基于BIM的超厚筏板基礎鋼筋支撐施工技術

陸 波，彭 欽, 龍武勇

(成都建工集團有限公司，四川成都 610014)

隨著城市建設的快速發(fā)展，高層和超高層建筑越來越多，筏板基礎作為高層和超高層建筑的主選基礎形式在工程實踐中應用越來越廣。筏板隨著建筑物高度的不斷增加，厚度越來越厚，鋼筋層數越來越多，重量越來越重，常規(guī)的鋼筋馬凳承載力無法滿足施工安全性的要求，也無法滿足鋼筋定位的準確性，施工中常采用鋼管或槽鋼進行超厚筏板鋼筋支撐。

為了便于施工，我們在天府創(chuàng)新中心項目財富大廈二期項目中，采用角鋼作筏板鋼筋主要支撐材料，BIM技術輔助，實現(xiàn)了筏板基礎鋼筋支撐施工方案可視化展示、支撐材料精確統(tǒng)計。

1 工程概況

天府創(chuàng)新中心項目財富大廈二期建筑面積126 845.95m2，地下4層，地上44層，建筑總高度232m，框架核心筒結構，塔樓基礎形式為筏板基礎，筏板厚度2.5m，筏板加厚區(qū)厚度3.8m，集水坑、電梯基坑處最大厚度8.75m，2.5m厚筏板板面、板底雙向通長鋼筋第一排D28@150,第二排D18@150，3.8m厚筏板板面、板底雙向通長鋼筋第一排D28@150,第二排D25@150，筏板中部設置C12@300雙向鋼筋網。主樓筏板基礎南北、東西各貫穿一條膨脹加強帶，寬度2m。

2 筏板基礎鋼筋支撐體系設計、受力驗算

2.1 筏板基礎鋼筋支撐體系設計

立桿采用L80×80×6 mm角鋼，集水坑、電梯基坑處立柱采用L100×80×8 mm角鋼格構柱支撐，縱橫向間距2 m，立柱角鋼與同尺寸的鋼墊片(5 mm)滿焊，采用2根C16短鋼筋將其與筏板基礎底部鋼筋焊接固定。頂部沿短邊方向布置L100×80×6 mm角鋼，間距2 m。中部采用L80×80×6 mm角鋼，縱橫向間距2 m，中部縱橫向水平角鋼與立桿角鋼間每隔8 m，用C16斜向拉結鋼筋與立柱角鋼底部和中部縱橫向水平角鋼滿焊固定，筏板基礎支撐架四周需連續(xù)設置C16斜向拉結鋼筋，集水坑、電梯基坑處增加縱橫向水平角鋼和斜向拉結鋼筋，保證立柱角鋼自由高度不大于2 m。膨脹加強帶兩側的角鋼立桿沿加強帶方向間距加密成1 m，兩側立柱間加設L80×80×6 mm角鋼剪刀撐，在膨脹加強帶兩側的角鋼立柱上設置C16@200鋼筋網，鋼筋網上固定雙層快易收口網。

2.2 筏板基礎鋼筋支撐體系受力驗算

2.2.1 角鋼頂部橫桿受力驗算

3.8 m厚筏板板面雙向通長鋼筋第一排D28@150 mm，其每1 m重量為4.83 kg，第二排D25@150，其每1 m重量為3.85 kg。假定鋼筋定長為9 m，計算9 m×9 m范圍內的鋼筋恒荷載標準值：9 m寬度范圍內共有9/0.15=60根，則上層鋼筋恒荷載為[ (4.83+3.85)×9×60×2)/(9×9) ]=115.73kg/m2，即1.16 kN/m2。

根據JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》，施工人員及設備均布活荷載取2.5 kN/m2。

