霍 軍

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 商丘 476100)

在高層預(yù)制裝配式建筑中,核心筒是重要組成部分,其施工質(zhì)量決定了整個(gè)建筑的穩(wěn)定與安全.該核心筒鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的H型鋼柱定位裝置,可以在BIM技術(shù)的輔助下進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化和工廠預(yù)制,這既能保證鋼構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),方便現(xiàn)場(chǎng)裝配,同時(shí)又能節(jié)約工期.核心筒混凝土澆筑完成,并且養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,這些臨時(shí)定位裝置還能拆卸下來(lái)重復(fù)利用,有助于降低施工成本,符合綠色施工理念.

1 工程概況

某預(yù)制裝配式建筑工程總建筑面積3.77*104m2,共12層,高度38.2 m.地下1層,為地下室與設(shè)備用房,地上11層,屬于預(yù)制集成模塊建筑.地下部分與核心筒均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系.該工程中鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制件數(shù)量較多、種類復(fù)雜,對(duì)各類鋼構(gòu)件的制作精度、安裝質(zhì)量提出了嚴(yán)格要求.為了保質(zhì)保量地完成工程建設(shè)任務(wù),本項(xiàng)目使用了BIM技術(shù).前期,利用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼構(gòu)件的預(yù)制;中期,通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)、施工模擬,在加快施工進(jìn)度和保證施工質(zhì)量等方面發(fā)揮了重要作用.

2 預(yù)制裝配式建筑中BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 基于BIM的構(gòu)件預(yù)制

不同于現(xiàn)澆建筑,預(yù)制裝配式建筑中的很多模塊、構(gòu)件會(huì)在工廠進(jìn)行預(yù)制,然后由汽車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)完成吊裝.本工程中使用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)了裝配式建筑的三維模型,建模過(guò)程如下:啟動(dòng)BIM建模軟件后,從零件庫(kù)中挑選基本零件(長(zhǎng)方體、圓柱體、球體等),對(duì)基本零件進(jìn)行組裝、切割等處理,得到符合設(shè)計(jì)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化PC構(gòu)件模型,并以IFC格式文件保存,然后將這些PC構(gòu)件進(jìn)行拼裝,得到單個(gè)預(yù)制戶型模塊,按照同樣的方式添加連接件,將多個(gè)預(yù)制戶型模塊連接成為一個(gè)整體,即為預(yù)制裝配式建筑模型.檢驗(yàn)建筑模型,通過(guò)驗(yàn)收后即可拆解模型,對(duì)模型中的各個(gè)獨(dú)立構(gòu)件進(jìn)行工廠化預(yù)制[1].基于BIM技術(shù)預(yù)制裝配式建筑的構(gòu)件,能夠保證每一個(gè)構(gòu)件都能得到合理應(yīng)用,避免了構(gòu)件的浪費(fèi),節(jié)約了施工成本.

2.2 基于BIM的施工圖紙深化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑核心筒臨時(shí)定位裝置的安裝施工中,還能發(fā)揮深化設(shè)計(jì)的作用,這樣能最大限度減少設(shè)計(jì)方案中的不合理地方,為后續(xù)臨時(shí)裝置的安裝提供參考,避免出現(xiàn)返工情況.由于BIM技術(shù)具有可視化、所見(jiàn)即所得的特點(diǎn),可以將原來(lái)的二維平面圖紙以三維立體模型的方式呈現(xiàn),使設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的內(nèi)容,以及建筑模型中包含的信息更加直觀地呈現(xiàn).例如,本次工程,使用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)深化后,發(fā)現(xiàn)施工圖中24軸交A軸處的H型鋼柱預(yù)埋鋼板向西偏移了18 mm,導(dǎo)致突出墻體.發(fā)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)缺陷后,技術(shù)人員及時(shí)修改設(shè)計(jì),將H型鋼柱預(yù)埋板向東移動(dòng)18 mm,使其處于墻體內(nèi)部.

