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1、异型钢结构精益建造施工工法1、前言西区为EPC总承包项目，项目位于前海合作区11单元02街坊，东临梦工场一期，西临梦海大道，北临前海大道，南临地铁九号线梦海站C出口及城市支路。项目总用地面积9687.711f,总建筑面积20198.1511f内有两栋科研办公建筑，分别为1号楼、2号楼，层高均为6层，2号楼一层地下停车库。本工程地上部分为钢结构形式，楼板为钢筋桁架楼承板，2号楼地下为钢混结构，1号楼钢桁架铝板幕墙。主体用钢量约为2600t,钢梁、钢柱截面形式为十字型、箱型、H型等。合同工期为360日历天，于2020年6月28日竣工。项目定位高，凝聚国际一流的创业资源，为创业者们提供优质的资源和服
2、务，打造具有国际影响力的创新创业中心，打造前海片区的地标性建筑。本项目位于前海片区，安全监管单位多，要求严格，对项目安全管理提出更高要求。2、总体思路本工程为EPC承包模式，要求统筹全专业设计、施工，将其他专业产生的问题反推到主体钢结构设计上，且外立面造型奇特，悬挑结构多，空间异形外幕墙设计、施工难度大。本项目位于前海片区，安全监管单位多，要求严格，对项目安全管理提出更高要求。针对EPC模式全专业设计施工钢结构建造中的诸多难题，本次课题在BIM技术、异形钢结构、工业化防护等三个方面分别进行了研究。（1）本工程为EPC承包模式，要求设计、施工全过程、全专业BlM应用，BIM模型随设计同步生成，实
3、时反馈设计问题。在不同阶段运用BIM技术，全过程指导施工。设计阶段：查找图纸错漏碰缺、建立健全追踪反馈机制。效果图审查设计意图，完善设计方案。完善图纸精度。空间复杂造型建造模拟，提出设计方案。图纸深化、做精做细、扫除设计交叉盲点，节点动画、施工顺序动画等三维技术交底，减少项目难点。复杂节点可视化交底、现场追踪。运营维护阶段借助从设计到施工阶段的完整三维信息模型，推行运维阶段BlM技术应用。（2）本工程钢柱自筏板基础开始设立，地下一层柱形式为型钢混凝土柱，地下室顶板、梁钢筋需锚入梁柱核心区，由于型钢混凝土柱周围混凝土厚度仅150mm,梁板钢筋不能全部弯锚进型钢混凝土柱内，需要增加搭筋板进行焊接，
4、经统计，地下室共有20根型钢混凝土柱，钢柱与梁钢筋连接数量达到1350根，单柱最大梁钢筋数量达到124根，焊接量巨大，而且梁上部及下部钢筋均为2排，主筋间距仅20mm,箍筋、板筋错综复杂，在窄间隙条件下无法进行施工，难以保证梁柱核心区的连接质量。经过设计和研究，在型钢混凝土柱核心区采用柱帽（环梁）的形式，保证水平向钢筋弯锚在柱帽内，同时设置搭筋板，将搭筋板（牛腿）加工纳入钢结构深化设计，并与主体钢结构一同加工制作、安装，使梁钢筋最外侧钢筋进行焊接。通过设计软件SAP2000计算环梁的配筋要求，通过abaqus进行有限元分析。在箱型钢柱四个面分别焊接4块规格为325*200*15的抗剪件，在梁柱
5、核心区沿柱高焊接抗剪环筋，用来抵抗核心区剪力。（3）1号楼双层幕墙是本工程设计、施工的重难点，也是工程外立面的亮点。外立面80%以上被穿孔铝板幕墙覆盖，局部镂空。可以说是1号楼整体造型特点的集中释放之处，本工程的外幕墙为钢结构作为桁架，穿孔铝板采用的是3.Omm铝单板，穿孔铝板三角单元拼接部位预留暗藏灯槽；各三角形板块之间有一定的空间夹角，整个穿孔铝板外立面呈现高低起伏的效果，钢桁架交点的定位直接影响整个外立面的效果。研究组根据铝板单元构造使用dynamo编辑建模脚本程序，将施工图点位坐标汇总到EXCeI中，导入revit,一键生成外幕墙模型。结合工程外立面效果，使用BlM对外幕墙与内幕墙、结
