CN111506952A - 一种利用bim建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，所述的方法包括如下步骤：施工准备→钢结构深化设计及加工制作→临时支撑系统安装→蜂窝钢结构安装→检查验收→临时支撑卸载。本发明一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法通过BIM技术建立三维模型，先于现场施工进行方案模拟，提前发现并解决施工中会遇到的问题；利用计算机仿真技术，根据构件受力变化情况，将倾斜蜂窝结构划分为三个部分，两边构件上下叠加的方式安装，中间构件采用自身结构体系支承以及设置临时可靠支撑的大型倾斜蜂窝结构的安装方法，进行斜拉安装，实现了最大倾斜角度达45°的大吨位异形钢构件的空间安装，辅以结构应力、变形等监测工作以确保卸载安全。

Description

一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程相关技术领域，具体为一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法。

背景技术

钢结构以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产；

本发明的发明人发现，现有技术中的钢结构由于其本身的设计特点，结构简单且使用方式单一，在实际的使用过程中，由于对结构的承载力及稳定性要求不高，不便于利用与倾斜式的钢结构，从而降低了目前对钢结构的多种使用需求；

为此，我们提出了一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，旨在改善现有技术中的钢结构由于其本身的设计特点，结构简单且使用方式单一，在实际的使用过程中，由于对结构的承载力及稳定性要求不高，不便于利用与倾斜式的钢结构，从而降低了目前对钢结构的多种使用需求的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，所述的方法包括如下步骤：施工准备→钢结构深化设计及加工制作→临时支撑系统安装→蜂窝钢结构安装→检查验收→临时支撑卸载；

S1:施工准备

A:技术准备

技术部门认真研究施工技术文件(设计施工图、设计规范、技术要求等资料)，并邀请设计院进行设计技术交底，由技术部门编制《制造工艺方案》、《制造验收要求》、完成施工图转换、焊接工艺评定、火焰切割工艺评定、涂装工艺评定、工艺文件编制、工装设计和质量计划编制等技术准备工作；

B：BIM模型建立

根据设计施工图、设计规范、技术要求等资料在施工过程中运用了BIM技术，并利用设计软件模型的建立；S2:钢结构深化设计及加工制作

A:深化详图设计与工艺、运输及安装方案的结合

因蜂窝钢结构为弯曲弧面结构，主要构件为大型弯扭箱型构件及大型铸钢节点，详图设计时应进行必要的工艺设计，如板件拼接顺序及焊接处理等方面；

详图深化设计还应在构件规格、运输以及最终安装方案的基础上进行，同时，构件运输、安装过程中需要用到的吊耳等辅助零件也应在详图设计阶段就进行了充分的考虑；

B:弯扭构件深化设计

1)弯扭构件三维实体建模

根据构件提供的参数，在设计软件上生成构件的三维实体模型；

2)弯扭构件壁板的展开及其放样图的绘制

根据已建立的弯扭构件三维实体模型，对各个壁板展开并绘制放样图，标注各个控制点的平面与空间坐标，标注所需的各个尺寸数据；

3)弯扭构件及任意三维实体用钢量统计

根据已经建好的三维实体模型软件自动统计用钢量，区分不同的板厚，统计各种厚度板件的用钢量及总用钢量，并给出文本格式的报表；

C:弯扭构件加工制作

1)弯扭壁板的下料及成型

根据深化设计壁板展开图进行钢板的切割下料，在壁板上划出加工成形压制线和箱体组装控制线、成形后的检测基准线；

2)弯扭箱体的组装

①将成形加工好的箱体壁板下翼缘板吊上组装胎架进行定位，箱体壁板应与胎架模板上口紧贴；

②加劲肋安装定位时必须对准壁板上的安装控制线位置，并检查与壁板的安装间隙，焊接时先焊箱体加劲肋的立焊焊缝，后焊平焊焊缝；

③将两块侧板分段吊上下翼缘板进行组装定位，定位时必须注意侧板的相对位置和横隔板的相对位置，同时要保证其之间的坡口间隙，定位后进行侧板的角接焊接，焊后进行局部矫正；

④箱体内部焊接后，进行封板，封板同样必须保证与加劲肋的安装间隙，然后在箱体腹板的外侧面将平行于箱体轴心线的两根水平线驳至箱体外侧壁板上，进行翻身清根后再焊，焊后校正测量；

