空铁联建巨型转换结构复杂节点的施工

文 杨 陈 华 李晓富 黄沛林 彭建永 罗 鑫 孙 斌

1. 中国建筑第八工程局有限公司 上海 200120；2. 杭州萧山国际机场有限公司 浙江 杭州 310000

机场、体育馆及商业中心等大型建筑时常面临地铁、高铁下穿的情况，在大型地下空间开发时，地下结构与地上建筑衔接中，往往会涉及巨型转换梁柱施工。巨型转换梁柱节点结构复杂，施工操作难度大，费时费力，传统施工技术难以胜任。

BIM技术具有可视化、协调性、一体化性、模拟性、参数化性及信息完备性等特点。BIM技术的发展进步为该技术在建筑工程领域的应用打开了一扇大门，为该类复杂节点的施工带来了新思路[1-4]。

本文以杭州萧山国际机场三期项目巨型转换结构复杂节点施工为例，通过应用BIM技术对巨型转换梁柱进行钢筋放样优化、工序及施工工况全面详细的模拟分析，为内插型钢的巨型梁、柱结构复杂钢筋绑扎提供最优施工方案。本文的经验总结具有一定的参考意义，为其他类似建筑工程施工做了一次成功的示范。

1 工程概况

杭州萧山国际机场三期项目建筑面积约67万 m2，地下2层，地上5层，航站楼最高点高度44.55 m，登机桥固定端32个，近机位37个。高铁站总长888 m，站台标准段长度450 m、宽42.1 m。

该项目是浙江省的重点工程，也是2022年杭州亚运会的重要基础配套工程，是具有重大意义、重要影响的民生工程。

航站楼地下空间开发工程（地下高铁站）主体结构采用钢筋混凝土箱形框架结构，高铁站地上1层，地下2层，B2层层高9.715 m，B1层层高8.750 m，上方为航站楼（图1）。为了完成高铁站与上部航站楼之间的转换，在B1层设计了4.0 m×1.2 m（1.3 m）的转换柱和4.0 m×3.2 m的转换梁（图2）。

转换梁混凝土强度等级为C60，抗渗等级P10，顶板A11—A31轴转换梁截面尺寸为4 000（3 000） mm× 3 200 mm，单跨梁长13.9 m（共3跨），内配41φ36 mm主筋，腰筋φ 25 mm@200 mm，构造钢筋φ 16 mm@ 4 0 0 m m，拉筋φ 1 6 m m@4 0 0 m m×4 0 0 m m，φ12 mm@100 mm，内插700 mm×100 mm×50 mm× 50 mm的H型钢，φ19 mm@300 mm×300 mm栓钉长100 mm。

图1 高铁站与航站楼之间的关系

图2 转换梁柱

每个梁上有4 个转换柱，转换柱尺寸为1 2 0 0（1 300） mm×4 000 mm，柱高6.5 m，内配54φ36 mm主筋，采用φ12 mm@100 mm箍筋，内插700 mm×100 mm× 50 mm×50 mm的H型钢，φ19 mm@300 mm×300 mm栓钉长100 mm。侧墙内转换柱混凝土强度等级C60，抗渗等级P10。

2 施工难点

2.1 转换梁、转换柱体形大，节点复杂

地下空间与地上建筑的衔接，往往需要巨型的混凝土结构作为传力转换构件。同时，巨型构件也意味着内部的钢筋布置极为复杂，尤其是内插型钢的构件。巨型转换梁、转换柱中型钢与混凝土结构组合施工时，交叉点多，钢筋密度大，施工存在诸多困难。

2.2 工期紧张，施工难度大

本工程工期紧张，单个转换梁钢筋用量70 t，混凝土用量为581.2 m3，单个转换柱混凝土用量为95.6 m3，单根钢筋直径最大达到36 mm，施工困难，操作空间小，模板支设难度大。

转换梁、转化柱钢筋比较密集，主筋多排设置，间距较小，同时部分主筋还要在型钢梁底下狭小空间内布置；箍筋种类多，又受到型钢的限制，和普通混凝土柱钢筋绑扎工艺流程差别较大。梁主筋在柱交叉部位要相互错开，节点位置钢筋复杂。

3 施工方法

针对工期要求紧，转换梁、转换柱施工困难的特点，在施工前进行前期策划，提前通过BIM模拟进行钢筋放样优化、工序及施工工况模拟。首先采用Revit软件对构件进行三维建模，立体化展现构件间的空间关系，通过导入Navisworks软件中，对钢筋与钢梁、钢筋与钢柱、钢筋与钢筋相互之间进行碰撞模拟，并对碰撞的钢筋进行标记，在满足设计要求的前提下，完成钢筋的优化排布。其次，结合Fuzor软件对现场施工工序进行模拟，由于钢梁与顶板搭接处结构复杂，通过BIM模拟提前确定模板安装顺序及尺寸，在降低施工难度的同时避免模板裁剪浪费严重的问题。最后，根据Revit现场场地模型，配合Fuzor动作功能，对吊装行车路线、构件摆放地点以及吊装过程进行预先模拟，分析可能产生的车辆通行、吊装空间碰撞问题，从而确定合理的吊装方案。

通过BIM推演得到以下共14步施工工序：前期策划→ BIM模拟钢筋放样→转换柱钢柱吊装→转换柱箍筋安装→转换梁钢梁吊装→转换柱主筋绑扎→转换柱箍筋绑扎→满堂支架搭设，梁底模铺设→转换梁主筋绑扎→转换梁外侧箍筋（开口箍）绑扎→转换梁内侧箍筋安装（开口箍）→转换柱梁内箍筋绑扎→柱模、梁侧模、板底模安装→混凝土浇筑。