2.3 基于BIM的施工模擬與優(yōu)化

基于BIM技術(shù)模擬性的特點(diǎn),可以對(duì)預(yù)制裝配式建筑的整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬,這樣可以幫助施工人員提前了解到預(yù)制件裝配過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題,進(jìn)而提前采取應(yīng)對(duì)措施,對(duì)提高施工效率和保證施工質(zhì)量有良好效果.例如,本工程對(duì)核心筒H型鋼柱的臨時(shí)定位安裝,使用了BIM軟件提供的“碰撞檢測(cè)”功能,對(duì)臨時(shí)定位裝置中各類構(gòu)件的安裝進(jìn)行了仿真,發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)方案中水平鋼筋與U型定位槽鋼存在碰撞.針對(duì)這一問(wèn)題,技術(shù)人員將U型定位槽鋼的位置向上移動(dòng)了5 mm,避免了水平鋼筋與U型定位槽鋼的位置沖突[2].除此之外,BIM軟件還提供了虛擬漫游功能,以第一人稱視角對(duì)構(gòu)建的建筑模型進(jìn)行漫游,有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,為后續(xù)施工管理提供了依據(jù).

3 核心筒H型鋼柱定位裝置安裝施工流程與技術(shù)要點(diǎn)

3.1 工藝原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

H型鋼柱的臨時(shí)定位裝置由上下2大部分構(gòu)成.其中,上部臨時(shí)定位裝置由U型定位槽鋼、斜支撐鋼筋和水平定位鋼筋3類組件;下部臨時(shí)定位裝置則包含了定位耳板、連接板、螺栓3類組件.這6類組件均使用BIM進(jìn)行三維設(shè)計(jì),然后通過(guò)數(shù)控機(jī)床加工,實(shí)現(xiàn)工廠標(biāo)準(zhǔn)化定制.上、下兩節(jié)鋼柱之間分布著8個(gè)定位耳板,并等間距開(kāi)有3個(gè)小孔,如圖1所示.

圖1 定位耳板示意圖

定位耳板每8個(gè)為一組,上節(jié)鋼柱的下端翼緣板和下節(jié)鋼柱的上端翼緣板,分別固定4個(gè).在定位耳板的外側(cè)布置連接板,將高強(qiáng)螺栓插入定位耳板和連接板的預(yù)留孔中進(jìn)行固定.在距離鋼柱端部500 mm處設(shè)置U型定位槽鋼.要求斜支撐鋼筋的上端與U型定位槽鋼齊平,并且要超出樓層頂板標(biāo)高至少10 mm.水平定位鋼筋的長(zhǎng)度為360 mm,位于鋼柱的兩側(cè),并采用螺栓固定的方式連接到U型定位槽鋼的底部,如圖2所示.

圖2 上部定位組件連接示意圖

以上所述的臨時(shí)定位裝置適用于截面高度160 mm和截面寬度200 mm以下的H型鋼柱的臨時(shí)固定,技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):1)整體性好.H型鋼柱下部臨時(shí)定位裝置可以將上鋼柱和下鋼柱連接起來(lái),上部臨時(shí)定位裝置可以將核心筒周圍的H型鋼柱焊接固定,使核心筒的單元型鋼柱成為一個(gè)整體.2)降低成本.H型鋼柱臨時(shí)定位裝置的6類組件均采用BIM建模和工廠定制,產(chǎn)品質(zhì)量好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高,并且支持重復(fù)使用,節(jié)約了施工成本.3)采用了螺栓緊固和焊接固定2種連接方式,提高了H型鋼柱體系的穩(wěn)定性.

3.2 施工準(zhǔn)備

臨時(shí)定位裝置完成預(yù)制后,施工人員按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)核,確保規(guī)格尺寸與設(shè)計(jì)參數(shù)一致.同時(shí),觀察H型鋼柱與臨時(shí)定位裝置在運(yùn)輸過(guò)程中有無(wú)變形,如果有則需要修復(fù)后再安排進(jìn)場(chǎng).將樓面清理干凈,局部凹陷部位找平,根據(jù)施工圖紙?jiān)跇菍用嫔戏啪€定位,確定下層H型鋼柱的軸線.施工中,對(duì)需要用到的手拉葫蘆、鋼絲繩、電焊機(jī)等設(shè)備也要認(rèn)真檢查,保證工況良好.完成上述準(zhǔn)備工作后,做好技術(shù)交底,明確H型鋼柱定位裝置的安裝流程和技術(shù)要點(diǎn),具體流程如圖3所示.

