CN104866659A - 基于bim的钢结构整体吊装方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于BIM的钢结构整体吊装方法，通过使用BIM软件计算构件挠度，确定单个桁架的起拱度，验算施工过程中构件挠度将其与预起拱度进行比较，对比施工完毕加载后的挠度与设计控制挠度要求；使用MIDAS有限元分析插件通过在桁架上弦杆与斜腹杆交叉处和每个桁架设置吊点，对吊耳进行设计计算，分析结构关键节点的位移；在场馆模型中对钢桁架整体，以及钢管及钢索进行手动或自动布局，对钢结构的钢桁架整体分析，通过BIM软件计算整体结构各节点的预应力；最后使用BIM模型虚拟添入施工现场环境、道路，完成全过程施工模拟演示，确定每榀钢桁架的安装时间与占用施工道路的情况，预计工程完成时间。本发明解决了场地有限的施工问题，减少了施工成本，缩短了施工工期。

Description

基于BIM的钢结构整体吊装方法

技术领域

本发明适用于大型预应力及非预应力钢桁架悬挑结构整体安装施工。

背景技术

随着科学技术的不断发展，钢结构的造型及结构形式越来越复杂，这给钢结构设计和施工带来了新的挑战。如以“鸟巢”、“水立方”为代表的奥运场馆，以及国家大剧院、央视新台址、广州电视塔、法门寺舍利塔等有影响的钢结构项目，不仅在设计上有所创新和发展，同时在钢结构安装技术方面也取得了新的成就。许多成熟、先进的工艺方法已陆续成为工法，为钢结构行业发展起到了促进作用。由于市场原因，钢结构安装事故及违章现象时有发生，造成了不必要的经济损失和社会影响。为了进一步提高钢结构施工总体水平，促进行业发展，钢结构施工除加强施工现场管理外，还应在施工组织设计、方案、技术措施等方面进行研究总结;大力推广新技术、新工艺;针对工程特点，选择先进、可靠、经济的施工方案。

现在许多建筑位于城市中，在成熟商业圈内、临近马路，结构复杂，对施工要求高，需要做到绿色环保、施工简单、节约工期时间，这样就造成许多问题无法兼顾。

发明内容

本发明采用整体吊装方法，在施工中节约了场地的占用，显著减少了施工成本，缩短了施工工期；利用BIM (Building Information Model) 技术对施工的各个环节进行详细模拟，减少施工中的误差，提高施工的精确性和安全性，并将各部门有效联系，提高施工的管理效率；根据BIM模型虚拟添入施工现场环境与道路，从而模拟施工过程。进行了施工全过程模拟分析，确定了每榀钢桁架的安装时间与占用施工道路的情况； 基于BIM技术，模拟预应力张拉过程中产生的结构位移。在模拟张拉过程中，确保结构支座布置及约束情况与设计模型相符，避免由于索张拉造成结构支座发生较大偏移；利用BIM技术解决了深化设计、制作、运输以及施工方案模拟验证、复杂节点验算、预应力验算等多方面问题，提高了工程质量和效率，降低了成本，减少浪费及返工，并节省了大量资源，克服了施工中的诸多不利因素，把钢结构工程的实施真正做到了高效、可控，达到了项目管理的精细化要求，为以后更加复杂的工程中运用BIM技术奠定了基础。

使用BIM软件计算构件挠度，确定单个桁架的起拱度，验算施工过程中构件挠度将其与预起拱度进行比较，对比施工完毕加载后的挠度与设计控制挠度要求；使用MIDAS有限元分析插件通过在桁架上弦杆与斜腹杆交叉处和每个桁架设置吊点，对吊耳进行设计计算，分析结构关键节点的位移；在场馆模型中对钢桁架整体，以及钢管及钢索进行手动或自动布局，对钢结构的钢桁架整体分析，通过BIM软件计算整体结构各节点的预应力；最后使用BIM模型虚拟添入施工现场环境、道路，完成全过程施工模拟演示，确定每榀钢桁架的安装时间与占用施工道路的情况，预计工程完成时间。

所述BIM场馆模型包括对机电BIM模型、幕墙BIM模型、建筑BIM模型的布局。

所述的结构预应力是对整个张拉过程中，对结构关键节点进行了模拟。在计算模型中，对预应力钢索的关键节点和钢桁架的对应节点建立了刚性连接，预应力索关键节点位移与对应钢桁架节点位移相同，对比设计及规范要求。

所述的每榀桁架吊耳数量不低于两个。

所述的场馆模型进行碰撞检查，查看安装中各节点是否有操作空间，查看预应力管是否与高强螺栓、焊缝等处于同一位置，查看预应力管主要应力点在钢桁架上的相对位置，确保预应力能合理传递。