4 关键工艺

4.1 优化转换梁设计

由于转换梁、转换柱钢筋比较密集，主筋多排设置，间距较小，同时部分主筋还要在型钢梁底下狭小空间内布置，为降低施工难度，特组织BIM施工模拟并与设计院沟通，得出以下优化方案：

1）转换柱纵向钢筋直锚长度3.2 m满足要求，故在转换梁内不进行弯折锚固。

2）转换梁Z H L 1(a)中底部钢筋排布调整为59φ36 mm。

3）转换柱、转换梁ZHL1及ZHL1(a)箍筋均改为开 口箍。

4.2 转换柱预埋件施工

在转换柱预埋件施工过程中，每焊接一处连接节点，利用水平尺及时校核、纠正预埋件垂直度；在预埋件焊接完成后，立即用黄色胶带将螺丝包裹，防止在混凝土浇筑过程中破坏螺丝。

4.3 转换柱吊装

转换柱型钢吊装完成后，附加焊接水平钢筋、斜筋，保证3根型钢柱在施工过程中的间距，防止产生过大位移偏差，如图3所示。

4.4 转换梁钢筋绑扎

在转换梁钢筋绑扎过程中，型钢梁底部焊接横向钢筋，纵向主筋直接绑扎在横向钢筋上，既便于布置钢筋，也有利于保证混凝土保护层厚度；在型钢梁顶部则焊接槽钢，具有同样的效果。

4.5 转换梁钢梁腹板开洞

根据设计图，转换梁梁内均布3根钢梁。考虑到梁侧模板加固困难，与设计沟通后，同意在钢梁腹板位置开洞，便于梁侧模加固螺杆贯穿。施工时需注意以下几点：

1）螺杆开洞位置要严格按照交底放线，位置偏差不大于3 mm。

2）洞口位置应圆滑，避免切断螺杆。

3）开洞施工方向沿梁纵向进行，逐排施工，避免开洞集中导致温度太高损坏钢梁。

4.6 混凝土浇筑

为保证施工质量，高铁站B1层（转换梁、转换柱位于该层）每一施工段采用2台汽车泵从施工段的一端向另一端推进，整体采用“分层分段”施工方法，待每个施工段竖向结构全部浇筑完成，再进行梁、板的分层浇筑。浇筑原则：优先浇筑高强度等级的混凝土。

4.6.1 竖直方向结构

高铁站竖向结构构件框架柱、跨中转换柱、扶壁转换柱以及侧墙的混凝土强度等级分别为C43.5、C60、C60P10与C35P10。

其中普通框柱及跨中转换柱可先单独支模分层浇筑至梁底，分层厚度≤500 mm，同一强度等级的混凝土统一浇筑，浇筑完成后再进行另一强度等级混凝土的浇筑。转换柱分仓浇筑顺序为1→2→3→4，如图4所示。

图4 转换梁整体浇筑顺序

转换柱（扶壁柱）两侧各2 m范围内，侧墙混凝土强度等级同转换柱混凝土强度等级，为C60P10，需采取拦网措施，侧墙水平施工缝设置在顶板加腋下翻300 mm处。

混凝土浇筑时，先浇筑转换柱及两侧2 m范围内侧墙，再进行剩余部位浇筑，分层厚度≤500 mm；也可统一混凝土等级进行浇筑，以高强度等级混凝土为准。

4.6.2 水平方向结构

高铁站水平方向结构构件顶板及顶板框梁、转换梁的混凝土强度等级分别为C35P10与C60P10。转换梁两侧各2 m范围内顶板混凝土强度等级为C60P10。

其中转换梁及两侧2 m范围顶板优先浇筑。先分层浇筑转换梁至顶板下表面，分层厚度≤500 mm，再浇筑梁两侧2 m范围顶板及转换梁，浇筑顺序为1→2→3→4。

待转换梁下翻部分及转换梁两侧2 m范围顶板浇筑完成后，开始分层浇筑C35顶板，从已浇筑混凝土向未浇筑混凝土方向推进。因C60比C35初凝时间短，浇筑过程中密切观察转换梁混凝土状态，待混凝土接近且未达到初凝时，开始浇筑上翻部分C60转换梁，上翻部分浇筑完成后，再接着浇筑C35顶板，依此类推。

5 施工效果

通过综合应用优化施工工艺之后，有效地降低了施工操作难度，极大地缩短了施工工期，也保证了施工质量，浇筑效果良好。

6 结语

应用BIM虚拟建造技术，对萧山机场三期项目的空铁联建巨型转换梁、转换柱进行了模拟建造，得到了可行的施工流程，并对施工工艺进行了优化。该施工方法在项目上得到了顺利推广并获得了多方的认可，在保证施工质量的前提下比计划工期提前完成施工。

本文所阐述的方法为内插型钢的巨型梁、柱的施工过程中，结构复杂钢筋的绑扎提供了极好的解决思路，尤其适合在大型地下空间开发结构与地上建筑衔接的巨型构件施工时使用。

[1] 曾平,祝国梁,吕凯芳.超大型转换层梁施工技术研究[J].福建建筑, 2019(1):54-60.

[2] 赵永宏.型钢混凝土转换梁的设计及分析[J].广东建材,2014,30(1): 38-39.

[3] 张跟柱,张道贺,刘家会,等.BIM技术在肥东大剧院施工中的应用 [J].施工技术,2019,48(18):75-77.

[4] 郎晴,刘新乐,鲁广.BIM技术在复杂节点施工方案设计的应用 [J].建筑技术开发,2018,45(5):27-29.