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      BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)超高層空中連廊的應(yīng)用

      2021-10-22 21:57:32夏呈馳于兆波李文虎劉兆旭
      中國房地產(chǎn)業(yè)·上旬 2021年10期
      關(guān)鍵詞:工程應(yīng)用BIM技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)

      夏呈馳 于兆波 李文虎 劉兆旭

      【摘要】利用BIM技術(shù),通過現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙建立了項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)BIM模型。在建立BIM模型過程中,收集、整理圖紙問題提交設(shè)計(jì)院,輔助圖紙會(huì)審的進(jìn)行。通過對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì),拆分鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、深化梁柱節(jié)點(diǎn);編制合理的專項(xiàng)施工方案;對(duì)連廊提升進(jìn)行安全驗(yàn)算。達(dá)到節(jié)省工期、節(jié)約施工成本以及保障施工安全的目的。

      【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);鋼結(jié)構(gòu);空中連廊;工程應(yīng)用

      【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.071

      1、引言

      鋼結(jié)構(gòu)空中連廊是工程項(xiàng)目的一個(gè)重難點(diǎn),解決其施工難、體量大、提升高度大是項(xiàng)目部長久以來圍繞的話題。以國家(威海)創(chuàng)新中心項(xiàng)目為例,鋼結(jié)構(gòu)空中連廊施工廣受社會(huì)關(guān)注,空中連廊的提升不容有失,通過公司層面的幫助,最終決定采用BIM技術(shù)來解決現(xiàn)場(chǎng)施工難題。BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目已廣泛應(yīng)用[1],同時(shí)在公司內(nèi)部也已推廣開來,通過Revit建立建筑結(jié)構(gòu)模型與Tekla鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整合,深化整合節(jié)點(diǎn)、模擬連廊拼裝提升,確保空中連廊能夠安全、穩(wěn)定的提升至指定位置[2]。

      2、工程概況

      國家(威海)創(chuàng)新中心工程總建筑面積273721.58㎡,其中地下建筑面積55428.37㎡,地上建筑面積217473.41㎡,建筑用地面積79688㎡。鋼結(jié)構(gòu)主要分布在2#樓,2#樓結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架+核心筒結(jié)構(gòu),地下1層,地上裙樓4層,A、B塔樓32層,建筑總高:148.5m。鋼結(jié)構(gòu)連廊跨度60.9m,自身高度12.6m共3層,總重量約為1800t,提升高度至115.45m,由2榀縱向主桁架和其間次梁結(jié)構(gòu)組成。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型主要有十字型勁性鋼柱,H型勁性鋼柱,箱型鋼梁,連廊異形節(jié)點(diǎn)等。

      3、BIM技術(shù)應(yīng)用

      3.1 模型建立

      利用BIM技術(shù),對(duì)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容,根據(jù)建筑施工圖,結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行可視化模型設(shè)計(jì),讓項(xiàng)目各參與方對(duì)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段細(xì)節(jié)了如指掌,結(jié)合建設(shè)單位,設(shè)計(jì)單位,監(jiān)理單位的意見和想法,建立鋼結(jié)構(gòu)模型,完善模型中構(gòu)件截面,并對(duì)軸線以及標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核。讓各參與方進(jìn)一步加深對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過程中的理解。圖1為鋼結(jié)構(gòu)模型。

      3.2 深化設(shè)計(jì)

      利用Tekla軟件建立BIM模型,確定分段位置,對(duì)每根構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì),確認(rèn)構(gòu)件截面,對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化處理,明確節(jié)點(diǎn)連接處詳細(xì)構(gòu)造,初步確定工程量。在現(xiàn)場(chǎng)施工有難度時(shí),及時(shí)開會(huì)討論出優(yōu)化方案,修改鋼結(jié)構(gòu)深化出圖,給設(shè)計(jì)院報(bào)審。提前解決現(xiàn)場(chǎng)施工問題,保證進(jìn)度。項(xiàng)目目前已開展多次專項(xiàng)討論會(huì),效果明顯。

