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环形建筑结构中节点工艺样板制作研究

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[摘要]某工程地下室为混凝土框架结构,其中大部分柱为圆钢管柱,外包内灌混凝土。针对本工程地下室结构施工难度大的节点部位,在施工前采用BIM技术进行工艺样板制作,以减少施工难度,有利于质量控制,节约工期,节约成本,为类似工程提供借鉴。

[关键词]钢管柱;工艺样板;BIM技术

1工程概况

某工程位于珠江三角洲南部,建筑面积约53000m2,地下1层,地下为钢筋混凝土框架结构。地上5层,地上为钢框架结构,最大建筑高度26.8m,地上部分由一圆环形主体及3个外挑圆形裙塔结构组成,结构内圆半径32.9m,外圆半径为55.5~58.95m,外圆边线逐层往外扩大,项目造型新颖,具有科技感。通过大圆与小圆之间的相互交融,形成了具有科幻感、未来感的建筑空间形象,整体建筑造型呈环形飞碟状。

2工程重难点

框架梁与钢柱交接处需在钢柱侧壁开洞,钢筋根数排数多,各道梁钢筋开洞口需分层进行排列,同时还需要考虑各道相邻梁之间对应关系。墙水平钢筋与钢柱交接处需采取开孔或者钢筋弯锚饶过钢柱做法。环梁主筋直径大,钢筋根数多,无法采取搭接连接或者机械连接,采用焊接连接做法。框架梁与环梁交接处,钢筋无法采用常规直锚或者弯锚做法,需采取机械锚固做法。圆柱与弧形墙交接位置模板安装难度大,加固困难,项目采用木模板散拼加水平模板做木卡加固方法。存在大量弧形墙、弧形梁,模板加固难度大,采用木模板散拼加钢筋加固。项目整体造型为环形建筑,模板支撑架钢管排列难度大,提前采用BIM技术进行深化。钢管柱外包混凝土尺寸为150mm,尺寸小,钢筋密集,混凝土浇筑困难。为此,项目部决定针对5个关键节点制作工艺样板,这些样板分别是环梁与框架梁交接节点样板,梁墙与外包混凝土钢管柱交接节点样板,弧形梁与板交接节点样板,弧形墙与圆柱交接节点样板与楼梯样板,并将节点样板分别放置于移动式平台上,以便移动和重复利用。

3建立工艺样板BIM模型

在工艺样板策划过程中,根据不同的节点做法,建立不同工艺样板BIM模型,着力体现施工重难点。在BIM模型中钢筋、模板、钢管等所有构件尺寸、间距、位置等数据均与设计图纸和施工方案1∶1对应,确保BIM模型与现场施工情况一致。在BIM模型的建立过程中可进行钢筋排列、模板加固、构件碰撞检查等,在检验设计图纸和施工方案的基础上进行设计图纸和施工方案的合理优化。在BIM模型建立完成之后,通过BIM模型对项目管理人员、工人进行工艺样板制作技术交底,交底变得更加直观、形象,管理人员、工人可提前熟悉本工程重难点及施工方法。

4工艺样板制作与展示要点

4.1环梁与框架梁交接节点样板

本工程地下室柱大部分柱为圆钢管柱,钢柱外包150mm厚C35自密实混凝土,同时钢管内灌C35自密实混凝土;钢管柱外包部分侧模板采用木模板散拼,用木模板作为水平木卡进行加固;钢柱加固所用对拉螺杆焊接于钢柱侧壁上;钢柱施工缝处混凝土凿毛露出石子,清理浮浆混凝土渣等杂物。环梁与框架梁交接处钢筋密集,环梁与框架均存在多排钢筋,交接处钢筋排列困难。经过和设计单位沟通后,进行设计图纸的深化,将环梁底标高降低150mm,顶标高提高100mm,环梁底筋、面筋分别布置于此150mm,100mm标高范围内,使得环梁钢筋与框架梁钢筋分层排列错开。框架梁主筋锚入环梁内被钢柱挡住,且钢柱外侧存在水平环板以及纵向加强板,梁筋无法采取常规锚固方式,需采取机械锚固做法。框架梁主筋采取机械锚固做法,在主筋端部焊接短钢筋头,双面焊接,钢筋头直径同主筋一致,长度为5倍梁主筋直径。机械锚固包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度(投影长度)可取为基本锚固长度的60%。环梁主筋直径为32mm,直径较大且为环形,主筋无法采取绑扎搭接或机械连接,需采取焊接。环梁主筋采取焊接做法,焊缝需饱满无夹杂气泡,焊接时搭接长度为10倍环梁主筋直径,搭接接头率不超过50%。环梁内的钢柱外侧存在水平环板,钢柱外侧纵筋被环板挡住,无法伸至柱顶。钢柱外侧纵筋伸至环梁水平环板底部后弯折,弯折平直段为15倍柱纵筋直径,弯折后与水平环板底部贴焊。钢柱外侧箍筋为圆形,加工时需保证箍筋搭接长度和弯钩角度及弯钩平直段长度。圆形箍筋的搭接长度不应小于其受拉锚固长度,且两末端均应作不小于135°的弯钩,弯折后平直段长度对一般结构构件不应小于箍筋直径的10倍和75mm的较大值。按照设计图纸,环梁箍筋间距为150mm。以环梁径向中间位置为基准点,沿环向按照间距150mm布置箍筋。

