zhuǎn)換柱以及側(cè)墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C43.5、C60、C60P10與C35P10。

其中普通框柱及跨中轉(zhuǎn)換柱可先單獨(dú)支模分層澆筑至梁底，分層厚度≤500 mm，同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土統(tǒng)一澆筑，澆筑完成后再進(jìn)行另一強(qiáng)度等級(jí)混凝土的澆筑。轉(zhuǎn)換柱分倉(cāng)澆筑順序?yàn)?→2→3→4，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)換梁整體澆筑順序

轉(zhuǎn)換柱（扶壁柱）兩側(cè)各2 m范圍內(nèi)，側(cè)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)同轉(zhuǎn)換柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)，為C60P10，需采取攔網(wǎng)措施，側(cè)墻水平施工縫設(shè)置在頂板加腋下翻300 mm處。

混凝土澆筑時(shí)，先澆筑轉(zhuǎn)換柱及兩側(cè)2 m范圍內(nèi)側(cè)墻，再進(jìn)行剩余部位澆筑，分層厚度≤500 mm；也可統(tǒng)一混凝土等級(jí)進(jìn)行澆筑，以高強(qiáng)度等級(jí)混凝土為準(zhǔn)。

4.6.2 水平方向結(jié)構(gòu)

高鐵站水平方向結(jié)構(gòu)構(gòu)件頂板及頂板框梁、轉(zhuǎn)換梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C35P10與C60P10。轉(zhuǎn)換梁兩側(cè)各2 m范圍內(nèi)頂板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60P10。

其中轉(zhuǎn)換梁及兩側(cè)2 m范圍頂板優(yōu)先澆筑。先分層澆筑轉(zhuǎn)換梁至頂板下表面，分層厚度≤500 mm，再澆筑梁兩側(cè)2 m范圍頂板及轉(zhuǎn)換梁，澆筑順序?yàn)?→2→3→4。

待轉(zhuǎn)換梁下翻部分及轉(zhuǎn)換梁兩側(cè)2 m范圍頂板澆筑完成后，開始分層澆筑C35頂板，從已澆筑混凝土向未澆筑混凝土方向推進(jìn)。因C60比C35初凝時(shí)間短，澆筑過(guò)程中密切觀察轉(zhuǎn)換梁混凝土狀態(tài)，待混凝土接近且未達(dá)到初凝時(shí)，開始澆筑上翻部分C60轉(zhuǎn)換梁，上翻部分澆筑完成后，再接著澆筑C35頂板，依此類推。

5 施工效果

通過(guò)綜合應(yīng)用優(yōu)化施工工藝之后，有效地降低了施工操作難度，極大地縮短了施工工期，也保證了施工質(zhì)量，澆筑效果良好。

6 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用BIM虛擬建造技術(shù)，對(duì)蕭山機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目的空鐵聯(lián)建巨型轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱進(jìn)行了模擬建造，得到了可行的施工流程，并對(duì)施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。該施工方法在項(xiàng)目上得到了順利推廣并獲得了多方的認(rèn)可，在保證施工質(zhì)量的前提下比計(jì)劃工期提前完成施工。

本文所闡述的方法為內(nèi)插型鋼的巨型梁、柱的施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼筋的綁扎提供了極好的解決思路，尤其適合在大型地下空間開發(fā)結(jié)構(gòu)與地上建筑銜接的巨型構(gòu)件施工時(shí)使用。

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