利用BIM软件根据土建的施工顺序及节点工期的要求，模拟钢桁架安装与预应力施加的三维图形，分析顺序为：第一阶段，钢骨柱、钢骨梁，第二阶段钢框架，第三阶段预应力钢桁架，第四阶段悬挂结构，钢桁架预应力的张拉。

所述的钢桁架安装与预应力施加通过BIM对三维模型动态分析，其顺序如下：钢骨结构，钢框架，悬臂预应力钢桁架，悬挂结构，预应力穿索，楼承板铺设，砼浇筑，第一次预应力的张拉，第二次预应力的张拉，屋面楼承板，屋面砼浇筑，屋面整体预应力。

附图说明

图1：单榀带吊耳的桁架模型结构示意图。

图2：单榀钢桁架布索示意图。

图3：整体钢结构模型结构示意图。

图4：钢桁架起拱度的示意图。

图5：整体钢结构钢索竖向部分位移示意图。

图6：钢桁架安装与预应力施加施工吊装顺序的流程图。

钢柱11、预应力管12、焊接钢13、固定块14、钢桁架梁15、吊绳20、吊耳21。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

使用BIM软件计算构件挠度，确定单个桁架的起拱度，验算施工过程中构件挠度将其与预起拱度进行比较，对比施工完毕加载后的挠度与设计控制挠度要求；使用MIDAS有限元分析插件通过在桁架上弦杆与斜腹杆交叉处和每个桁架设置吊点，对吊耳进行设计计算，分析结构关键节点的位移；在场馆模型中对钢桁架整体，以及钢管及钢索进行手动或自动布局，对钢结构的钢桁架整体分析，通过BIM软件计算整体结构各节点的预应力；最后使用BIM模型虚拟添入施工现场环境、道路，完成全过程施工模拟演示，确定每榀钢桁架的安装时间与占用施工道路的情况，预计工程完成时间。

图1为一种单榀带吊耳的桁架模型结构示意图，结构包括钢柱11、预应力管12、焊接钢13、固定块14、钢桁架梁15、吊绳20、吊耳21，固定块14和钢桁架梁15为一体，固定块14在钢桁架梁15侧面，固定块14与与钢柱11通过铆钉结构连接，吊耳21在钢桁架梁15上方，吊绳20一端通过锁扣结构连接吊耳21，另一端连接起重机，钢桁架梁15内部设有预应力管，每榀桁架吊耳数量不低于两个。

    设置吊装状态，设定吊车的参数，考虑设备规格尺寸、重量及现场实际情况等多种因素，主吊吊车选用一台履带吊，溜尾翻身吊车选用汽车吊进行吊装作业，设置钢桁架梁15重量。选择吊耳21位置，悬挑梁的各型件，特别是挂点附近型件的轴力不超过允许值，吊索与水平线夹角不宜小于50度。记吊耳21坐标（a0，b0）和吊绳20顶端（a1，b1）的受力大小，设置预应力管12和焊接钢13参数，计算固定块14的受力大小，BIM软件模拟单榀桁架的起拱度图4为钢桁架起拱度40的示意图。

图2为单榀钢桁架布索示意图，以下为一种参数值的设定，设置固定端31坐标（X1，Y1，Z1），节点32坐标（x2，y2，z2），节点33坐标（x3，y3，z3），节点34坐标（x4，y4，z4），节点35坐标（x5，y5，z5）为受力点，张拉端36坐标（x6，y6，z6）为施力点。固定端31作为约束点，张拉端36设置拉力，设置钢索的材料参数，利用BIM技术模拟预应力张拉过程中各节点的产生的受力情况和结构位移尺寸。

整个张拉过程中，对结构关键节点进行了模拟。在计算模型中，对预应力钢索的关键节点和钢桁架的对应节点建立了刚性连接，预应力索关键节点位移与对应钢桁架节点位移相同。确保结构支座布置及约束情况与设计模型相符，避免由于索张拉造成结构支座发生较大偏移。

