基于BIM技術(shù)的超高層型鋼混凝土加強(qiáng)層節(jié)點(diǎn)優(yōu)化應(yīng)用研究

基金項目：湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院2020年度院級科研課題（項目編號：20YJQN17）。

作者簡介：黃嘉駿（1992—），男，碩士，工程師，研究方向為工程管理。

摘 要： 隨著建筑高度的增加，超高層型鋼混凝土結(jié)構(gòu)采用加強(qiáng)層來提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，但由于加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，各專業(yè)間的交駁無法完全體現(xiàn)，使得在施工工程中發(fā)生較多的設(shè)計變更與簽證，成本增加。該文以某一實(shí)際工程為例，從型鋼與鋼筋交駁較多以及塔吊起重能力有限兩個方面的難點(diǎn)，對超高層型鋼混凝土加強(qiáng)層進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，并改進(jìn)了施工方案。

關(guān)鍵詞： 超高層 ?BIM ??型鋼混凝土 ?節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

中圖分類號：TU97 ??????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ??????????文章編號：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the increase of building height， super high-rise steel-concrete structures use reinforced layers to improve the lateral rigidity of the structure. However， due to the complex structure of the reinforced layer， the communication between various disciplines cannot be fully reflected， which causes more occurrences in construction projects. The design changes and visa costs increase. Taking a certain actual project as an example， this paper optimizes the joints of the super high-rise steel reinforced concrete layer and improves the construction plan from the two difficulties of more section steel and steel bar transfer and limited tower crane lifting capacity.

Key Words： Super high-rise; BIM; Steel reinforced concrete; Joint optimization

隨著建筑高度的增加，整體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度減小，結(jié)構(gòu)基本周期加長，在側(cè)向力作用下結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增大，結(jié)構(gòu)底部常出現(xiàn)不同程度的受拉，并加劇結(jié)構(gòu)的P-Δ效應(yīng)。經(jīng)多年的研究和實(shí)踐，工程界成功地采用水平伸臂加強(qiáng)層來提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，以控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，加強(qiáng)層由核心筒通過伸臂桁架與外框柱連接構(gòu)成，且在實(shí)際使用過程中，加強(qiáng)層往往因為結(jié)構(gòu)不夠通透，跨度受限，該層較多作為避難層或設(shè)備層使用，由于大量設(shè)備的存在，加強(qiáng)層的土建、機(jī)電、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)各專業(yè)交駁十分密集，常規(guī)的設(shè)計圖紙，各專業(yè)間的交駁無法完全體現(xiàn)，使得在施工工程中發(fā)生較多的設(shè)計變更與簽證，成本增加[1]。

隨著BIM在國外的廣泛應(yīng)用，BIM概念逐漸被國內(nèi)建筑業(yè)熟知，我國 BIM 技術(shù)的開發(fā)與使用不斷增加形成了初步性成果。越來越多的業(yè)主、政府單位開始要求在工程項目中應(yīng)用 BIM 技術(shù)，很多設(shè)計企業(yè)在一些項目中能很好地應(yīng)用BIM技術(shù)。通過BIM技術(shù)，將加強(qiáng)層節(jié)點(diǎn)各專業(yè)模型進(jìn)行組合，進(jìn)行碰撞檢查，提前對在施工過程中會發(fā)生的碰撞進(jìn)行預(yù)警，且型鋼結(jié)構(gòu)為工廠預(yù)制構(gòu)件，在制作過程中就對預(yù)留的孔洞、鋼筋接駁位置等進(jìn)行了預(yù)制，避免了不必要的設(shè)計變更以及簽證，節(jié)約了費(fèi)用、縮短了工期、優(yōu)化了質(zhì)量。該文以工程實(shí)際為例，對加強(qiáng)層施工技術(shù)進(jìn)行研究，找出各專業(yè)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的碰撞風(fēng)險以及施工困難，采用TEKLA三維建模軟件對型鋼混凝土加強(qiáng)層復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全仿真模擬，根據(jù)模擬的結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場施工工藝等約束條件，對現(xiàn)場施工以及設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化[2]。