S3:临时支撑系统安装

根据蜂窝钢结构分块重心位置，在构件下部设置临时支撑，临时支撑支撑截面2.5x2.5m的格构式支撑，临时支撑立管和腹杆采用φ245x10mm及φ159x6mm，设置临时支撑时还要考虑下部土建形式，确保将力通过混凝土梁、柱传递给基础，临时支撑与上部构件之间设置胎架；

S4:蜂窝钢结构安装

A：根据三维模型进行现场定位，在结构中间区域设置临时支撑；

B:在混凝土基础平台上，将多个弧形钢构件及铸钢件安装形成底环梁；

C:根据数值模拟划分区域，找出应力转换的临界点作为起始点，将整个结构分区安装，首先设置临时支撑安装起始铸钢节点；

D：在两侧连系梁叠加区域按由下至上的顺序进行安装，测量定位后焊接固定；

E：设置支撑进行中间区域安装，中间区域先安装中间腹杆，最后安装外围环梁；

F：三个区域最终均与安装起始铸钢节点连接形成整体蜂窝钢结构，安装完成；

S5:检查验收

A：蜂窝结构的杆件应符合设计要求和制作规范的规定,运输、堆放和吊装等造成的钢构件变形及涂层脱落，应进行矫正和修补；

B：蜂窝结构底部节点的底轴线对定位轴线偏移不应大于2.0mm，主受力杆的垂直度允许偏差H/1000，且不应大于10mm；

C：蜂窝结构的杆件对接处的焊口错边量不大于T/10，且不大于2.0mm，同时要求焊缝平滑过渡；

D：蜂窝结构节点对接焊缝的质量等级应符合设计及规范要求；

E：拱蜂窝结构的节点、杆件的中心线和标高基准点等标记应齐全；

S6:临时支撑卸载

A：临时支架拆除过程中由于无法做到绝对同步，支架支撑点卸载先后次序不同，其轴力必然造成增减，应根据设计要求或计算结果，在关键支架支撑点部位，应设置测量观测点，通过位移控制变形，检测支架的轴力变化，确保支架的拆除安全；

B：支撑点卸载采取分级切割的方式进行，构件与胎架模板接触点面进行切割，每次切割8－10mm深度，根据每个卸载点理论下挠值，将切割分为3个等级，如理论下挠30mm，则第一级切割量程10mm，停止切割，让所有卸载点自由释放，并进行全站仪测量；然后进行第二级切割，量程10mm，同第一步释放后观测，最后进行第三级切割，量程10mm；

C：支撑卸载时，在释放过程中应进行跟踪测量结构的变形情况，发现问题应马上停止，并随时对结构进行检查，重复以上操作，直至支架完全不受力；

D：卸载时，应对结构的变形设置变形监测控制点，并将实际变形监测值与理论分析计算值进行对照，并应及时报告。

作为本发明的一个优选方面，S1中所述的B的设计软件采用S-xteel及CAD软件。

作为本发明的一个优选方面，S2所述中C的1)壁板成形加工采用三辊卷板机和油压机进行冷压加工成形，按壁板上的压制成形加工线进行对壁板的成形压制，压制时，应从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量，以免压制过大，以此方法重复进行对壁板的压制，直至达到成形加工要求；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有设计合理且操作简单的特点，本发明一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，所述的方法包括如下步骤：施工准备→钢结构深化设计及加工制作→临时支撑系统安装→蜂窝钢结构安装→检查验收→临时支撑卸载。本发明一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法通过BIM技术建立三维模型，先于现场施工进行方案模拟，提前发现并解决施工中会遇到的问题；利用计算机仿真技术，根据构件受力变化情况，将倾斜蜂窝结构划分为三个部分，两边构件上下叠加的方式安装，中间构件采用自身结构体系支承以及设置临时可靠支撑的大型倾斜蜂窝结构的安装方法，进行斜拉安装，实现了最大倾斜角度达45°的大吨位异形钢构件的空间安装，辅以结构应力、变形等监测工作以确保卸载安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明施工方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明提供一种技术方案：一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，所述的方法包括如下步骤：施工准备→钢结构深化设计及加工制作→临时支撑系统安装→蜂窝钢结构安装→检查验收→临时支撑卸载；

