基于BIM的超厚筏板基础钢筋支撑施工技术

陆 波，彭 钦, 龙武勇

(成都建工集团有限公司，四川成都 610014)

随着城市建设的快速发展，高层和超高层建筑越来越多，筏板基础作为高层和超高层建筑的主选基础形式在工程实践中应用越来越广。筏板随着建筑物高度的不断增加，厚度越来越厚，钢筋层数越来越多，重量越来越重，常规的钢筋马凳承载力无法满足施工安全性的要求，也无法满足钢筋定位的准确性，施工中常采用钢管或槽钢进行超厚筏板钢筋支撑。

为了便于施工，我们在天府创新中心项目财富大厦二期项目中，采用角钢作筏板钢筋主要支撑材料，BIM技术辅助，实现了筏板基础钢筋支撑施工方案可视化展示、支撑材料精确统计。

1 工程概况

天府创新中心项目财富大厦二期建筑面积126 845.95m2，地下4层，地上44层，建筑总高度232m，框架核心筒结构，塔楼基础形式为筏板基础，筏板厚度2.5m，筏板加厚区厚度3.8m，集水坑、电梯基坑处最大厚度8.75m，2.5m厚筏板板面、板底双向通长钢筋第一排D28@150,第二排D18@150，3.8m厚筏板板面、板底双向通长钢筋第一排D28@150,第二排D25@150，筏板中部设置C12@300双向钢筋网。主楼筏板基础南北、东西各贯穿一条膨胀加强带，宽度2m。

2 筏板基础钢筋支撑体系设计、受力验算

2.1 筏板基础钢筋支撑体系设计

立杆采用L80×80×6 mm角钢，集水坑、电梯基坑处立柱采用L100×80×8 mm角钢格构柱支撑，纵横向间距2 m，立柱角钢与同尺寸的钢垫片(5 mm)满焊，采用2根C16短钢筋将其与筏板基础底部钢筋焊接固定。顶部沿短边方向布置L100×80×6 mm角钢，间距2 m。中部采用L80×80×6 mm角钢，纵横向间距2 m，中部纵横向水平角钢与立杆角钢间每隔8 m，用C16斜向拉结钢筋与立柱角钢底部和中部纵横向水平角钢满焊固定，筏板基础支撑架四周需连续设置C16斜向拉结钢筋，集水坑、电梯基坑处增加纵横向水平角钢和斜向拉结钢筋，保证立柱角钢自由高度不大于2 m。膨胀加强带两侧的角钢立杆沿加强带方向间距加密成1 m，两侧立柱间加设L80×80×6 mm角钢剪刀撑，在膨胀加强带两侧的角钢立柱上设置C16@200钢筋网，钢筋网上固定双层快易收口网。

2.2 筏板基础钢筋支撑体系受力验算

2.2.1 角钢顶部横杆受力验算

3.8 m厚筏板板面双向通长钢筋第一排D28@150 mm，其每1 m重量为4.83 kg，第二排D25@150，其每1 m重量为3.85 kg。假定钢筋定长为9 m，计算9 m×9 m范围内的钢筋恒荷载标准值：9 m宽度范围内共有9/0.15=60根，则上层钢筋恒荷载为[ (4.83+3.85)×9×60×2)/(9×9) ]=115.73kg/m2，即1.16 kN/m2。

根据JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》，施工人员及设备均布活荷载取2.5 kN/m2。