角鋼承受的均布荷載為：

q=1.35×(1.16×2+0.08)+1.4×2.5×2=10.24kN/m

(1)截面特性計算。

對中和軸的面積矩，查GB/T 706-2008《熱軋型鋼》得：

Sx=15190mm3

凈截面慣性矩：

Inx=1070400mm4

Iny=612400mm4

查GB 50017-2017《鋼結構設計標準》得：

截面塑形發(fā)展系數rx=1.05ry=1.2

(2)受彎強度驗算。

查GB 50017-2017《鋼結構設計標準》得：

截面應力最大值到截面形心的距離：

x=19.7mmy=100-29.5=70.5mm

Wnx=Inx/y=1070400/70.5=15182.98mm3

Wny=Iny/x=612400/19.7=31086.29mm3

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》：

MX=KMql2=0.07×10.24×22=2.8672kN·m

MY=0

=179.85N/mm2≤f=215N/mm2

滿足受彎強度要求。

(3)剪力強度驗算。

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》：

V=2KVql=2×0.625×10.24×2=25.6 kN

式中：tw為角鋼厚度。

(4)撓度驗算。

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》：

=3.87mm≤l/250=8mm

滿足最大允許撓度要求。

2.2.2 角鋼立桿受力計算

(1)荷載計算。

中間層鋼筋恒荷載為[0.888×9×30×2)/(9×9) ]=59.2kg/m2，即0.592kN/m2。

N=(1.16+2.5)×4+0.592×4=17.008 kN

受壓構件長細比驗算計算高度lo=2000mm

λmax=2000/15.9=126<150，滿足要求。

(2)穩(wěn)定性驗算。

根據GB 50017-2017《鋼結構設計標準》查得x軸為b類截面，y軸為b類截面，取φ=0.406。

3 筏板鋼筋支撐施工流程

筏板鋼筋支撐施工流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.1 筏板基礎鋼筋支撐架BIM建模、支撐材料工程量提取并技術交底

進行筏板基礎鋼筋支撐體系受力驗算，對比分析并選擇筏板基礎鋼筋支撐材料類型，確定相關技術參數，編制筏板基礎施工方案，據此建立筏板基礎鋼筋支撐BIM模型，提取筏板基礎鋼筋支撐架各種規(guī)格型號材料工程量，為材料采購和加工提供依據，技術負責人利用BIM模型對工長和操作工人進行技術交底(圖2、圖3、表1)。

圖2 筏板基礎鋼筋支撐架布置示意(單位：mm)

圖3 筏板基礎鋼筋支撐架BIM模型

3.2 筏板基礎鋼筋支撐架施工

(1)筏板基礎鋼筋保護層可采用同標號同厚度的預制混凝土墊塊，為了防止立柱角鋼壓壞防水保護層和防水層，立柱角鋼應與同尺寸的鋼墊片滿焊。

(2)在兩根立柱角鋼的底部、中部、上部分別拉線定位，確保安裝的角鋼在同一條水平線上，安裝過程中吊線墜檢查立柱角鋼垂直度，紅外線水平儀抄測保證角鋼平整度。

(3)兩個工人配合安裝，安裝時用紅外線水平儀抄測，保證角鋼平整度，另一個工人將其與立柱角鋼滿焊固定，中部縱橫向水平角鋼連接處應滿焊固定，中部縱橫向角鋼接長時應用紅外線水平儀抄測角鋼兩段標高，兩段角鋼應滿焊，搭接長度應大于160 mm(圖4)。

表1 筏板鋼筋支撐架材料明細表

圖4 安裝完成的筏板基礎鋼筋支架

4 效益分析

在超厚筏板鋼筋綁扎施工過程中，鋼筋馬凳支撐體系穩(wěn)定性較差，鋼管腳手架支撐體系后期壓漿封堵鋼管不易，槽鋼支撐體系比較笨重，操作不便。采用角鋼支撐與鋼筋剪刀撐組合可滿足筏板基礎鋼筋施工質量、安全需求，施工操作方便，材料用量省、施工成本低，節(jié)約了工期和施工成本，使用BIM技術實現(xiàn)對筏板基礎鋼筋支撐材料精確統(tǒng)計，施工全過程精確管理，技術可靠、綠色環(huán)保、快捷高效。

以天府創(chuàng)新中心項目財富大廈一期為例，2017年12月11日開始筏板基礎鋼筋綁扎施工，12月24日開始筏板基礎鋼筋支撐架安裝，共使用角鋼64.4 t，支撐鋼筋9 t，分別較BIM軟件統(tǒng)計的64.1 t和9.41 t僅多0.3 t和0.19 t。經統(tǒng)計分析，使用角鋼作為筏板基礎鋼筋施工支撐較使用鋼管、槽鋼預計可節(jié)約20.12萬元和10.7萬元，節(jié)約工期12 d。