3.3 安裝鋼柱下部臨時(shí)定位組件

如前文所述,下部臨時(shí)定位組件由耳板、連接板和螺栓組成,具體施工方法如下:現(xiàn)場(chǎng)施工人員將每組8塊定位耳板分別放到指定位置,按照“先上后下”的順序進(jìn)行定位耳板的焊接.焊接前,檢查H型鋼柱的翼緣和定位耳板的側(cè)邊是否平整,如果有彎曲或毛刺等情況要進(jìn)行修正,有銹跡或油污的要清理干凈.然后,將4塊定位耳板焊接到H型鋼柱的翼緣上.焊接完畢后做好保溫工作,防止焊接部位溫度下降太快出現(xiàn)淬硬組織或者形成焊接裂縫[3].確認(rèn)焊接質(zhì)量達(dá)標(biāo)后,再繼續(xù)下一步的施工.使用塔吊將H型鋼柱從地面吊升至安裝部位,由現(xiàn)場(chǎng)安裝人員和塔吊操作人員配合完成吊裝,保證H型鋼柱的位置精度達(dá)標(biāo).H型鋼柱吊裝就位后再安裝連接板,對(duì)準(zhǔn)連接板與定位耳板的預(yù)留孔,穿過(guò)六角螺栓并擰緊,將連接板固定在定位耳板上,至此完成鋼柱下部臨時(shí)定位組件的施工任務(wù).最后校正鋼柱軸線,保證鋼柱垂直.

3.4 安裝鋼柱上部臨時(shí)定位組件

鋼柱上部臨時(shí)定位組件由U型定位槽鋼、斜支撐鋼筋和水平定位鋼筋組成,具體施工方法如下:安裝臨時(shí)定位組件前進(jìn)行垂直度校正,將H型鋼柱頂部位置固定后,現(xiàn)場(chǎng)施工人員使用經(jīng)緯儀、鋼尺等測(cè)量工具進(jìn)行垂直度測(cè)量.分別在H型鋼柱的2個(gè)軸線上布置1臺(tái)經(jīng)緯儀,同時(shí)使用手拉葫蘆和鋼絲繩,在H型鋼柱安裝過(guò)程中定期進(jìn)行垂直度測(cè)量,記錄測(cè)量數(shù)據(jù),直到H型鋼柱安裝結(jié)束.在垂直度校正好之后,開(kāi)始安裝邊角鋼柱斜支撐鋼筋.本次工程使用直徑為10 mm的斜支撐鋼筋,將斜支撐鋼筋焊接到2根鋼柱之間,實(shí)現(xiàn)對(duì)邊角鋼柱的臨時(shí)定位.焊接完畢后,檢查焊接質(zhì)量并清除焊渣,然后安裝U型定位槽鋼.核心筒柱群外側(cè)有4塊翼緣板,每塊翼緣板上分別焊接1個(gè)U型定位槽鋼,讓U型定位槽鋼的開(kāi)口垂直向下或向上,保證相鄰位置的U型定位槽鋼開(kāi)口相反,采用焊接方式將兩塊U型定位槽鋼的底部連接在一起.最后安裝水平定位鋼筋,本工程使用直徑為12 mm的水平定位鋼筋,將其布置在中部鋼柱與U型定位槽鋼連接的位置,采用焊接的方式將水平定位鋼筋、中部鋼柱、U型定位槽鋼連接成為整合體,至此完成鋼柱上部臨時(shí)定位組件的安裝[4].

3.5 焊接鋼柱

鋼柱上部和下部的臨時(shí)定位組件安裝完畢后,質(zhì)檢人員對(duì)螺栓連接和焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查,保證施工質(zhì)量達(dá)標(biāo),防止鋼柱發(fā)生偏移.完成檢查后,開(kāi)始進(jìn)行上節(jié)和下節(jié)鋼柱的焊接.在本次工作中,鋼柱焊接采用“V”形坡口橫焊方式,首先在上節(jié)鋼柱的下端、下節(jié)鋼柱的上端進(jìn)行切割,制作出“V”型坡口.使用砂紙或砂輪進(jìn)行坡口打磨,讓坡口表面光滑,邊緣無(wú)毛刺、飛邊.為提高鋼柱焊接施工質(zhì)量,焊接前采取了預(yù)熱措施.此工程使用了比較先進(jìn)的遠(yuǎn)紅外加熱法,對(duì)坡口焊接區(qū)域兩側(cè)40 mm范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱,使溫度達(dá)到150℃-180℃,預(yù)熱時(shí)間為10 min.通過(guò)焊前預(yù)熱,能夠有效避免淬硬組織的出現(xiàn),杜絕焊接裂縫等質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生.在預(yù)熱處理結(jié)束后,對(duì)于H型鋼柱接口使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊.在兩節(jié)鋼柱接頭處的內(nèi)側(cè),加裝一塊襯板,通過(guò)對(duì)稱施焊的方式分層完成接頭坡口的填焊.這種焊接處理能夠有效減少變形,從而提高焊接處的牢固度[5].在現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)時(shí),密切關(guān)注氣象預(yù)報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,若預(yù)報(bào)有雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣,應(yīng)當(dāng)中止施焊.焊接完畢后,繼續(xù)保溫30 min,保溫結(jié)束后對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和質(zhì)量檢測(cè)(使用超聲波探傷,結(jié)果表明,此工程的鋼柱焊接質(zhì)量完好,無(wú)裂縫).

