BIM技术在三跨拱支撑连续钢结构弧形梁施工中的应用

BIM技术在三跨拱支撑连续钢结构弧形梁施工中的应用

金阳  昌茂松  刘恒林  沈强  袁杭 董茹豪

中国建筑第八工程局有限公司  上海市 200000

引言

随着科技的进步和建筑材料的革新，拱形屋顶在现代建筑中得到了更广泛的应用和创新发展，拱形屋顶之所以稳固，得益于其独特的力学结构设计。在建筑学中，拱形结构能够有效地将屋顶的重量分散到两侧，形成一个自然的支撑体系。本文对BIM技术在此类结构施工方法中的关键作用进行阐述，为后续类似结构有良好的借鉴效果，应用前景广阔。

一、在深化设计中的应用

1 模型建立

内环梁为弯扭曲线梁，采用犀牛模型进行曲线梁深化，根据建筑提供的NURBS曲面导入到tekla模型进行合模，检查曲面是否能与现有模型完美契合，然后根据设计图纸区分杆件各区域板厚，实现建筑表皮到三维实体模型的转换。

2 吊装单元分段

曲线梁为封闭的椭圆形闭环箱型构件，深化设计前，应充分考虑运输的方法、现场机械布置和吊重能力、现场条件，划分合理的分段分节，确保现场无需二次拼装。

曲线梁作为首段吊装构件，通过分段将牛腿设置于曲线梁上，后续构件将通过已安装曲线梁作为基础进行安装。

图1 吊装单元划分

二、在施工过程中的应用

1、转换结构设置

曲线梁分段位置需布置临时支撑进行支撑，底部混凝土结构布置复杂，提前将土建revit模型与格构柱布置进行位置拟合分析，根据混凝土结构设计转换结构，保证格构柱基础平整稳固，对转换结构的应力及变形进行施工模拟，确保转换结构受力及变形满足要求。

2、顶部工装设置

根据曲线梁具体分段位置，计算顶部工装高度。临时支撑顶部采用仿形工装，在仿形刀板两端张贴反光片，安装过程中及时进行测量调整，确保仿形刀板的定位准确，安装单元需与顶部工装的钢板进行点焊固定，确保施工过程安全。

3、基础处理措施

曲线梁格构柱底部转换体系预埋件位置需要进行相应回顶，采用工字钢进行回顶。回顶中上位置设置工字钢进行水平连接。上下端设置钢板增大回顶支撑受力面积，回顶支撑安装时，两侧采用千斤顶将支撑顶部钢板与混凝土板底进行顶紧，下端采用贴板或增加短节的方式进行焊接。

4、曲线梁安装

（1）曲线梁重心位置确定

吊装前需对曲线梁进行重心位置模拟，通过tekla软件得出曲线梁安装完成状态的重心，根据现场工况定制钢丝绳长度及吊耳的具体位置。模拟过程中需保证构件起吊后钢丝绳避开曲线梁牛腿。

图2 构件重心位置模拟图

（2）曲线梁姿态调整

曲线梁设置四个吊耳进行四点吊装，其中一处为固定钢丝绳，另外三处为手拉葫芦+钢丝绳+保险绳，分段曲线梁起吊离地后，通过葫芦进行吊装姿态微调，将分段曲线梁各端口离地面高差调整至理论状态后进行起吊。

（3）曲线梁安装固定

曲线梁起吊后，放置与格构柱顶部仿形工装上，提前在CAD进行控制点三维坐标捉取，进行安装测量控制。

5、拱脚安装

（1）铸钢件安装

铸钢件位于劲性钢柱柱头位置，安装前需提前将劲性钢柱柱头及曲线梁牛腿数据复测，根据现场实测进行铸钢件安装，铸钢件底面需与劲性钢柱柱头紧密贴合，并按照工艺评定报告进行焊接。

铸钢件盖板安装前，需在中部螺栓孔位置制作螺栓底托（根据螺栓长度，及斜柱安装情况），保证螺栓不掉落。

（2）斜柱安装

1）吊装前

①在斜柱上下两端设置牵引绳，根据tekla模型模拟各斜柱重心，根据钢丝绳及重心位置焊接吊耳（散发），保证构件起吊姿态为安装就位后状态；

②复核铸钢件上部支座与内环梁节点净距，与斜柱长度进行核对分析。

2）吊装过程

①斜柱吊索具采用钢丝绳配合手拉葫芦，手拉葫芦一端需配置符合要求的钢丝绳作为保险绳，起吊通过手拉葫芦调整斜柱角度，同时拉紧斜柱顶端牵引绳，避免斜柱起吊过程发生摇摆；

②斜柱吊至指定位置后，上端采用连接板进行加固，下端固定于支座上部后，将高强螺栓从支座中拉出（螺栓通过铸钢件盖板底部支托落于支座内部，顶部绑扎钢丝），进行高强螺栓终拧。

三、在施工监测中的应用

1、应力、位移监测点布置

结构计算时采用的有限元模型，由于受模型复杂性和解题规模的限制，在某些力学性能的模拟方面，较难完全准确地反映出结构的受力状况，计算时假定的传力路径也可能与实际的传力路径存在差别，因此有必要对结构的一些关键受力部位进行施工和运行期的监测，跟踪其应力应变的变化，及时发现问题，以保证结构在施工和运行期的安全可靠性。

2、健康监测系统

健康监测系统基于统一平台和数据库管理系统开发，采用Internet技术建立一个三层C/S和B/S混合结构，利用网络作为信息传输平台，将现场自动化数据采集子系统和控制中心有机地链接为一个分布式的整体，同时远程用户可以通过Internet连接到现场自动化采集系统，并通过网络对系统进行控制、配置以及获得系统评估出来的健康状态。

3、监测简报及异常数据响应

监测简报为一周一次，卸载过程增加监测频率（关键施工步至少提交一次施工监测报告，必要时按需调整监测报告提交频次），监测过程中应根据结构应力或变形速率实时调整监测报告提交频次。监测数据达到或超过预警值、结构收到地震、洪水、大风、爆破、交通事故等异常情况需增加监测频率。

监测数据在达到预警值时，监测系统后台可通过短信、微信、邮箱等方式进行报警，通过不同的报警等级为施工各方提供数据支持。

四、结语

综上所述，BIM技术在三跨拱支撑连续钢结构弧形梁施工中的应用，为现场施工解决了三跨拱支撑连续钢结构弧形梁加工、安装精度难以控制的难点，缩短了现场施工工期，降低了施工难度，提高了施工质量，为后续工程施工起到借鉴作用。