4.2梁、墙与外包混凝土钢管柱交接节点样板

墙水平钢筋被钢管柱挡住,需在钢柱侧壁开孔或墙水平钢筋弯锚绕开钢柱。当墙水平筋直径小于等于16mm时,墙水平筋弯锚伸入钢柱外包混凝土内,伸入长度满足钢筋锚固要求;当墙水平筋直径大于16mm时,墙水平筋与钢柱交接位置在钢柱侧壁开圆孔,钢筋从圆孔穿过钢柱,孔直径为墙水平筋直径+4mm。箍筋的弯折角度和弯折后平直段长度应符合图纸和规范要求。箍筋弯钩的弯折角度不应小于135°,弯折后平直段长度不应小于箍筋直径的10倍和75mm两者之中的较大值。主次梁钢筋以及墙水平钢筋与纵向钢筋摆放位置需正确。框架节点处梁纵向受力钢筋宜放在柱纵向钢筋内侧;当主次梁底部标高相同时,次梁下部钢筋应放在主梁下部钢筋之上;剪力墙中水平分布钢筋宜放在外侧,并宜在墙端弯折锚固。各构件钢筋起始位置需准确。梁柱箍筋、墙水平分布钢筋、墙竖向分布钢筋、板钢筋距构件边缘的起始距离均应为50mm。梁主筋、支座负筋、腰筋、抗扭钢筋被钢柱挡住时,在钢柱侧壁开孔,钢筋从孔内穿过。框架梁主筋、支座负筋、腰筋、抗扭钢筋被钢柱挡住时,在钢柱开孔后钢筋穿过。当开设圆孔时,对于梁主筋、支座负筋开孔直径为钢筋直径+6mm,对于腰筋、抗扭钢筋开孔直径为钢筋直径+4mm。当开设长条孔时,长条孔高为钢筋直径+6mm,宽为2倍钢筋直径+22mm。上下层孔口之间净距离为15mm,孔口中心距离梁或柱边为40mm。

4.3梁、板交接节点样板施工及展示要点

钢筋绑扎需满足图纸和规范要求,不得漏绑。板上部钢筋网的交叉点应全数绑扎,底部钢筋网除边缘部分外可间隔交错绑扎。模板支撑架杆件应正确设置。立杆纵向和横向宜设置扫地杆,纵向扫地杆距立杆底部不宜大于200mm,横向扫地杆宜设置在纵向扫地杆的下方;立杆底部宜设置底座或垫板。模板支撑架可调托座螺杆插入钢管内和伸出钢管外长度需满足规范和施工方案要求。模板支架立杆顶端插入可调托座,可调托座螺杆外径不应小于36mm,螺杆插入钢管的长度不应小于150mm,螺杆伸出钢管的长度不应大于300mm,可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度不应大于500mm。对跨度较长的梁板应按图纸和规范要求进行起拱。对跨度不小于4m的梁、板,其模板施工起高度宜为梁、板跨度的1/1000~3/1000。起拱不得减少构件的截面高度。模板安装偏差应符合要求。墙、柱、梁模板安装内部尺寸允许偏差为±5mm,相邻模板表面高差允许偏差为2mm,表面平整度允许偏差为5mm。