1 ?工程概況

該工程為西安華潤置地萬象城一期，鋼結(jié)構(gòu)主要分布于T1塔樓，為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，采用型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)。地上建筑高度186.300 m，鋼結(jié)構(gòu)分布于-13.40～186.30 m。主要包括18根外框十字型鋼柱、18根核心筒內(nèi)十字型鋼柱、H型鋼梁、箱型鋼梁，材質(zhì)為Q345B（見圖1）。

該工程T1超高層寫字樓外圍框柱及核心筒鋼結(jié)構(gòu)主要為十字勁性鋼柱，加強(qiáng)層伸臂桁架主要為十字型鋼柱及箱型、H型鋼梁，分別位于16層、32層，每層有3榀，為該工程重要的受力體系。現(xiàn)場布置兩臺塔吊，分別為TC8039以及TC7035，TC8039位于塔樓的北側(cè)，TC7035位于塔樓的南側(cè)（見圖2）。

2 ?施工重難點(diǎn)

2.1型鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋交駁較多

設(shè)計圖紙中加強(qiáng)層柱、梁配筋較多，存在大量鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)相互穿插。在型鋼混凝土柱施工中柱拉筋均需穿行鋼柱腹板;在型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)施工中，梁縱筋需穿行鋼柱腹板及翼緣;在桁架牛腿節(jié)點(diǎn)施工中，柱縱筋、箍筋需穿腹桿的腹板及翼緣板。同時，為保證型鋼柱剛度要求，應(yīng)盡量減少穿過型鋼柱腹板的數(shù)量[3]。

2.2塔吊起重能力有限

施工現(xiàn)場道路狹窄，運(yùn)送加強(qiáng)層構(gòu)件的運(yùn)輸車輛無法進(jìn)入到施工現(xiàn)場內(nèi)，只能在場外市政道路上卸車，距離塔吊較遠(yuǎn)，單次起重量有限，而加強(qiáng)層構(gòu)件較其他標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)件尺寸更大，附屬結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對于加強(qiáng)層構(gòu)件的卸車以及吊裝具有一定的困難。

3 ?優(yōu)化方案及措施

該文根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況，為縮短構(gòu)件加工周期，保證工程施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量，針對穿行鋼柱腹板、梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域柱拉筋及環(huán)箍、型鋼混凝土梁縱筋錨固、腹桿安裝以及構(gòu)件吊運(yùn)等事項，經(jīng)設(shè)計單位多次驗算及實(shí)驗，提出了優(yōu)化措施，達(dá)到了良好的效果，保證了工程的進(jìn)度與質(zhì)量[4]。

3.1優(yōu)化加強(qiáng)層構(gòu)件分段，調(diào)整吊裝方案

（1）根據(jù)塔吊性能表，分析吊裝、卸車難度，選定出合理的鋼構(gòu)件分段、鋼構(gòu)件堆放場地及卸車位置，避免出現(xiàn)超出塔吊額定起重量。對加強(qiáng)層鋼柱分段優(yōu)化后，分析發(fā)現(xiàn)16GZC-1軸鋼柱分段后重量仍達(dá)7.8 t，超出TC8039塔吊吊裝能力，于是，對吊裝方案進(jìn)行調(diào)整，采取兩臺塔吊協(xié)同作業(yè)的方式，選擇先由TC8039塔吊將鋼柱臨時吊運(yùn)到兩臺塔吊中間位置鋼柱處，并將鋼柱與下層鋼柱臨時固定連接，再由TC7035塔吊起吊鋼柱，并將鋼柱安裝至指定位置。經(jīng)過分析后，現(xiàn)場未出現(xiàn)超重吊裝，構(gòu)件吊裝都在允許范圍內(nèi)進(jìn)行吊裝，該樓層構(gòu)件分段優(yōu)化并未一味地追求降低單個構(gòu)件重量。二是結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況以及工廠加工情況，對構(gòu)件分段進(jìn)行優(yōu)化，在確保不出現(xiàn)超荷載作業(yè)的情況下，也盡可能地提高了單根構(gòu)件的重量，減少了現(xiàn)場的焊接量，提高了工作效率也確保了工程質(zhì)量[5]。

