基于BIM的大跨度跨層鋼桁架倒吊式施工技術

以成都空港產業服務區建設項目為依托，針對跨層桁架跨度大，重量重，鋼桁架復雜節點多等特點，簡要闡述了在BIM技術的輔助下，大跨度跨層鋼桁架采用倒吊式施工的相關設計思路和施工工藝。

BIM； 大跨度； 跨層桁架； 吊柱； 轉換樓層桁架； 倒吊式； 臨時支撐

TU758.15A

［定稿日期］2023-04-04

［作者簡介］馮宇（1991—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程施工技術；羅佳（1981—），女，本科，高級工程師，研究方向為建筑工程施工技術；陳翠（1968—），女，在職本科，高級工程師，研究方向為建筑工程施工技術；楊元君（1976—），男，專科，高級工程師，研究方向為建筑工程施工技術；石藝琨（1997—），女，本科，助理工程師，研究方向為建筑工程施工技術。

0 引 言

隨著我國社會經濟發展速度的不斷加快、建筑水平的不斷提高，大空間公共建筑項目的數量與日俱增。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，架空廣場上部結構復雜，常采用跨層桁架、轉換樓層桁架、吊柱、梁上柱及其他次構件組成的吊掛式鋼結構體系，尤其桁架跨度大、重量重，若施工精度不夠，易出現局部變形，影響整個建筑的安全質量和美觀。本文結合“成都空港產業服務區建設項目”對大跨度跨層鋼桁架施工技術進行研究探討。

1 工程概況

本工程位于雙流空港商務區，是打造集國際會議中心、星級酒店、商業和寫字樓等于一體的雙流區標志性建筑項目，總面積達30萬m2。其中國際會議中心為滿足建筑造型及使用功能要求，鋼結構形式非常復雜，東西兩側采用跨層桁架吊掛轉換樓層桁架的吊掛式鋼結構體系，跨層桁架最大設計跨度54 m，高14.5 m，重380 t。

2 倒吊式施工設計思路

利用BIM技術分析復雜大跨度跨層桁架體系的受力特點，開展施工模擬，指導方案編制。鋼結構吊裝前先施工周邊豎向核心結構，作為屋頂跨層桁架支座，從而實現鋼框架逆作法；搭設臨時支撐，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支撐，并將吊柱上節點安裝于屋頂跨層桁架的下弦，利用吊柱作為臨時支撐進行樓層處轉換桁架的吊裝；然后完成次鋼構件的安裝，形成完整的框架結構體系；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 創建BIM模型

利用TEKLA、REVIT等BIM軟件創建整體結構模型，分析結構模型參數，如場地大小、混凝土結構承載能力、混凝土結構高度、鋼結構重量、跨度、截面大小等。將模型導入數字信息平臺開展信息化施工。利用BIM+二維碼技術將每根鋼構件進行編碼，掃碼錄入項目信息進行統一管理（圖1、圖2）。

3.2 施工模擬

根據BIM模型參數，劃分鋼結構分段部位，擬定初步施工方案，進行施工模擬，分析施工模擬過程中的應力應變數據，論證施工模擬過程中的方案可行性（圖3）。

3.3 方案編制及深化出圖

根據施工模擬情況，指導編制專項施工方案，并進行鋼結構深化設計，鋼結構深化設計內容包括桁架合理分段部位、構件尺寸、節點細部尺寸、對接節點、焊縫坡口尺寸等（圖4）。

3.4 周邊豎向核心結構施工

鋼結構吊裝前首先完成周邊豎向核心結構施工，用以作為屋頂跨層桁架兩端的支座，為后續實現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。

3.5 臨時支撐搭設

吊裝時首先在屋頂跨層桁架的拼裝節點下搭設用于安裝的鋼結構臨時支撐，臨時支撐點的布置一般按照桁架分段后，根據整體自重荷載、運輸和施工荷載在進行選擇支撐點設立位置，并結合現場地面條件進行分析處理，從而選出最適宜的支撐點位置（圖5）。

3.6 屋頂跨層桁架安裝

跨層桁架采用設置臨時支撐結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行卸載。

3.8 吊柱安裝

將吊柱的頂點與屋頂跨層桁架下弦進行安裝連接，使鋼柱形成倒掛于屋頂跨層桁架的受力狀態，從而使結構鋼柱從受力形態上轉換為吊柱（圖7）。

3.9 樓層轉換桁架安裝

樓層轉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構處。在對應支座位置處安裝橡膠支座，為樓層轉換桁架安裝就位做準備，針對樓層桁架梁上部柱荷載帶來變形、桁架自身荷載、混凝土、周邊鋼梁、樓板所會產生的變形進行預起拱，樓層桁架在現場采用地面拼裝完成后再使用汽車吊進行整榀或者分段吊裝，樓層處的鋼桁架安裝時采用地面拼裝后整體吊裝（圖8）。

3.10 樓層鋼結構次構件安裝

整體主框架安裝成型后立即進行次鋼構件安裝，把與樓層桁架相連的鋼梁進行安裝，使鋼梁起到一個分擔荷載的作用，這樣使得整個平面的穩定性更好。

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行樓承板鋪裝、樓面鋼筋綁扎，并進行樓面混凝土澆筑。

3.12 屋面施工

屋面鋼結構次構件和屋面板施工參照樓層施工進行。

4 結束語

通過BIM技術的輔助，針對復雜大跨度跨層鋼桁架的安裝進行研究，改變傳統施工工藝，鋼結構核心構件采用從上到下的逆作施工順序，進行倒吊式鋼結構安裝，鋼結構次構件及樓板施工采用傳統從下至上的順作施工順序。主要經驗有：

（1）通過采用BIM+信息技術，創建復雜桁架模型，分析桁架施工參數，進行施工模擬，指導編制施工方案，并深化出圖。利用BIM+二維碼技術，將每根鋼構件進行編碼，掃碼錄入項目信息平臺進行統一管理，在進行構件安裝時，再次掃碼，消除構件未安裝狀態，實現構件準確、有序的供給。

（2）通過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支撐點，用來倒掛安裝樓層處的轉換鋼桁架，實現主鋼框架逆作施工。

（3）先施工屋頂跨層鋼桁架，再施工下層的樓層轉換桁架，有效避免了吊裝上層鋼結構時，臨時支撐需穿過下層已安裝但未形成穩定結構體系的鋼結構而導致臨時支撐架搭設困難的問題。

（4）鋼結構主框架采用從上到下的逆作施工順序，合理規避了因臨時支撐的續接對支撐體系穩定性帶來的不利影響，及對鋼結構安裝帶來的可能的安全隱患。

（5）由于吊柱結構的特殊性（吊柱兩端為帶銷軸的圓盤形結構，只能承受拉力），傳統從下至上的施工順序吊柱無法單獨直立，需搭設側向支撐對其進行施工，施工過程中的穩固難度大。因此，先安裝吊柱上端節點，使其成倒掛狀，將省去安裝吊柱所需的側向支持。

（6）本工程所涉及的吊柱為結構構件，為建筑結構本身的組成部分，并非額外增加的臨時構件，有效節約了鋼結構臨時支撐的搭設。

參考文獻

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