基于BIM技术的超高层型钢混凝土加强层节点优化应用研究

基金项目：湖南城建职业技术学院2020年度院级科研课题（项目编号：20YJQN17）。

作者简介：黄嘉骏（1992—），男，硕士，工程师，研究方向为工程管理。

摘 要： 随着建筑高度的增加，超高层型钢混凝土结构采用加强层来提高结构侧向刚度，但由于加强层结构形式复杂，各专业间的交驳无法完全体现，使得在施工工程中发生较多的设计变更与签证，成本增加。该文以某一实际工程为例，从型钢与钢筋交驳较多以及塔吊起重能力有限两个方面的难点，对超高层型钢混凝土加强层进行节点优化，并改进了施工方案。

关键词： 超高层  BIM   型钢混凝土  节点优化

中图分类号：TU97           文献标识码：A           文章编号：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the increase of building height， super high-rise steel-concrete structures use reinforced layers to improve the lateral rigidity of the structure. However， due to the complex structure of the reinforced layer， the communication between various disciplines cannot be fully reflected， which causes more occurrences in construction projects. The design changes and visa costs increase. Taking a certain actual project as an example， this paper optimizes the joints of the super high-rise steel reinforced concrete layer and improves the construction plan from the two difficulties of more section steel and steel bar transfer and limited tower crane lifting capacity.

Key Words： Super high-rise; BIM; Steel reinforced concrete; Joint optimization

随着建筑高度的增加，整体结构侧向刚度减小，结构基本周期加长，在侧向力作用下结构侧向位移增大，结构底部常出现不同程度的受拉，并加剧结构的P-Δ效应。经多年的研究和实践，工程界成功地采用水平伸臂加强层来提高结构侧向刚度，以控制结构的侧向位移，加强层由核心筒通过伸臂桁架与外框柱连接构成，且在实际使用过程中，加强层往往因为结构不够通透，跨度受限，该层较多作为避难层或设备层使用，由于大量设备的存在，加强层的土建、机电、幕墙、钢结构各专业交驳十分密集，常规的设计图纸，各专业间的交驳无法完全体现，使得在施工工程中发生较多的设计变更与签证，成本增加[1]。

随着BIM在国外的广泛应用，BIM概念逐渐被国内建筑业熟知，我国 BIM 技术的开发与使用不断增加形成了初步性成果。越来越多的业主、政府单位开始要求在工程项目中应用 BIM 技术，很多设计企业在一些项目中能很好地应用BIM技术。通过BIM技术，将加强层节点各专业模型进行组合，进行碰撞检查，提前对在施工过程中会发生的碰撞进行预警，且型钢结构为工厂预制构件，在制作过程中就对预留的孔洞、钢筋接驳位置等进行了预制，避免了不必要的设计变更以及签证，节约了费用、缩短了工期、优化了质量。该文以工程实际为例，对加强层施工技术进行研究，找出各专业复杂节点的碰撞风险以及施工困难，采用TEKLA三维建模软件对型钢混凝土加强层复杂节点进行全仿真模拟，根据模拟的结果，结合现场施工工艺等约束条件，对现场施工以及设计进行优化[2]。

1  工程概况

该工程为西安华润置地万象城一期，钢结构主要分布于T1塔楼，为全现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，采用型钢混凝土柱结构。地上建筑高度186.300 m，钢结构分布于-13.40～186.30 m。主要包括18根外框十字型钢柱、18根核心筒内十字型钢柱、H型钢梁、箱型钢梁，材质为Q345B（见图1）。

该工程T1超高层写字楼外围框柱及核心筒钢结构主要为十字劲性钢柱，加强层伸臂桁架主要为十字型钢柱及箱型、H型钢梁，分别位于16层、32层，每层有3榀，为该工程重要的受力体系。现场布置两台塔吊，分别为TC8039以及TC7035，TC8039位于塔楼的北侧，TC7035位于塔楼的南侧（见图2）。

2  施工重难点

2.1型钢结构与钢筋交驳较多

设计图纸中加强层柱、梁配筋较多，存在大量钢筋与钢结构相互穿插。在型钢混凝土柱施工中柱拉筋均需穿行钢柱腹板;在型钢混凝土梁柱节点施工中，梁纵筋需穿行钢柱腹板及翼缘;在桁架牛腿节点施工中，柱纵筋、箍筋需穿腹杆的腹板及翼缘板。同时，为保证型钢柱刚度要求，应尽量减少穿过型钢柱腹板的数量[3]。

2.2塔吊起重能力有限

施工现场道路狭窄，运送加强层构件的运输车辆无法进入到施工现场内，只能在场外市政道路上卸車，距离塔吊较远，单次起重量有限，而加强层构件较其他标准层构件尺寸更大，附属结构更复杂，对于加强层构件的卸车以及吊装具有一定的困难。