3.6 拆除鋼柱下部臨時(shí)定位組件

完成H型鋼柱的焊接,并且經(jīng)檢查焊縫質(zhì)量達(dá)標(biāo)后,即可松開(kāi)六角螺栓,將連接板取下.每拆卸一層樓H型鋼柱的臨時(shí)定位組件,立即綁扎核心筒相應(yīng)樓層的墻柱鋼筋,利用墻柱鋼筋提供支撐力,保證核心筒鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.如果H型鋼柱上的定位耳板妨礙墻柱鋼筋的綁扎,可以將定位耳板切割.

3.7 安裝核心筒墻板

墻板的安裝與混凝土的澆筑是核心筒施工的關(guān)鍵部分.按照順序完成暗柱鋼筋和剪力墻鋼筋的綁扎后,進(jìn)行核心筒模板的安裝.按照“先柱后墻”的順序?qū)⒑诵耐哺鳂菍拥闹０?、墻模板安裝到位.為了加快施工效率和提高模板質(zhì)量,安裝墻板前需要對(duì)模板進(jìn)行編號(hào),并檢查模板質(zhì)量,確定模板無(wú)變形、翹邊等問(wèn)題,同時(shí)清理模板表面.相鄰2塊模板的側(cè)邊要對(duì)齊,如果縫隙寬度超過(guò)2 mm需要更換模板,對(duì)于分析寬度不足2 mm的可以通過(guò)加塞密封膠條的方式進(jìn)行封堵.將板鋼筋布置在模板的外側(cè),綁扎鋼筋使其發(fā)揮對(duì)模板的固定作用.模板工程施工完畢后,開(kāi)始澆筑混凝土.為了避免墻模過(guò)高混凝土澆筑產(chǎn)生離析情況,增加了串筒,讓混凝土從料斗經(jīng)串筒落入模板內(nèi),既可以防止混凝土離析,又能減小對(duì)模板的側(cè)向壓力,避免出現(xiàn)脹模、漏漿等質(zhì)量問(wèn)題.當(dāng)混凝土高度超過(guò)50 cm后,使用插入式振搗器進(jìn)行振搗,加速混凝土內(nèi)部氣泡的逸出,提高混凝土的密實(shí)度.

3.8 拆除鋼柱上部臨時(shí)定位組件

核心筒混凝土澆筑完畢后,應(yīng)立即開(kāi)始進(jìn)行養(yǎng)護(hù).此工程的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d,養(yǎng)護(hù)期截止后測(cè)量墻板混凝土強(qiáng)度,在測(cè)量值不低于1.2 N/mm2后進(jìn)行模板的拆除作業(yè).拆除模板時(shí),首先將邊角型鋼柱斜支撐鋼筋拆除,由于此處鋼筋采用焊接方式固定,拆除時(shí)使用切割機(jī)直接切割.然后再進(jìn)行U型定位草苷的拆除,拆除期間要做好H型鋼柱的保護(hù)工作,避免切割對(duì)H型鋼柱本體造成破壞.

4 結(jié)語(yǔ)

在建筑施工信息化背景下,BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑中得到了廣泛應(yīng)用.本工程使用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼構(gòu)件的三維建模和工廠預(yù)制,同時(shí)基于BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)深化和碰撞檢測(cè),為核心筒H型鋼柱定位裝置的安裝施工提供了依據(jù).從工程實(shí)踐來(lái)看,該施工技術(shù)不僅對(duì)提升工程質(zhì)量有積極幫助,而且還能發(fā)揮節(jié)約材料、加快進(jìn)度等作用,在預(yù)制裝配式建筑中有良好的應(yīng)用前景.