4.4弧形墙与圆柱交接节点样板

临空墙、门框墙等人防墙的模板安装,其固定模板的对拉螺栓上严禁采用套管、混凝土预制块等。圆柱与弧形墙交接处侧模采用木模板散拼,在水平方向采用模板制作木卡进行固定。模板未安装对拉螺杆前,板面应向后倾一定角度,对拉螺杆与墙模板应垂直,松紧应一致,墙厚尺寸应正确。当纵向受力钢筋采用绑扎搭接接头时,接头的设置应符合下列规定;接头连接区段的长度1.3倍搭接长度,凡接头中点位于该连接区段长度内的接头均属于同一连接区段;搭接长度可取相互连接两根钢筋中较小直径计算。钢筋接头宜设置在受力较小处;有抗震设防要求的结构中,梁端、柱段箍筋加密区范围内不应设置钢筋接头,且不应进行钢筋搭接。同一纵向受力钢筋不应设置两个或两个以上接头。接头末端至钢筋弯起点的距离,不应小于钢筋直径的10倍。

4.5楼梯样板展示要点

模板支架搭设所采用的钢管、扣件规格、立杆纵距、立杆横距、步距以及构造要求,应符合施工方案要求。楼梯模板采用全封闭式支设楼梯模,其模板采用厚18mm的胶合模板及45mm×90mm的木枋现场放样后配制并使用M14对拉螺杆固定。楼梯梯段板两侧无墙体时,楼梯梯段板的施工缝可留置于第三部台阶;当梯段板两侧有墙体时,楼梯梯段板施工缝可留置于休息平台板的1/3跨处。楼梯梯段阳角位置采用40mm×40mm×3mm角钢作为护角。楼梯相邻踏步高差最大允许偏差为5mm。

5工艺样板制作质量通病

(1)梁墙柱箍筋、拉钩弯钩角度未达到135°,箍筋平直段长度不符合10倍钢筋直径和100mm最大值要求。

(2)墙、柱、梁钢筋骨架中各竖向面钢筋网交叉点未全数绑扎,钢筋绑扎存在漏绑、绑扎不结实现象。

(3)模板拼缝过大,模板平整度和垂直度不符合要求。

(4)钢筋布置起始点位置不符合要求,钢筋间距不符合要求,箍筋、拉钩未按要求进行加密。

(5)施工缝、后浇带处凿毛未能清理表面浮浆,凿毛处混凝土碎屑未清理干净。

(6)已安装好模板内存在未清理杂物、灰屑。钢筋采用机械连接时,钢筋切断口存在马蹄形,套筒外漏套丝扣长度不符合要求。

(7)钢筋锚固长度未达到要求,钢筋采用搭接连接时搭接长度、位置不符合要求。

(8)模板支撑体系中脚手架步距、纵横距、剪刀撑、扫地杆、顶托设置不符合要求,扣件未拧紧。

6结束语

通过BIM技术指导工艺样板的制作,使得管理人员和工人了解各节点的施工方法,但同时在工艺样板的制作过程中也暴露了一些施工质量通病,后期施工时需避免出现,对质量通病可提前预控,将工艺样板中的质量亮点应用于实体工程,有利于项目的进度、质量、成本,是工艺样板制作的意义所在。本项目采用BIM技术进行工艺样板策划、工艺样板检查分析、出具工艺样板三维效果图、工艺样板可视化交底等,通过工艺样板的制作,使项目管理人员与工人在施工前熟悉各节点施工方法,及时解决施工中的难点,以降低工程施工难度,减少施工成本,并在保证工程施工质量的前提下加快施工进度,节约工期,同时也为类似工程提供借鉴。

参考文献

[1]滕岩,王艳艳,李志光,等.装配式混凝土建筑水平构件的深化设计及应用[J].建筑技术,2017,48(10):1085–1087.

[2]黄鹏刚,卢林枫,张顺.带悬臂梁段拼接的异型节点弱轴连接的抗震性能有限元分析[J].建筑技术,2017,48(4):371–374.

[3]梁培新,张会.混凝土装配式节点的精细化模拟与分析[J].建筑技术,2016,47(9):821–825.

[4]王韦,王茂法,徐淑华,等.大跨度拱式管桁架结构卸荷过程中的节点次应力研究[J].建筑技术,2016,47(4):368–370.

作者:武俊;郭利伟;黄奇荣;刘辉辉 单位:中国建筑第二工程局有限公司深圳分公司

环形建筑结构中节点工艺样板制作研究责任编辑:张雨    阅读:人次
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