中建八局装饰工程有限公司上海200000
摘要：本文基于“长江新苑二期项目幕墙工程”，通过对tekla及sinoCAM等软件充分应用，以高层及超高层钢结构建筑为研究对象，从厂内制作到现场安装，过程中采用三维建模防碰撞实验、标准化杆件加工、新的制孔工艺、定位限位安装工艺及高效吊装方法等措施，充分体现装配优势，提高高层及超高层钢结构建筑施工效率。
关键词：高层；钢结构；BIM技术；标准化杆件；一钩多吊；高效
1概述
随着国内社会经济的持续发展，及国家在装配式技术领域的大力推广应用，钢结构建筑以其高效、节能、环保等优势将成为未来房屋建筑的发展趋势，尤其是多高层钢结构建筑，它与传统砖混结构及钢筋混凝土框架结构相似，在使用功能、设计、综合经济效益等方面较低层建筑具有明显的优势。因钢材的可塑性较强，许多高层钢结构设计变得新颖多样，越来越多的异形整体节点、构件在结构中得以实施应用；同时也对相关的建筑施工企业就建设工程质量、施工速度和技术工艺要求等方面提出了考验；为满足这一日益提升的标准和要求，我单位结合以往施工经验，利用BIM技术相关软件对长江新苑二期幕墙工程钢结构工程进行立体模型建立、防碰撞检查、结构节点优化和施工工况模拟等，展开对高层钢结构建筑三维多向整体异型构件的精确加工制造和狭小空间快速安装定位施工技术研究，以期总结出一套科学合理的高层建筑钢结构技术性指导文件，为后续同类项目的顺利实施提供有效的借鉴。
2课题研究的主要内容及方法
2.1主要研究内容
①研究构件单元焊接反变形胎架及空间立体可调节式箱型立柱定位胎架，以保证箱型柱三维多向整体式节点的定位精度；同时研究此构件的组装顺序、焊接顺序、焊接工艺及边沿加工工艺，以保证构件加工的几何尺寸，形成流水化施工作业，克服异形变截面钢立柱精确加工制作的难题。②研究H型、箱型及整体式三维空间构件孔孔间、孔群间钻制的方法及工艺，保证制孔的精度，便于安装顺利进行。③研究箱型立柱高空快速安装固定及快速精确定位的测量技术，以提高立柱安装效率。④研究H型及箱型纵横梁的安装顺序及方法，以实现“一钩多吊”的施工工况，保证纵横梁的安装进度。⑤研究钢构件安装与二次结构及装饰装修工程的同步实施，科学合理的组织施工，尽可能避免交叉作业，实现“作业不断，空间占满”的工作局面，以保证整体工期进度要求。⑥研究一种快速高效的楼层板综合施工方法，减少下部支撑体系的结构材料用量，以节省施工成本，同时提高楼层板的施工效率，缩短施工时间。
2.2研究方法
①采用tekla及sinoCAM软件对箱型柱三维多向整体式节点进行立体建模及精确定位出图，利用模型对构件的组装顺序、焊缝的形式、等级要求进行分析研究，计算出焊接热输出量，从而设置相匹配的构件焊接反变形胎具及空间节点板定位胎具，以满足本工程中此类构件的快速定位及精确制作。②采用三维数控钻床、平面数控钻床、侧面钻床等数控设备和整体模板+空心钻新旧结合的制孔工艺，确保本工程中所用构件孔孔间、孔群间的几何尺寸精度，以满足设计及规范要求，保证安装顺利进行。③采用BIM技术相关软件，对整栋钢结构高层建筑进行实体模型的建立，得到每根构件的精确定位理论尺寸；同时工厂采用立柱2+1匹配法和纵横梁平面试拼法进行出厂前预拼装，试拼合格后在节点处设置临时连接固定措施，确保安装顺利就位；安装过程中采用免棱红外测量仪器和红外轴线测量仪器进行同步精确定位，以保证变截面立柱的安装速度及精度。④根据起重设备的配置情况，结合构件的自重及安装区域，研制一种连续的吊装胎架，采用就近“一钩多吊”的施工工艺，以提高纵横梁的安装效率。⑤通过BIM软件同步工况模型的建立，科学安排施工作业面，采用“分层分区”的施工原则，尽量避免工序间、上下层间交叉作业，使各工序间穿插同步进行，以提高整体施工进度。⑥通过在原设计纵横梁间设置小型横撑杆件，同时结合采用一种新型桁架式楼层板结构，以规避下部支撑体系的设置，减少上部钢筋网片的施工量，同时保证楼层板下表面平整光滑；节省施工成本，提高楼层板的施工效率，缩短施工时间。
3主要研究成果
3.1加工制作
通过tekla及sinoCAM等软件的应用，对箱型柱三维多向整体式节点进行立体建模及精确定位出图，明确了构件的组装顺序、焊接工艺，制作过程中设计出一种构件焊接反变形胎具及空间节点板定位胎具，使钢构件加工形成标准较多，如果分块进行组拼，能形成变截面坡度变化，但会造成焊缝重叠，如何进行变截面位置壁板的下料、拼接保证设计及规范要求。⑤长江新苑二期幕墙工程结构设计中，楼板采用脚手架支护体系上铺木模进行施工，但是甲方要求的工期太短，同时传统支护体系需要进行地面平整、夯实，铺设竹胶板，进行剪力撑受力计算，搭设脚手架及木模，在其上进行楼板钢筋绑扎，效率低下，如何保证：楼板施工效率满足工期要求。⑥长江新苑二期幕墙工程钢柱根据荷载不同采用变截面柱，根据变截面次数将钢立柱分五段，共计240根钢立柱分段，因地区加工能力等因素造成扭转、变形、垂直度不达标等现象，影响安装，如何保证：现场异形变截面钢立柱安装效率。
