随着社会进步以及国民经济的发展, 高层及超高层建筑已逐渐普遍呈现, 钢管混凝土柱由于其理想的受力性能和良好的经济效益, 已经越来越多地用于高层和超高层建筑。但作为钢管混凝土柱中重要的梁柱节点, 已由过去相对单一的钢梁与钢管混凝土柱连接或钢筋混凝土环梁及混凝土梁与钢管混凝土柱连接的形式演变为一个钢管混凝土柱节点, 既有钢筋混凝土梁和环梁连接, 同时又有钢梁穿心连接, 其受力和构造复杂, 是一种新型的受力体系。但圆管柱劲性环梁节点的工程应用案例较少, 很多技术都处在发展阶段。

结合兰州·名城广场项目4号塔楼, 地上12~21层劲性环梁, 采用1∶1模型模拟施工和工程实际施工, 将该节点复杂的工艺和工序从时间和空间上进行优化, 降低施工难度, 提高工效, 合理安全而经济地解决了圆管柱劲性环梁复杂节点构造的施工难题。

兰州·名城广场工程地上由4栋塔楼及裙楼组成, 总建筑面积为583 993.77m², 地上451 401.18m², 地下132 592.59m², 最高塔楼结构高度为249.65m, 地上60层 (见图1) 。其中4号塔楼12~21层存在圆管柱劲性环梁节点, 劲性环梁节点复杂, 钢筋绑扎困难, 鉴于此, 采用BIM技术和现场1∶1实体模拟施工, 最终研究、总结并克服了此困难。

1) 圆管柱直径较小 (ф900mm) , 钢筋直径大 (ф25) , 且钢筋密度大, 钢筋绑扎困难。

2) 圆管柱节点部位存在牛腿, 环梁钢筋无法直接安装。

3) 圆管柱外侧存在内环板, 环梁箍筋无法安装。

4) 环梁钢筋穿牛腿, 因环梁直径小, 钢筋直径大, 穿孔困难。

5) 环梁钢筋绑扎空间狭小, 施工难度大。

因BIM技术具有模拟性及可视化特点, 利用已有的CAD结构模型和Tekla Structures系列软件先进行钢构件模型搭建, 实现钢构件3D实体建模, 给予形象而直观的认知, 其次在钢构件模型基础上进行钢筋模型搭建, 然后分析劲性节点及交叉关系, 对其进行调整并优化 (见图2) 。

现场按1∶1制作实体模型, 进行实体模拟施工, 将信息空间化转化成实体操作, 把复杂的工艺和工序从时间和空间上进行优化, 提前发现实际施工问题, 避免因构件大量加工、制作后, 现场无法施工, 而影响工期, 造成成本损失。同时, 降低施工难度, 提高工效 (见图3) 。

进行钢筋翻样, 并将环梁主筋制作为2个半圆, 半圆端部采用单面焊焊接连接。

钢筋安装时, 将所有环梁主筋一次性安装完成后, 导致箍筋无法安装, 搭接焊无法施焊, 模拟施工失败 (见图4) 。

考虑钢筋受力完整性及减少焊接量, 将牛腿上部钢筋翻样、下料为整圆, 端部采用直螺纹连接, 其他钢筋翻样、下料为2个半圆, 端部采用单面焊接连接。外圈箍筋深化为封闭箍, 上部小箍筋深化为2个U形箍。

第2次模拟施工, 考虑钢筋受力完整性及减少焊接量, 将牛腿上部钢筋翻样、下料为整圆, 端部采用直螺纹连接, 其他钢筋翻样、下料为2个半圆, 端部采用单面焊接连接。外圈箍筋深化为封闭箍, 上部小箍筋深化为U形, 焊接连接, 钢筋绑扎时, 依次按照上述顺序施工, 最终成功绑扎完成 (见图5) 。

劲性环梁钢筋绑扎流程如图6所示。

由于钢柱深化时长度为一层一节及高出同层板面1.3m, 牛腿上部钢筋下料为整圆, 端部采用直螺纹套筒连接, 将整个圆环从钢柱上面套下。

此节点箍筋分为外侧封闭箍筋和环板上部小封闭箍筋, 此时先安装外侧封闭箍筋, 将全部箍筋挂在上部钢筋上, 推到梁两侧。

环梁底部钢筋及中间钢筋下料为2个半圆, 采用单面焊接连接, 同时施工时确保钢筋随安装随焊接, 避免钢筋全部安装完成后, 由于钢筋较密、空间较小而无法施焊。

环梁全部主筋安装、焊接完成, 并验收合格后, 将牛腿两侧的箍筋按照图纸间距复位, 调整后先不与环梁主筋绑扎, 方便后续钢筋绑扎。

环板上部小箍筋由于紧贴钢柱且为封闭箍, 下料为2个U形, 先安装大U形箍筋, 再安装环板上部内侧环梁钢筋, 将钢筋套入U形箍筋内, 最后将小U形箍筋套在上面, 与大U形箍筋焊接为封闭箍筋。

此时将外侧箍筋绑扎固定, 同时安装拉钩, 拉钩深化为:一端为弯钩, 一端为直角, 方便拉钩安装, 最后绑扎完成。环梁钢筋安装完成验收。

环梁钢筋绑扎完成后, 安装与环梁相连接的梁钢筋。劲性环梁钢筋绑扎流程如图7所示。

待钢筋验收合格后, 进行环梁侧模安装, 环梁侧模为定做的圆形模板, 保证环梁圆度, 并加固浇筑混凝土。

本工程利用已有的CAD结构模型和BIM技术的模拟性及可视化特点, 用Tekla Structures系列软件先进行3D实体建模, 并模拟施工, 同时利用1∶1实体模型, 将信息化转化为空间化进行实体模拟施工, 提前发现问题、解决问题、节点优化, 减少错误, 避免了现场施工时再发现问题, 而造成返工、耽误工期等。

兰州·名城广场项目劲性环梁模拟、优化施工工艺的使用, 不仅缩短工期、节省劳动力、节省机械设备使用、降低成本和保证质量、提高安全系数, 同时合理的施工顺序也提高了过程控制的精确度, 提高安装效率。

本工程为甘肃首个4栋超高层综合体项目, 且目前国内圆管柱劲性环梁工程应用案例较少, 很多技术都处在发展阶段。本工程劲性环梁钢筋绑扎是工程重难点之一, 也是主要的科研课题之一, 能很好指导劲性环梁钢筋绑扎施工, 解决施工过程中遇到的施工难题, 对今后类似工程的施工提供宝贵的经验参考。