（2）加強(qiáng)層腹桿優(yōu)化施工。為加快現(xiàn)場塔樓主體施工進(jìn)度、消化現(xiàn)場安裝誤差，且設(shè)計規(guī)定伸臂桁架腹桿待主體結(jié)構(gòu)封頂后安裝，所以考慮對腹桿與鋼柱連接處焊接進(jìn)行優(yōu)化，將牛腿與鋼柱分離，同時焊接部位確保與柱混凝土面平齊，混凝土柱支模時，可直接將牛腿支入混凝土柱內(nèi)，主體封頂后，將混凝土打磨干凈后，再可安裝、焊接腹桿，具體安裝順序為，第一步安裝下層鋼柱，第二步安裝加強(qiáng)層伸臂桁架下弦桁架梁，第三步安裝并臨時固定中部腹桿，第四步安裝上層鋼柱，第五步安裝上弦桁架梁，最后樓層施工完成后安裝兩側(cè)腹桿作臨時固定，待結(jié)構(gòu)封頂后焊接腹桿[6-7]（見圖3）。

3.2多節(jié)點(diǎn)形式解決鋼筋交駁問題

對于柱拉筋均需穿行鋼柱腹板，梁縱筋需穿行鋼柱腹板及翼緣，柱縱筋、箍筋需穿腹桿的腹板及翼緣板等鋼筋與構(gòu)件交駁的問題，在與設(shè)計單位多次溝通后，通過BIM軟件模擬梁、柱節(jié)點(diǎn)中鋼筋的位置，對節(jié)點(diǎn)深化方案進(jìn)行優(yōu)化，采取多種型鋼-鋼筋連接方式相結(jié)合，在工廠制作鋼構(gòu)件時，提前對優(yōu)化后的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行制作，提高現(xiàn)場的安裝效率，主要包含設(shè)置穿筋孔使鋼筋穿過、焊接套筒或連接鋼板與受力鋼筋形成連接、在構(gòu)件上焊接帶孔的鋼板與鋼筋形成不需施焊的掛鉤連接，多種方法相互搭配，做到最優(yōu)的鋼筋綁扎方案（見圖4、圖5）。

4 ?結(jié)語

綜上所述，觀我國現(xiàn)階段的建筑業(yè)發(fā)展情況來看，無論是建筑高度還是建筑規(guī)模都在與日俱增，而隨著一棟棟 “摩天大樓” 的拔地而起，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也在不斷增加，而超高層建筑加強(qiáng)層是能提高超高層建筑整體剛度的有效方法，但超高層建筑本身的施工難度就較大，對技術(shù)的要求也比較高，同時，加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)施工更是提高了施工難度，對加強(qiáng)層的施工優(yōu)化設(shè)計是一項重要的難點(diǎn)問題，所以在施工過程中一定要把握好各個施工環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)，提前做好施工準(zhǔn)備及優(yōu)化，在施工過程中把握各項細(xì)節(jié)，切實(shí)保障超高層建筑項目的順利完工。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬瑞，曾翔.超高層伸臂桁架層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2019，39（7）：48-53.

[2] 張曉聰.BIM信息技術(shù)在裝配式建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].建設(shè)科技，2021（14）：73-75，81.

[3] 周健宇.基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計研究[J].四川水泥，2021（7）：326-327.

[4] 吳陽.某超高層建筑加強(qiáng)層伸臂桁架選型分析[J].安徽建筑，2020，27（4）：89-91.

[5] 唐波.武漢綠地中心伸臂桁架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2019，49（8）：59-63，26.

[6] 葛皖峰.超高層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)和基于施工過程模擬的方案優(yōu)化研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2018.

[7] 關(guān)成立.基于主動預(yù)緊圓形豎井拼裝式鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)技術(shù)研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2019.

3500500338247