3.1.1钢结构模型建立
利用Tekla软件，通过创建轴线、搭建钢结构模型，软件转换出AutoCAD详图，sinoCAM软件进行材料排版，进行工艺加工。3.1.2标准化杆件加工①柱的制作工装。异形变截面钢立柱加工前，厂内设置加工平台、定位工装、以及矫正工装，更好的保证异形变截面钢立柱加工质量，减少变形扭转，更快捷的进行缺陷修正。②梁的制作工装。定位胎架由平台基础、刚性平台和匹配模板及定位顽板四部分组成。匹配模板采取平面数控钻床进行制孔，然后根据钢梁的组装放样尺寸固定于刚性平台上；顽板主要加强钢梁组装过程的稳定。模板和顽板均有顶丝固定控制，可以进行微调，保证实现不同截面的H型钢结构梁的装配。③反变形胎具。在钢立柱制作过程中，通过对CO2气体保护焊和埋弧自动焊设备的综合改进，施焊中修改焊接电流、焊接电压、焊接速度，并采用与之相匹配的焊丝、焊剂，实现了细丝埋弧自动焊，克服了CO2气体保护焊不易操作、焊缝成型差、工作效率低，埋弧焊受作业条件限制的焊接难题，便于人工移动，消除对焊接轨道的依赖，提高了焊缝质量和生产效率。
3.2制孔
研究出一种结合先进数控制孔设备和整体模板+空心钻的新旧结合制孔工艺方法，一定程度上规避了高精度构件制孔作业对大型数控制孔设备的依赖，克服了我单位精密钢结构构件加工设备的缺陷，确保本工程中所用构件孔孔间、孔群间的几何尺寸精度。
3.3异形变截面钢立柱安装
通过BIM技术相关软件的应用，对整栋钢结构高层建筑进行实体建模、漫游及碰撞检查，得到每根构件的精确定位理论尺寸；采用立柱2+1匹配法和纵横梁平面试拼法在节点处设置临时连接固定装置，确保安装顺利就位。
3.4现场梁的安装
梁安装过程中采用一种连续的吊装方法，采用就近“一钩多吊”的施工工艺，提高了纵横梁的安装效率。①吊装前对梁的型号、长度、截面尺寸、标高进行检查。装上安全扶手和扶手绳（就位后栓在两端柱上）。②吊装用时主梁一次吊一根，两点绑扎起吊。次梁和小梁可采用多头吊索依次吊装数根，以充分发挥吊机的起重能力。同一节点位置的次梁吊装时如下图，采用就近一钩多吊技术，本工程中单钩的吊装重量最大不得超过5t，在起吊前将要吊装的次梁提前码放整齐，施工人员将每根构件单独系好挂钩绳索、各构件间整体临时固结，配置风缆，整体起吊到待安装位置，一一安装，节省了逐次吊装的时间，加快了安装效率。
3.5分层分区施工
项目实施过程中通过同步工况模型的建立，科学安排施工作业面，采用“分层分区”的施工原则，尽量避免工序间、上下层间交叉作业，使各工序间穿插同步进行，提高了整体施工进度。
3.6钢筋桁架楼承板施工
项目施工过程中采用一种新型桁架式楼板结构，以规避下部支撑体系的设置，减少上部钢筋网片的施工量，同时保证楼板下表面平整光滑。将楼板中的钢筋在工厂采用进口设备加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌钢板在工厂焊接成一体的组合模板。该模板系统是将混凝土楼板中的钢筋与施工模板组合为一体，组成一个在施工阶段能够承受湿混凝土自重及施工荷载的承重构件，并且该构件在施工阶段可作为钢梁的侧向支撑使用。在使用阶段，钢筋桁架与混凝土共同工作，承受使用荷载。在施工现场，可以将钢筋桁架楼承板直接铺设在钢梁上，然后进行简单的钢筋工程，便可浇筑混凝土。
4研究结论
①采用标准化杆件加工工装及工艺，提高了钢构件的加工质量，减少了返工，加快了制作的效率，减少了现场对接安装修改的工程量，间接加快了现场安装施工效率。②经过制孔工艺的变化，提高了制孔精度，减少了现场孔群修改的工作量，间接的缩短了总体施工工期10天，间接加快了现场安装施工效率。③经过限位板工装及吊装安装工艺的研究，异形变截面钢立柱的吊装安装速率由原来的7根/每天提高到20根/每天，缩短了总体施工工期。④采用就近一钩多吊的吊装方法，次梁的吊装安装速率由原来的20根/每天提高到60根/每天，吊装时间由原来的23天缩短11天，缩短了整体施工工期。⑤按照此种分层分区施工方法，保证了空间交叉施工时的安全，同时间接的为土建施工工序提前开工提供了安全作业条件，间接缩短了整体施工工期8天。⑥此种楼板施工方法，规避了下部脚手架支护体系，同时缩小了70%的楼板钢筋绑扎量，高空作业时间短，安全系数提高，与传统工艺的方法的每5天能完成1层楼板浇筑相比，这种方法每2天可以完成1层楼板浇筑，使施工工期缩短60%，提高了整体施工效率。
参考文献
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[2]王斌.谈高层建筑装配式钢结构关键施工技术[J].居舍,2018(23):79+261.