6、构碰撞部位、外幕墙转角衔接部位进行调整、补充未定义节点坐标，反向导出各立面独立坐标结果。以外幕墙模型及坐标点为基础开展钢桁架深化设计及加工，生成构件安装布置图及加工图，安装过程中使用全站仪复核控制节点坐标。幕墙钢骨架施工完成后，使用钢筋头布设灯槽交汇控制点，使用全站仪复测点位坐标，并记录成列表，导入revit,二次建模。采用虚拟样板与实体样板相结合，在1栋选取具有代表性的多元化的局部幕墙钢骨架,对模型导出的空间坐标点准确性进行验证，为后续大面积施工提供依据。（4）本项目2号楼主体为钢框架结构，外围钢结构喷涂、幕墙施工提前插入，由于该部位为施工道路，不能做落地式脚手架，故在地下室土方回填前在三层
7、设置悬挑层搭设悬挑外脚手架。按照常规做法，悬挑工字钢通过预埋U形圆钢压环固定于楼板上，将会大面积干涉室内精装修、机电安装以及外幕墙工作面，造成大面积甩项。结合项目情况，通过研究，工字钢锚固与钢梁侧面，安装标高位置控制在层间玻璃范围以内，工字钢平面排布避开玻璃幕墙竖向龙骨，避免影响幕墙横向龙骨及楼层玻璃安装，同时做到不占用室内精装位置。连墙件选择预埋扁铁外拉内顶式连墙件，避免在幕墙施工过程中连墙件与幕墙冲突而提前破坏连墙体系，并根据风荷载计算选定预埋扁铁规格型号。上拉钢丝绳张紧前后悬挑工字钢的受力形式发生改变，分前后两次对架体进行受力分析计算，以保证整体施工安全性，特别是锚固节点位置需征求设计院
8、结构专业复核意见；将悬挑工字钢、吊环纳入主体钢结构深化设计，一体化加工、吊装。（5）本工程位于前海核心区，安全监查严格，且地上部分为钢框架形式，施工顺序与混凝土结构有所不同，楼承板需滞后钢柱及钢梁厂2层安装，因此,存在上下交叉作业，与常规的安全防护措施不同，钢结构防护需根据机械吊装顺序、人员操作动线进行平面及立面的防护措施。为解决钢结构防护难题，项目组从钢结构的每个工序进行模拟安装，利用钢结构模型找出安全隐患，同时设计防护器具的可靠性和便捷性，在工厂进行加工,最大限度确保工程的安全有序安装。3、工艺原理I）BlM管理技术的应用发展情况：BlM作为基于可视化建筑信息模型的信息集成和管理技术，在各
9、工程项目运用普遍，梦工场西区工程采用EPC招标模式、总建筑师审核制及深港合作等新型工程建设模式，全过程、全专业辅助设计、指导施工，通过模型进行纠错，可视化交底等具有新颖性。2）箱型钢柱与混凝土梁核心区窄间隙钢筋连接技术发展情况：该技术在全国范围内有较多应用，本项目通过设计进行有限元分析，优化了核心区构造，增加抗剪件及抗剪环筋，保证了节点的安全可靠性。3）外幕墙异形钢桁架空间施工技术发展情况：带灯槽空间异形铝板幕墙造型奇异独特，穿孔铝板三角单元拼接部位预留暗藏灯槽；各三角形板块之间有一定的空间夹角，整个穿孔铝板外立面呈现高低起伏的效果。本技术创新使用dynamo插件的自编程功能，实现设计到施工的
10、有效衔接，实现异形钢桁架交点的空间三维交汇，该技术在国内尚为首例，无可参照设计、施工经验。4）基于主体钢结构的上拉式悬挑外架施工技术发展情况：短肢上拉形式的悬挑工字钢在普通土建项目有所应用，本项目基于主体钢结构形式，将工字钢固定在钢梁侧面，同时优化连墙件形式，最大限度减少了悬挑脚手架对装修的干涉,在EPC项目中实现多专业穿插作业，工字钢及配件在工厂与钢梁一同加工制造,该技术在国内处于领先水平。5）、钢结构工业化综合防护技术发展情况：常规做法钢结构防护是在现场进行加工制作，受制于现场施工工艺及水平，往往成品质量不佳，本技术将将防护措施纳入钢结构深化设计，并在工厂一体化加工，提高安全性、可靠性。4
11、、施工工艺流程4.1.BlM管理技术的应用钢结构深化设计过程中，考虑施工便利性、工程可造性，如钢斜梁焊缝位置优化；同时将安全防护措施纳入到钢结构深化设计中，如生命线挂耳、水平兜网挂钩、钢爬梯连接形式、悬挑外架工字钢设置；将Iekla三维模型导出并插入到REVIT模型之中，重点检视节点部位与室内精装、幕墙、机电专业的碰撞。使用tekla构建钢结构三维模型，根据现场场地、塔吊调运能力等条件开展深化设计，导出构件深化设计加工图、1：1钢结构原材下料；生成构件清单，过程实时把控钢结构工程量。1号楼结构revit模型2号楼结构revit模型4.2、箱型钢柱与混凝土梁核心区窄间隙钢筋连接技术1）设计优化：