角钢承受的均布荷载为：

q=1.35×(1.16×2+0.08)+1.4×2.5×2=10.24kN/m

(1)截面特性计算。

对中和轴的面积矩，查GB/T 706-2008《热轧型钢》得：

Sx=15190mm3

净截面惯性矩：

Inx=1070400mm4

Iny=612400mm4

查GB 50017-2017《钢结构设计标准》得：

截面塑形发展系数rx=1.05ry=1.2

(2)受弯强度验算。

查GB 50017-2017《钢结构设计标准》得：

截面应力最大值到截面形心的距离：

x=19.7mmy=100-29.5=70.5mm

Wnx=Inx/y=1070400/70.5=15182.98mm3

Wny=Iny/x=612400/19.7=31086.29mm3

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》：

MX=KMql2=0.07×10.24×22=2.8672kN·m

MY=0

=179.85N/mm2≤f=215N/mm2

满足受弯强度要求。

(3)剪力强度验算。

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》：

V=2KVql=2×0.625×10.24×2=25.6 kN

式中：tw为角钢厚度。

(4)挠度验算。

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》：

=3.87mm≤l/250=8mm

满足最大允许挠度要求。

2.2.2 角钢立杆受力计算

(1)荷载计算。

中间层钢筋恒荷载为[0.888×9×30×2)/(9×9) ]=59.2kg/m2，即0.592kN/m2。

N=(1.16+2.5)×4+0.592×4=17.008 kN

受压构件长细比验算计算高度lo=2000mm

λmax=2000/15.9=126<150，满足要求。

(2)稳定性验算。

根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》查得x轴为b类截面，y轴为b类截面，取φ=0.406。

3 筏板钢筋支撑施工流程

筏板钢筋支撑施工流程见图1。

图1 施工工艺流程

3.1 筏板基础钢筋支撑架BIM建模、支撑材料工程量提取并技术交底

进行筏板基础钢筋支撑体系受力验算，对比分析并选择筏板基础钢筋支撑材料类型，确定相关技术参数，编制筏板基础施工方案，据此建立筏板基础钢筋支撑BIM模型，提取筏板基础钢筋支撑架各种规格型号材料工程量，为材料采购和加工提供依据，技术负责人利用BIM模型对工长和操作工人进行技术交底(图2、图3、表1)。

图2 筏板基础钢筋支撑架布置示意(单位：mm)

图3 筏板基础钢筋支撑架BIM模型

3.2 筏板基础钢筋支撑架施工

(1)筏板基础钢筋保护层可采用同标号同厚度的预制混凝土垫块，为了防止立柱角钢压坏防水保护层和防水层，立柱角钢应与同尺寸的钢垫片满焊。

(2)在两根立柱角钢的底部、中部、上部分别拉线定位，确保安装的角钢在同一条水平线上，安装过程中吊线坠检查立柱角钢垂直度，红外线水平仪抄测保证角钢平整度。

(3)两个工人配合安装，安装时用红外线水平仪抄测，保证角钢平整度，另一个工人将其与立柱角钢满焊固定，中部纵横向水平角钢连接处应满焊固定，中部纵横向角钢接长时应用红外线水平仪抄测角钢两段标高，两段角钢应满焊，搭接长度应大于160 mm(图4)。

表1 筏板钢筋支撑架材料明细表

图4 安装完成的筏板基础钢筋支架

4 效益分析

在超厚筏板钢筋绑扎施工过程中，钢筋马凳支撑体系稳定性较差，钢管脚手架支撑体系后期压浆封堵钢管不易，槽钢支撑体系比较笨重，操作不便。采用角钢支撑与钢筋剪刀撑组合可满足筏板基础钢筋施工质量、安全需求，施工操作方便，材料用量省、施工成本低，节约了工期和施工成本，使用BIM技术实现对筏板基础钢筋支撑材料精确统计，施工全过程精确管理，技术可靠、绿色环保、快捷高效。

以天府创新中心项目财富大厦一期为例，2017年12月11日开始筏板基础钢筋绑扎施工，12月24日开始筏板基础钢筋支撑架安装，共使用角钢64.4 t，支撑钢筋9 t，分别较BIM软件统计的64.1 t和9.41 t仅多0.3 t和0.19 t。经统计分析，使用角钢作为筏板基础钢筋施工支撑较使用钢管、槽钢预计可节约20.12万元和10.7万元，节约工期12 d。