3  优化方案及措施

该文根据现场实际施工情况，为缩短构件加工周期，保证工程施工进度以及施工质量，针对穿行钢柱腹板、梁柱节点区域柱拉筋及环箍、型钢混凝土梁纵筋锚固、腹杆安装以及构件吊运等事项，经设计单位多次验算及实验，提出了优化措施，达到了良好的效果，保证了工程的进度与质量[4]。

3.1优化加强层构件分段，调整吊装方案

（1）根据塔吊性能表，分析吊装、卸车难度，选定出合理的钢构件分段、钢构件堆放场地及卸车位置，避免出现超出塔吊额定起重量。对加强层钢柱分段优化后，分析发现16GZC-1轴钢柱分段后重量仍达7.8 t，超出TC8039塔吊吊装能力，于是，对吊装方案进行调整，采取两台塔吊协同作业的方式，选择先由TC8039塔吊将钢柱临时吊运到两台塔吊中间位置钢柱处，并将钢柱与下层钢柱临时固定连接，再由TC7035塔吊起吊钢柱，并将钢柱安装至指定位置。经过分析后，现场未出现超重吊装，构件吊装都在允许范围内进行吊装，该楼层构件分段优化并未一味地追求降低单个构件重量。二是结合现场实际情况以及工厂加工情况，对构件分段进行优化，在确保不出现超荷载作业的情况下，也尽可能地提高了单根构件的重量，减少了现场的焊接量，提高了工作效率也确保了工程质量[5]。

（2）加强层腹杆优化施工。为加快现场塔楼主体施工进度、消化现场安装误差，且设计规定伸臂桁架腹杆待主体结构封顶后安装，所以考虑对腹杆与钢柱连接处焊接进行优化，将牛腿与钢柱分离，同时焊接部位确保与柱混凝土面平齐，混凝土柱支模时，可直接将牛腿支入混凝土柱内，主体封顶后，将混凝土打磨干净后，再可安装、焊接腹杆，具体安装顺序为，第一步安装下层钢柱，第二步安装加强层伸臂桁架下弦桁架梁，第三步安装并临时固定中部腹杆，第四步安装上层钢柱，第五步安装上弦桁架梁，最后楼层施工完成后安装两侧腹杆作临时固定，待结构封顶后焊接腹杆[6-7]（见图3）。

3.2多节点形式解决钢筋交驳问题

对于柱拉筋均需穿行钢柱腹板，梁纵筋需穿行钢柱腹板及翼缘，柱纵筋、箍筋需穿腹杆的腹板及翼缘板等钢筋与构件交驳的问题，在与设计单位多次沟通后，通过BIM软件模拟梁、柱节点中钢筋的位置，对节点深化方案进行优化，采取多种型钢-钢筋连接方式相结合，在工厂制作钢构件时，提前对优化后的连接节点进行制作，提高现场的安装效率，主要包含设置穿筋孔使钢筋穿过、焊接套筒或连接钢板与受力钢筋形成连接、在构件上焊接带孔的钢板与钢筋形成不需施焊的挂钩连接，多种方法相互搭配，做到最优的钢筋绑扎方案（见图4、图5）。

4  结语

综上所述，观我国现阶段的建筑业发展情况来看，无论是建筑高度还是建筑规模都在与日俱增，而随着一栋栋 “摩天大楼” 的拔地而起，结构复杂程度也在不断增加，而超高层建筑加强层是能提高超高层建筑整体刚度的有效方法，但超高层建筑本身的施工难度就较大，对技术的要求也比较高，同时，加强层结构施工更是提高了施工难度，对加强层的施工优化设计是一项重要的难点问题，所以在施工过程中一定要把握好各个施工环节节点，提前做好施工准备及优化，在施工过程中把握各项细节，切实保障超高层建筑项目的顺利完工。

参考文献

[1] 万瑞，曾翔.超高层伸臂桁架层钢结构施工技术[J].中国港湾建设，2019，39（7）：48-53.

[2] 张晓聪.BIM信息技术在装配式建筑深化设计中的应用研究[J].建设科技，2021（14）：73-75，81.

[3] 周健宇.基于BIM技术的钢结构深化设计研究[J].四川水泥，2021（7）：326-327.

[4] 吴阳.某超高层建筑加强层伸臂桁架选型分析[J].安徽建筑，2020，27（4）：89-91.

[5] 唐波.武汉绿地中心伸臂桁架结构加强层设计[J].建筑结构，2019，49（8）：59-63，26.

[6] 葛皖峰.超高层钢结构施工技术和基于施工过程模拟的方案优化研究[D].镇江：江苏大学，2018.

[7] 关成立.基于主動预紧圆形竖井拼装式钢结构支护技术研究[D].北京：中国地质大学（北京），2019.

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