S1:施工准备

A:技术准备

技术部门认真研究施工技术文件(设计施工图、设计规范、技术要求等资料)，并邀请设计院进行设计技术交底，由技术部门编制《制造工艺方案》、《制造验收要求》、完成施工图转换、焊接工艺评定、火焰切割工艺评定、涂装工艺评定、工艺文件编制、工装设计和质量计划编制等技术准备工作；

B：BIM模型建立

根据设计施工图、设计规范、技术要求等资料在施工过程中运用了BIM技术，并利用设计软件模型的建立；S1中所述的B的设计软件采用S-xteel及CAD软件进行模型的建立，提高了蜂窝钢结构可视化、施工协调性、实际模拟性、碰撞检查等方面工作效率；

S2:钢结构深化设计及加工制作

A:深化详图设计与工艺、运输及安装方案的结合

因蜂窝钢结构为弯曲弧面结构，主要构件为大型弯扭箱型构件及大型铸钢节点，详图设计时应进行必要的工艺设计，如板件拼接顺序及焊接处理等方面；

详图深化设计还应在构件规格、运输以及最终安装方案的基础上进行，同时，构件运输、安装过程中需要用到的吊耳等辅助零件也应在详图设计阶段就进行了充分的考虑；

B:弯扭构件深化设计

1)弯扭构件三维实体建模

根据构件提供的参数，在设计软件上生成构件的三维实体模型；

2)弯扭构件壁板的展开及其放样图的绘制

根据已建立的弯扭构件三维实体模型，对各个壁板展开并绘制放样图，标注各个控制点的平面与空间坐标，标注所需的各个尺寸数据；

3)弯扭构件及任意三维实体用钢量统计

根据已经建好的三维实体模型软件自动统计用钢量，区分不同的板厚，统计各种厚度板件的用钢量及总用钢量，并给出文本格式的报表；

C:弯扭构件加工制作

1)弯扭壁板的下料及成型

根据深化设计壁板展开图进行钢板的切割下料，在壁板上划出加工成形压制线和箱体组装控制线、成形后的检测基准线，壁板成形加工采用三辊卷板机和油压机进行冷压加工成形，按壁板上的压制成形加工线进行对壁板的成形压制，压制时，应从一端向另一端逐步进行，并用角度样板进行测量，以免压制过大，以此方法重复进行对壁板的压制，直至达到成形加工要求；

2)弯扭箱体的组装

①将成形加工好的箱体壁板下翼缘板吊上组装胎架进行定位，箱体壁板应与胎架模板上口紧贴，其间隙应控制在1mm以内；

②加劲肋安装定位时必须对准壁板上的安装控制线位置，并检查与壁板的安装间隙，焊接时先焊箱体加劲肋的立焊焊缝，后焊平焊焊缝，焊接采用二氧化碳气保焊进行对称焊接与胎架固定；

③将两块侧板分段吊上下翼缘板进行组装定位，定位时必须注意侧板的相对位置和横隔板的相对位置，同时要保证其之间的坡口间隙，定位后进行侧板的角接焊接，焊后进行局部矫正；

④箱体内部焊接后，进行封板，封板同样必须保证与加劲肋的安装间隙，然后在箱体腹板的外侧面将平行于箱体轴心线的两根水平线驳至箱体外侧壁板上，进行翻身清根后再焊，焊后校正测量；

S3:临时支撑系统安装

根据蜂窝钢结构分块重心位置，在构件下部设置临时支撑，临时支撑支撑截面2.5x2.5m的格构式支撑，临时支撑立管和腹杆采用φ245x10mm及φ159x6mm，设置临时支撑时还要考虑下部土建形式，确保将力通过混凝土梁、柱传递给基础，临时支撑与上部构件之间设置胎架；