      如圖6原設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)模型重達(dá)35.4噸,構(gòu)件體量大,運(yùn)輸及吊裝困難,經(jīng)深化拆分后分解為4個(gè)節(jié)點(diǎn)模型如圖7,大大減少施工難度,也解決了構(gòu)件加工難題,降低了材料浪費(fèi),提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝速度。

      綜合考慮構(gòu)件工廠預(yù)制化[3]、運(yùn)輸、安裝等多個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分段分節(jié),根據(jù)細(xì)化后的模型,選擇構(gòu)件如圖8,用BIM技術(shù)生成圖紙(構(gòu)件圖、零件圖以及布置圖等)如圖9。最后調(diào)整圖紙,即可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工和工廠構(gòu)件加工,通過提前出圖、提前利用數(shù)控機(jī)器進(jìn)行精確加工保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不間斷進(jìn)場(chǎng),節(jié)省工期。

      3.3 鋼結(jié)構(gòu)空中連廊安全性驗(yàn)算

      利用Midas gen2020安全計(jì)算軟件對(duì)鋼構(gòu)模型及連廊提升過程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析計(jì)算,對(duì)受力不利位置,確定增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方案,檢測(cè)完成后與設(shè)計(jì)溝通確認(rèn)參數(shù),對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。

      鋼連廊在其正下方投影向北偏700mm的地方放置,考慮鋼連廊起提時(shí)的應(yīng)力及變形及鋼連廊自身發(fā)生的單擺運(yùn)動(dòng)。通過施工模擬可以有針對(duì)性的制定連廊提升安全方案,制定安全措施[4]。圖10為連廊起提應(yīng)力云圖,圖11為塔樓變形云圖。

      利用Midas gen2020軟件對(duì)連廊安裝后拼裝胎架對(duì)裙房頂?shù)膽?yīng)力驗(yàn)算,裙房懸臂梁受力情況分析如圖12。對(duì)懸臂梁回頂胎架進(jìn)行施工驗(yàn)算,了解其變形及應(yīng)力變化,優(yōu)化回頂方案如圖13。

      3.4 鋼結(jié)構(gòu)空中連廊施工模擬

      國家(威海)創(chuàng)新中心項(xiàng)目在2#樓AB兩棟塔樓26到29層之間設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)連廊,連廊由兩榀縱向主桁架和其間次梁結(jié)構(gòu)組成。連廊長60.9m,高12.6m,總重量1800t,提升高度至115.450m。連廊提升采用超大型構(gòu)件液壓同步提升技術(shù)施工,利用3D MAX軟件對(duì)連廊提升進(jìn)行施工模擬如圖14。

      連廊提升施工工藝流程:

      第一步,采用BIM技術(shù),Tekla軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)連廊進(jìn)行深化設(shè)計(jì),建立三維模型,生成構(gòu)件加工圖;對(duì)塔樓內(nèi)超重節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深度優(yōu)化,合理劃分成若干個(gè)節(jié)點(diǎn),以滿足現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工條件,分析復(fù)雜節(jié)點(diǎn),輔助方案編制與交底,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工;

      第二步,主體結(jié)構(gòu)施工至連廊層時(shí),連廊的預(yù)裝節(jié)點(diǎn)和鋼柱同步安裝。施工至提升位置時(shí),安裝上吊點(diǎn)提升支架,提升支架由提升梁、斜拉桿、斜撐、上吊點(diǎn)牛腿、側(cè)向支撐桿及加固桿等組成,總共設(shè)置四個(gè)提升點(diǎn);

      第三步,連廊構(gòu)件加工前實(shí)測(cè)實(shí)量塔樓預(yù)裝節(jié)點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo),并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整Tekla三維模型;