图3为整体钢结构模型结构示意图，下面介绍一种钢结构整体吊装的具体实施内容。

进行吊装验算：①吊耳抗拉强度验算。②临时支座螺栓连接节点验算。③桁架施工验算，施工承载力及稳定性验算。

设置地基参数：按照基础施工规范及相关的地基质量检验标准进行吊车下方地基处理。根据吊重和履带吊自身重量，对吊车站位及行走处进行硬化和找平处理。地基处理方法如下：①采用换填法进行地基处理，回填材料为毛石、素土和碎石；②用挖掘机将所需处理区域和深度的土挖出，对基槽（坑）验槽，消除松土或将局部软土层挖出，用石块进行铺垫，碎石或素土找平压实，以加固稳定层达到规定要求；③进行地基硬化处理后的静载沉降试验，按规定的地耐力要求（14t/m²压力进行试验）进行载荷试验，地基表层按每100平方米取一点进行试验与监测；监测点按要求加载后，以24小时后下沉不超过10mm为基准，确认合格后方可投入使用；④地基处理对地下管保护；地下管顶标高在开挖深度以下时，开挖至管顶，周边挖宽300mm并填砂，管顶部填细砂至开挖基坑底标高，上部按地基硬化要求处理。

验算施工过程中构件挠度将其与预起拱度进行比较，对比施工完毕加载后的挠度与设计控制挠度要求，在场馆模型中对钢桁架整体，以及钢管及钢索进行手动或自动布局，对钢结构的钢桁架整体分析。

图3为布局后的一种整体钢结构模型结构示意图，图中单榀桁架1为整个钢结构吊装其中的一个桁架。

图5为整体钢结构钢索竖向部分位移示意图，通过BIM模拟钢索52和节点51的结构位移，调整个整体钢结构的桁架的布局，满足设计规范。

利用BIM软件根据土建的施工顺序及节点工期的要求，模拟钢桁架安装与预应力施加的三维图形，分析顺序为：第一阶段，钢骨柱、钢骨梁，第二阶段钢框架，第三阶段预应力钢桁架，第四阶段悬挂结构，钢桁架预应力的张拉。

图6为一种钢桁架安装与预应力施加施工吊装顺序的流程，具体顺序如下：钢骨结构，钢框架，悬臂预应力钢桁架，悬挂结构，预应力穿索，楼承板铺设，砼浇筑，第一次预应力的张拉，第二次预应力的张拉，屋面楼承板，屋面砼浇筑，屋面整体预应力。

BIM场馆模型包括对机电BIM模型、幕墙BIM模型、建筑BIM模型的布局。最后使用BIM模型虚拟添入施工现场环境、道路，完成全过程施工模拟演示，确定每榀钢桁架的安装时间与占用施工道路的情况，预计工程完成时间。

Claims (7)

1.基于BIM的钢结构整体吊装方法，其特征在于：使用BIM软件计算构件挠度，确定单个桁架的起拱度，验算施工过程中构件挠度将其与预起拱度进行比较，对比施工完毕加载后的挠度与设计控制挠度要求；使用MIDAS有限元分析插件通过在桁架上弦杆与斜腹杆交叉处和每个桁架设置吊点，对吊耳进行设计计算，分析结构关键节点的位移；在场馆模型中对钢桁架整体，以及钢管及钢索进行手动或自动布局，对钢结构的钢桁架整体分析，通过BIM软件计算整体结构各节点的预应力；最后使用BIM模型虚拟添入施工现场环境、道路，完成全过程施工模拟演示，确定每榀钢桁架的安装时间与占用施工道路的情况，预计工程完成时间。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的钢结构整体吊装方法，其特征在于：所述BIM场馆模型包括对机电BIM模型、幕墙BIM模型、建筑BIM模型的布局。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的钢结构整体吊装方法，其特征在于：所述的结构预应力是对整个张拉过程中，对结构关键节点进行了模拟，在计算模型中，对预应力钢索的关键节点和钢桁架的对应节点建立了刚性连接，预应力索关键节点位移与对应钢桁架节点位移相同，对比设计及规范要求。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的钢结构整体吊装方法，其特征在于，所述的每榀桁架吊耳数量不低于两个。

5.根据权利要求2所述的场馆模型，其特征在于：所述的场馆模型进行碰撞检查查看安装中各节点是否有操作空间，查看预应力管是否与高强螺栓、焊缝等处于同一位置，查看预应力管主要应力点在钢桁架上的相对位置，确保预应力能合理传递。

6.利用BIM软件根据土建的施工顺序及节点工期的要求，模拟钢桁架安装与预应力施加的三维图形，分析顺序为：第一阶段，钢骨柱、钢骨梁，第二阶段钢框架，第三阶段预应力钢桁架，第四阶段悬挂结构，钢桁架预应力的张拉。

7.根据权利要求6所述的钢桁架安装与预应力施加，其特征在于：所述的钢桁架安装与预应力施加通过BIM对三维模型动态分析，其顺序如下：钢骨结构，钢框架，悬臂预应力钢桁架，悬挂结构，预应力穿索，楼承板铺设，砼浇筑，第一次预应力的张拉，第二次预应力的张拉，屋面楼承板，屋面砼浇筑，屋面整体预应力。