S4:蜂窝钢结构安装

A：根据三维模型进行现场定位，在结构中间区域设置临时支撑；

B:在混凝土基础平台上，将多个弧形钢构件及铸钢件安装形成底环梁；

C:根据数值模拟划分区域，找出应力转换的临界点作为起始点，将整个结构分区安装，首先设置临时支撑安装起始铸钢节点；

D：在两侧连系梁叠加区域按由下至上的顺序进行安装，测量定位后焊接固定；

E：设置支撑进行中间区域安装，中间区域先安装中间腹杆，最后安装外围环梁；

F：三个区域最终均与安装起始铸钢节点连接形成整体蜂窝钢结构，安装完成；

S5:检查验收

A：蜂窝结构的杆件应符合设计要求和制作规范的规定,运输、堆放和吊装等造成的钢构件变形及涂层脱落，应进行矫正和修补；

B：蜂窝结构底部节点的底轴线对定位轴线偏移不应大于2.0mm，主受力杆的垂直度允许偏差H/1000，且不应大于10mm；

C：蜂窝结构的杆件对接处的焊口错边量不大于T/10，且不大于2.0mm，同时要求焊缝平滑过渡；

D：蜂窝结构节点对接焊缝的质量等级应符合设计及规范要求；

E：拱蜂窝结构的节点、杆件的中心线和标高基准点等标记应齐全；

S6:临时支撑卸载

A：临时支架拆除过程中由于无法做到绝对同步，支架支撑点卸载先后次序不同，其轴力必然造成增减，应根据设计要求或计算结果，在关键支架支撑点部位，应设置测量观测点，通过位移控制变形，检测支架的轴力变化，确保支架的拆除安全；

B：支撑点卸载采取分级切割的方式进行，构件与胎架模板接触点面进行切割，每次切割8－10mm深度，根据每个卸载点理论下挠值，将切割分为3个等级，如理论下挠30mm，则第一级切割量程10mm，停止切割，让所有卸载点自由释放，并进行全站仪测量；然后进行第二级切割，量程10mm，同第一步释放后观测，最后进行第三级切割，量程10mm；

C：支撑卸载时，在释放过程中应进行跟踪测量结构的变形情况，发现问题应马上停止，并随时对结构进行检查，重复以上操作，直至支架完全不受力；

D：卸载时，应对结构的变形设置变形监测控制点，并将实际变形监测值与理论分析计算值进行对照，并应及时报告。

通过上述设计得到的装置已基本能满足改善现有技术中的钢结构由于其本身的设计特点，结构简单且使用方式单一，在实际的使用过程中，由于对结构的承载力及稳定性要求不高，不便于利用与倾斜式的钢结构，从而降低了目前对钢结构的多种使用需求的问题的使用，但本着进一步完善其功能的宗旨，设计者对该装置进行了进一步的改良。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，所述的方法包括如下步骤：施工准备→钢结构深化设计及加工制作→临时支撑系统安装→蜂窝钢结构安装→检查验收→临时支撑卸载，其特征在于：

S1:施工准备

A:技术准备

技术部门认真研究施工技术文件(设计施工图、设计规范、技术要求等资料)，并邀请设计院进行设计技术交底，由技术部门编制《制造工艺方案》、《制造验收要求》、完成施工图转换、焊接工艺评定、火焰切割工艺评定、涂装工艺评定、工艺文件编制、工装设计和质量计划编制等技术准备工作；