      第四步,現(xiàn)場(chǎng)拼裝放線,將鋼連廊安裝位置投影在裙房頂板上,在向北側(cè)偏移70公分的位置放線并且把柱和頂板梁的位置畫出,在柱的位置放置墊片,根據(jù)放線及頂板梁架設(shè)拼裝胎架;拼裝鋼連廊,在拼裝胎架上按照由西向東,由北向南,由下至上的順序?qū)撨B廊中的節(jié)點(diǎn)和組合梁焊接連接成整體;

      第五步,安裝提升裝置和下吊點(diǎn)臨時(shí)吊具,每個(gè)提升點(diǎn)配置兩臺(tái)TLJ-4500型液壓提升器,共八臺(tái)。下吊點(diǎn)安裝在連廊兩榀桁架的上方,在提升上下吊點(diǎn)之間安裝專用底錨、鋼絞線和傳感器;

      第六步,試提升,液壓提升裝置逐級(jí)加載至100%,連廊向南緩慢滑動(dòng)70公分并離開拼裝胎架,穩(wěn)定后繼續(xù)提升200mm,靜置12小時(shí),全面檢查提升裝置,檢測(cè)提升過程中應(yīng)力應(yīng)變的變化;

      第七步,正式提升,繼續(xù)提升至連廊上弦桿上表面距離預(yù)裝牛腿下表面約200mm,暫停提升,各提升吊點(diǎn)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“微調(diào)、點(diǎn)動(dòng)”功能,使各提升吊點(diǎn)均達(dá)到設(shè)計(jì)位置,滿足對(duì)接要求;

      第八步,鋼結(jié)構(gòu)連廊與主體結(jié)構(gòu)預(yù)裝段焊接連接,形成整體,安裝連接桿,安裝后裝段增加穩(wěn)定性;卸載,液壓提升器各吊點(diǎn)卸載,使鋼結(jié)構(gòu)自重轉(zhuǎn)移至主結(jié)構(gòu)上,拆除液壓提升設(shè)備。

      結(jié)語:

      綜上所述,BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用所取得的效果是顯著的,BIM技術(shù)通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)成本、工期、安全、質(zhì)量四個(gè)方面全方位精細(xì)化管理。BIM技術(shù)的應(yīng)用比傳統(tǒng)方法大大減少了施工難度,同時(shí)提高現(xiàn)場(chǎng)施工的工作效率,為項(xiàng)目節(jié)省工期。隨著BIM技術(shù)廣泛推廣,BIM技術(shù)愈加成熟,對(duì)于超高層鋼結(jié)構(gòu)、空中連廊等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目帶來便利。BIM技術(shù)應(yīng)用范圍將越加廣泛,也將為施工企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益,BIM(Building Information Modeling)終將走向每一個(gè)施工項(xiàng)目。

      參考文獻(xiàn):

      [1]趙亮.探究BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市,2018(01):61-63.

      [2]吳威濱.BIM技術(shù)在大跨度鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程,2019(20):189-190.

      [3]劉李,汪廷秀,孫飛.BIM技術(shù)在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理領(lǐng)域的應(yīng)用[J].建材世界,2019,40(01):87-91.

      [4]李凱,黃振邦,于培德.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工方案優(yōu)選中的應(yīng)用[J].鋼結(jié)構(gòu),2015,11: 88-93+82.

      作者簡介:

      夏呈馳(1996.01.18-),性別:男,籍貫:江西宜春,民族:漢族,職稱:助理工程師,學(xué)歷:本科,研究方向:建筑工程、BIM技術(shù)應(yīng)用。

      于兆波(1986.03.29-),性別:男,籍貫:山東威海,民族:漢族,職稱:工程師,學(xué)歷:本科,研究方向:建筑工程。

      李文虎(1986.09.23-),性別:男,籍貫:江蘇徐州,民族:漢族,職稱:工程師,學(xué)歷:本科,研究方向:建筑工程。

      劉兆旭(1995.11.20-),性別:男,籍貫:山東淮坊,民族:漢族,職稱:助理工程師,學(xué)歷:本科,研究方向:建筑工程、BIM技術(shù)應(yīng)用。

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