12、箱型钢柱典型截面尺寸为450*450*40*40,型钢混凝土柱尺寸为770*770,柱帽环梁尺寸为500*（梁高+50）。柱帽环梁宽度500,梁钢筋规格为C25,混凝士强度为C35,梁上部纵筋和下部纵筋采用弯锚形式锚入环梁内。由于梁钢筋较少，具备操作空间，部分型钢混凝土柱未采用柱帽形式，使用牛腿（搭筋板）的形式进行焊接。2）梁柱核心区设计及有限元分析:通过设计软件SAP2000计算环梁的配筋要求，通过abaqus进行有限元分析。在箱型钢柱四个面分别焊接4块规格为325*200*15的抗剪件，在梁柱核心区沿柱高焊接抗剪环筋，用来抵抗核心区剪力。4.3、 外幕墙异形钢桁架空间施工技术1）钢桁架深化
13、设计根据铝板单元构造使用dynam。编辑建模脚本程序，将施工图点位坐标汇总到EXCeI中，导入revit,一键生成外幕墙模型。结合工程外立面效果，使用BIM对外幕墙与内幕墙、结构碰撞部位、外幕墙转角衔接部位进行调整、补充未定义节点坐标，反导各立面独立坐标结果。:mu:vag:IM:u.$” x:210sT”nsks:。3S1UMR M黑窑界然浮琵黑温=eu悭 zluLSu3ggg3luulou31u31:315sl vMJJO2sloulouo,rOnlo22Jyu:3 XaEaaa 2空2:工”MMs工 黑松盘is场黑黑琵Sgg黑黑C-M黑然黑 工白？281:2388: 3: Vlu3oMu
14、mal4o2,ti:; x424lsou3l2lululMMao:1?” MMSM2M 然空维Ml器 M 2空膛空间交汇点自定义三维坐标表1号楼外幕墙空间交汇点以外幕墙模型及坐标点为基础开展钢桁架深化设计及加工，生成构件安装布置图及加工图，将牛腿位置优化为圆钢管设置在层间位，减少对室内的干涉，内外幕墙可穿插施工。外幕墙钢桁架牛腿模型定位内外双层幕墙干涉分析2) BlM辅助下料以灯槽交汇处作为控制点，使用钢筋头布设，使用全站仪复测点位坐标，并记录成列表，导入revit,二次建模。根据模型导出定位坐标现场钢桁架定位施工图3)样板验证施工前采用虚拟样板与实体样板相结合，选取具有代表性的多元化的局部幕
15、墙钢骨架，对模型导出的空间坐标点准确性进行验证，为后续大面积施工提供依据。幕墙独立单元虚拟样板幕墙独立单元实体样板4)分S安装从模型导出的三维空间节点坐标反馈到加工厂，确定钢龙骨与圆钢管连接的角度、高差，分棉进行制作，运至现场整体吊装，与焊接在钢梁上的支座螺栓连接通过全站仪进行校正微调，有效提高安装容错率。4.4、 基于主体钢结构的上拉式悬挑外架施工技术2号楼主体为钢框架结构，外围钢结构喷涂、幕墙施工提前插入，由于该部位为施工道路，不能做落地式脚手架，故在地下室土方回填前在三层设置悬挑层搭设悬挑外脚手架。按照常规做法，悬挑工字钢通过预埋U形圆钢压环固定于楼板上，将会大面积干涉室内精装修、机电安
16、装以及外幕墙工作面，造成大面积甩项。1)上拉式悬挑工字钢设计工字钢锚固与钢梁侧面，悬挑外架搭设最大高度为18.2m,悬挑长度为1.45m,经验算,选用18#工字钢,工字钢端部设1550MPa(6X19+1)15.5的光面钢丝绳与上层钢梁拉结。2）连墙件设计连墙件采用预埋L形扁铁形式，扁铁尺寸为3mm厚40宽，在扁铁尾部钻孔，通过两个十字扣件与连墙钢管拉结，钢管端部顶至结构反坎侧面，另一端与内外排立杆拉结，整体形成软拉硬顶的连墙体系。连墙件位于幕墙层间位，先进行大面玻璃安装，层间位玻璃尺寸较小，可随外架拆除时安装。3）悬挑工字钢一体化设计施工使用Tekla钢结构模型导出构件加工图及安装平面图，整