B：BIM模型建立

根据设计施工图、设计规范、技术要求等资料在施工过程中运用了BIM技术，并利用设计软件模型的建立；S2:钢结构深化设计及加工制作；

S2：钢结构深化设计及加工制作

A:深化详图设计与工艺、运输及安装方案的结合

因蜂窝钢结构为弯曲弧面结构，主要构件为大型弯扭箱型构件及大型铸钢节点，详图设计时应进行必要的工艺设计，如板件拼接顺序及焊接处理等方面；

详图深化设计还应在构件规格、运输以及最终安装方案的基础上进行，同时，构件运输、安装过程中需要用到的吊耳等辅助零件也应在详图设计阶段就进行了充分的考虑；

B:弯扭构件深化设计

1)弯扭构件三维实体建模

根据构件提供的参数，在设计软件上生成构件的三维实体模型；

2)弯扭构件壁板的展开及其放样图的绘制

根据已建立的弯扭构件三维实体模型，对各个壁板展开并绘制放样图，标注各个控制点的平面与空间坐标，标注所需的各个尺寸数据；

3)弯扭构件及任意三维实体用钢量统计

根据已经建好的三维实体模型软件自动统计用钢量，区分不同的板厚，统计各种厚度板件的用钢量及总用钢量，并给出文本格式的报表；

C:弯扭构件加工制作

1)弯扭壁板的下料及成型

根据深化设计壁板展开图进行钢板的切割下料，在壁板上划出加工成形压制线和箱体组装控制线、成形后的检测基准线；

2)弯扭箱体的组装

①将成形加工好的箱体壁板下翼缘板吊上组装胎架进行定位，箱体壁板应与胎架模板上口紧贴；

②加劲肋安装定位时必须对准壁板上的安装控制线位置，并检查与壁板的安装间隙，焊接时先焊箱体加劲肋的立焊焊缝，后焊平焊焊缝；

③将两块侧板分段吊上下翼缘板进行组装定位，定位时必须注意侧板的相对位置和横隔板的相对位置，同时要保证其之间的坡口间隙，定位后进行侧板的角接焊接，焊后进行局部矫正；

④箱体内部焊接后，进行封板，封板同样必须保证与加劲肋的安装间隙，然后在箱体腹板的外侧面将平行于箱体轴心线的两根水平线驳至箱体外侧壁板上，进行翻身清根后再焊，焊后校正测量；

S3:临时支撑系统安装

根据蜂窝钢结构分块重心位置，在构件下部设置临时支撑，临时支撑支撑截面2.5x2.5m的格构式支撑，临时支撑立管和腹杆采用φ245x10mm及φ159x6mm，设置临时支撑时还要考虑下部土建形式，确保将力通过混凝土梁、柱传递给基础，临时支撑与上部构件之间设置胎架；

S4:蜂窝钢结构安装

A：根据三维模型进行现场定位，在结构中间区域设置临时支撑；

B:在混凝土基础平台上，将多个弧形钢构件及铸钢件安装形成底环梁；

C:根据数值模拟划分区域，找出应力转换的临界点作为起始点，将整个结构分区安装，首先设置临时支撑安装起始铸钢节点；

D：在两侧连系梁叠加区域按由下至上的顺序进行安装，测量定位后焊接固定；

E：设置支撑进行中间区域安装，中间区域先安装中间腹杆，最后安装外围环梁；

F：三个区域最终均与安装起始铸钢节点连接形成整体蜂窝钢结构，安装完成；

S5:检查验收

A：蜂窝结构的杆件应符合设计要求和制作规范的规定,运输、堆放和吊装等造成的钢构件变形及涂层脱落，应进行矫正和修补；

B：蜂窝结构底部节点的底轴线对定位轴线偏移不应大于2.0mm，主受力杆的垂直度允许偏差H/1000，且不应大于10mm；

C：蜂窝结构的杆件对接处的焊口错边量不大于T/10，且不大于2.0mm，同时要求焊缝平滑过渡；

D：蜂窝结构节点对接焊缝的质量等级应符合设计及规范要求；

E：拱蜂窝结构的节点、杆件的中心线和标高基准点等标记应齐全；

S6:临时支撑卸载

A：临时支架拆除过程中由于无法做到绝对同步，支架支撑点卸载先后次序不同，其轴力必然造成增减，应根据设计要求或计算结果，在关键支架支撑点部位，应设置测量观测点，通过位移控制变形，检测支架的轴力变化，确保支架的拆除安全；

B：支撑点卸载采取分级切割的方式进行，构件与胎架模板接触点面进行切割，每次切割8－10mm深度，根据每个卸载点理论下挠值，将切割分为3个等级，如理论下挠30mm，则第一级切割量程10mm，停止切割，让所有卸载点自由释放，并进行全站仪测量；然后进行第二级切割，量程10mm，同第一步释放后观测，最后进行第三级切割，量程10mm；

C：支撑卸载时，在释放过程中应进行跟踪测量结构的变形情况，发现问题应马上停止，并随时对结构进行检查，重复以上操作，直至支架完全不受力；

D：卸载时，应对结构的变形设置变形监测控制点，并将实际变形监测值与理论分析计算值进行对照，并应及时报告。

2.根据权利要求1所述的一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，其特征在于，S1中所述的B的设计软件采用S-xteel及CAD软件。

3.根据权利要求2所述的一种利用BIM建模桩基础指导的蜂窝钢结构施工方法，其特征在于，S2所述中C的1)壁板成形加工采用三辊卷板机和油压机进行冷压加工成形。

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