基于BIM对型钢混凝土梁柱节点施工优化

2016-01-10崔伟锋

广东土木与建筑 2016年1期

崔伟锋

（广州市第一建筑有限公司广州510060）

0 前言

在结构设计中，对于框筒结构体系的高层和超高层结构多采用柱子中设置型钢的设计方案，一方面为满足“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计原则，另一方面型钢混凝土柱其承载力是型钢、混凝土与钢筋3部分承载力的叠加，因此具有变形能力强，抗震性能好、用钢量较省、受力较合理等特点。而框架梁仍为钢筋混凝土梁，这势必会造成型钢梁柱节点连接区域较多的主梁钢筋与柱内的型钢发生碰撞，如果处理不好，既不能保证框架梁主筋的锚固，不仅影响型钢梁柱节点处混凝土的钢筋绑扎施工，还影响到框架梁柱节点处混凝土的浇捣，影响型钢梁柱节点的刚度。本文利用BIM三维软件，预先模拟型钢梁柱节点进行施工模拟，对型钢节点进行图纸深化，预先发现施工过程中所发生的梁筋与型钢柱碰撞的问题。

1 工程概况

某商业中心项目位于佛山市南海区桂城街道19、20街区，设计为地下4层，地上5层裙楼、2栋塔楼（1栋46层住宅楼和1栋21层办公楼），其中46层住宅楼高161.3m，采用核心筒-剪力墙结构，塔楼底部加强部位剪力墙约束边缘构件设置8根型钢混凝土柱，型钢设置范围为负1层～6层，型钢混凝土柱型钢由2个H型钢组成，钢板厚度20，30mm，型钢柱的结构平面位置和原设计图纸中型钢配筋截面如图1～2所示。

按照设计图纸施工，型钢中的箍筋需要进行对型钢柱腹板和翼缘板进行开孔穿筋（如图3），我们根据设计图中的截面尺寸，采用BIM结构专业软件对原设计图纸进行三维建模分析，对型钢梁柱节点施工进行前瞻性工程管理，确保施工可行性。

图1 型钢柱的结构平面位置

图2 原设计图纸的型钢配箍截面

图3 箍筋同一截面需对腹板多处开孔

2 梁纵筋贯穿柱型钢翼缘式

2.1 型钢柱箍筋配筋优化

根据BIM三维模型可知，箍筋对型钢柱肋板和翼缘板开孔的设计方案不可行，一方面型钢柱同一截面多处开孔会大大降低型钢桩的整体刚度，需按照规范要求进行加厚补强处理，另一方面箍筋在梁柱节点处间距过小，梁筋无法进行连接施工，如图4。

图4 箍筋梁柱节点处净距不足

根据《12SG904-1型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图》中所提供的箍筋与型钢柱的布置方式，选取一种尽量少穿型钢柱的布置方式，该方式既能满足设计对于配箍率的要求，又能方便指导施工；对于梁柱节点区，由于箍筋的净间距不足，如图4所示，需增大梁柱节点区域的箍筋设计间距，经设计同意，对原设计图纸中的配箍截面图进行调整，如图5所示。为验证该项技术的可行性，现场采用木模板制作1∶1的实体模型，如图6所示。

图5 调整后的型钢配箍截面

图6 现场用木模板制作的1∶1实体模型

2.2 梁上下主筋数量优化

原设计图纸型钢梁柱节点中，梁截面主筋配筋为φ22，造成梁截面配筋数量过多，在BIM三维模型中可发现梁主筋与型钢柱翼缘板有碰撞冲突，如图7，经与设计单位进行沟通，在满足设计计算的前提下，采用钢筋等面积替换原则，将原设计中10φ22调整为6φ28，增大钢筋直径以减少梁主筋的数量，以方便梁主筋与型钢柱的连接。

2.3 梁与型钢连接方式优化

根据设计要求，纵向受力钢筋的最小锚固长度为laE=45d，单根梁主筋的锚固长度为1260mm，梁的上、下纵向钢筋需全部穿过翼缘，抵达腹板以满足锚固长度。但由于腹板的阻碍，纵筋不能贯通，并且在柱内不能够满足锚固长度的需求。方案1考虑在型钢柱连接的梁端，设置一段钢牛腿（连接板）与梁的主筋搭接，钢牛腿（连接板）焊在型钢柱上。设置牛腿时，牛腿高度不应小于0.7倍混凝土梁高，长度应满足梁主筋的搭接长度（双面焊5d）的要求。混凝土梁的少量纵向钢筋贯穿节点连续配置，其余纵筋可靠地焊接在牛腿上，本方案牛腿肋板会与箍筋进行碰撞，需增大节点区钢筋的间距，此方案未能得到设计单位的同意。

方案2在型钢柱内腹板上焊接钢筋连接器，解决纵筋无法穿过的难题，如图8。这种形式既不会造成型钢腹板的截面削弱，又能保证梁纵向钢筋的贯通锚固，同时也方便了施工。在图纸深化时需确定钢筋连接器的焊接位置，采用加工工厂进行焊接，既能保证焊接质量，又能避免影响施工进度。

3 结束语

采用BIM三维建模软件对型钢混凝土柱梁节点进行箍筋和梁主筋数量的施工优化，并采用合理的连接处理方法，能够减少型钢梁柱节点钢筋绑扎的工作难度，同时也增加了梁柱节点间混凝土浇筑的空间，能够更好的形成密实成型的混凝土，提高混凝土浇筑质量，节约工期，保证工程顺利开展，工程实践证明BIM三维建模软件能为工程的顺利开展提供一个良好的技术支撑平台。