17、体实现工厂加工、现场吊装。在地面上将悬挑工字钢螺栓连接于结构梁上，悬挑钢梁随结构钢梁同步吊装，减少高空作业工作量，更有利于资源调配。后期卸下高强螺栓即可拆除悬挑工字钢，相比传统悬挑外架穿墙拆除更为安全。悬挑工字钢模型图工字钢连接大样图悬挑工字钢安装效果4.5、钢结构工业化综合防护技术1）钢爬梯设计登高挂梯用于钢柱吊装、校正过程中施工人员登高之用。钢爬梯吊耳使用IOmm厚钢板切割而成，吊耳利用吊篮自重及卡口与钢梁锁固，吊耳上设限位钢板，与D型吊耳螺栓连接，将钢爬梯吊杆锁死；每副挂梯应设置不少于两道支撑，挂梯与钢柱之间的间距不宜小于200mm,为防止晃动，支撑处使用软绳与钢柱捆绑。钢爬梯骨架部分使
18、用12圆钢焊接制作，经过计算可以承受100KG工人登高使用。钢爬梯安装立面图吊耳连接大样挂梯横搭2）防坠水平网设计由于楼板滞后于钢框架施工，需对空洞部位使用防坠水平网进行防护，为避免防坠网对楼板安装的影响，采用下挂式防坠水平网，水平网挂钩设置在钢梁下翼板上侧，挂钩间距不大于O.75m,在钢梁出厂前按要求设置，水平网张拉紧，以保证安全性。3）双道安全绳设计人员在钢梁上行走时需设置双道安全绳，在钢柱上预先使用8mm圆钢焊接挂耳，安全绳与挂钩使用M8的OO型花篮螺栓进行连接，安全绳采用A6涂塑钢丝绳，钢丝绳两端分别用3个Dr=9mm的绳卡固定。当梁长大于8米时在中部增加1.2米高A48钢管立柱。钢管
19、立杆及底部夹具挂梯横搭花篮螺栓5、操作要点5.1、 BlM管理技术的应用在EPC模式下全专业、全过程服务设计、指导施工，提高钢结构与其他专业的融合。BIM管理技术的应用发展情况：BIM作为基于可视化建筑信息模型的信息集成和管理技术，在各工程项目运用普遍，梦工场西区工程采用EPC招标模式、总建筑师审核制及深港合作等新型工程建设模式，全过程、全专业辅助设计、指导施工，通过模型进行纠错，可视化交底等具有新颖性。5.2、 箱型钢柱与混凝土梁核心区窄间隙钢筋连接技术解决钢结构与混凝土结构交界处处理的难题，优化梁柱核心区钢筋连接方式,大大节约了工期，降低成本，通过设计进行有限元分析，优化了核心区构造，增加
20、抗剪件及抗剪环筋，保证了节点的安全可靠性。箱型钢柱与混凝土梁核心区窄间隙钢筋连接技术发展情况：该技术在全国范围内有较多应用，本项目通过设计进行有限元分析，优化了核心区构造，增加抗剪件及抗剪环筋，保证了节点的安全可靠性。5.3、 外幕墙异形钢桁架空间施工技术创新使用dynamo插件的自编程功能，导入和导出数据，实现图纸数据、节点构造、外幕墙钢结构深化设计、钢结构安装、灯槽下料安装、铝板下料安装的数据连续性，保证构件之间有效衔接，实现异形钢桁架交点的空间三维交汇，使用BlM虚拟样板与现场实体样板相结合,用BIM模型验证设计方案的理论可行性，用实体样板验证设计方案的实际可操作性。外幕墙异形钢桁架空间
21、施工技术发展情况：带灯槽空间异形铝板幕墙造型奇异独特，穿孔铝板三角单元拼接部位预留暗藏灯槽；各三角形板块之间有一定的空间夹角，整个穿孔铝板外立面呈现高低起伏的效果。本技术创新使用dynamo插件的自编程功能，实现设计到施工的有效衔接，实现异形钢桁架交点的空间三维交汇，该技术在国内尚为首例，无可参照设计、施工经验。5.4、 基于主体钢结构的上拉式悬挑外架施工技术将工字钢排布避开幕墙竖向龙骨固定于主体钢结构梁的侧面，由窗户位改为层间位，不占用室内空间，减少幕墙甩项；改变连墙件拉结形式，避免因连墙件与幕墙玻璃冲突造成后期大范围连墙件拆改，影响架体安全；将悬挑工字钢纳入主体钢结构深化设计，在工厂进行一
22、体化加工。基于主体钢结构的上拉式悬挑外架施工技术发展情况：短肢上拉形式的悬挑工字钢在普通土建项目有所应用，本项目基于主体钢结构形式，将工字钢固定在钢梁侧面，同时优化连墙件形式，最大限度减少了悬挑脚手架对装修的干涉，在EPC项目中实现多专业穿插作业，工字钢及配件在工厂与钢梁一同加工制造，该技术在国内处于领先水平。5.5、 钢结构工业化综合防护技术将防护措施纳入钢结构深化设计，并在工厂一体化加工，提高安全性、可靠性。钢结构工业化综合防护技术发展情况：常规做法钢结构防护是在现场进行加工制作，受制于现场施工工艺及水平，往往成品质量不佳，本技术将将防护措施纳入钢结构深化设计，并在工厂一体化加工，提高安全性、可靠性。
