CN115405109B - 一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，采用组装合成建造法进行大型公共建筑的施工，使得装配式施工占整个施工过程中的极大比例，利用装配式施工的优点降低整个施工周期，既降低了场地占用以及施工人员需求，也避免了因客观因素限制施工方案的实施，极大的提升了施工效率，缩短施工周期，降低施工成本。

Description

一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工方法技术领域，具体涉及一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法。

背景技术

随着建筑施工技术的进步，装配式建筑也蓬勃发展日趋成熟，但是装配式建筑的主要应用方向还是民用建筑或者小型厂房，而且采用的装配式施工多是主体结构采用装配式施工，待主体结构全部施工完成后再进行装饰装修施工。虽然采用的装配式施工，但是装配式施工在整个施工过程中占比较小，集成化程度较低，现场还是有大量的构件与配件的安装工作，并且需要大量的二次施工，导致施工效率仍然较低。

现在也有部分建筑采用模块化施工，即模块化集成建筑，但是主要的应用对象还是建造形式相对固定或者结构相对规则的建筑。例如现实中采用组装合成建造法的建筑多为居民楼、宿舍或者医疗设施，但是上述建筑的单个模块均较小且结构较为规则统一。现在也有大型建筑采用模块化施工，但是由于集成装配结构在大尺寸上的拼接难度极大，因此大型建筑仍然采用的是主体结构模块化组合，主体结构拼装完成后再进行集成化施工，整个施工过程中装配式施工比例仍不大，仍然存在施工时间长的问题。而且由于大型公共建筑存在结构特异性高、尺寸较大、结构复杂等问题，现在没有大型公共建筑采用组装合成建造法进行施工。本发明提供一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，采用组装合成建造法进行大型公共建筑的施工。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，包括以下步骤：

S1，模块划分：从施工现场由后往前采用倒推的方式进行模块划分，将建筑分割成总段模块；

S2，施工准备：根据总段模块的尺寸、同时承载模块数量、模块拼装位置、交通条件和模块转运条件确定模块集成场地的参数，然后进行集成场地的建设；

S3，模块钢结构组装：先进行钢结构施工形成钢结构模块，按照临时支撑施工、主钢结构施工、次钢结构施工和屋面次钢结构施工的顺序进行；钢结构施工时，在钢结构上分类设置支撑点；

S4，模块集成装配施工：钢结构模块施工完成后，在集成场地按照楼层土建结构施工、屋面围护施工、幕墙围护施工、机电系统施工和吊顶系统施工的顺序进行施工，形成总段模块；

S5，模块转运：利用自行式模块车将施工完的总段模块整体进行支撑装载，然后将自行式模块车和总段模块整体转移至运输船上进行滚装运输，最后下船通过自行式模块车转运至拼装施工现场；

S6，模块拼装：总段模块运输至拼装施工现场后，通过自行式模块车运输至安装区域，先进行总段模块的提升施工和滑移施工；

S7，模块嵌补：对总段模块之间进行嵌补施工，嵌补施工完成后进行落位卸载施工，卸载至永久结构上；

S8，施工完成：逐次进行总段模块的拼装施工，直至整个建筑施工完成。

进一步地，步骤S1中，模块划分时，按照均分的方式进行划分，并在总段模块之间预留嵌补区域。

进一步地，步骤S3中，支撑点包括：组装临时支撑点、车运支撑点、海运支撑点、拼装临时支撑点、提升吊点、滑移支撑点、卸载反顶支撑点和永久支撑点。

进一步地，步骤S3中，组装临时支撑点用于钢结构组装和集成装配施工时临时支撑，车运支撑点用于自行式模块车运输过程中的临时支撑，海运支撑点用于海运运输过程中的临时支撑，拼装临时支撑点用于总段模块拼装时的临时支撑，永久支撑点用于总段模块的永久支撑。

进一步地，步骤S6中，总段模块进行提升施工时，采用提升托架和/或提升模块两种操作方式。

进一步地，步骤S7中，总段模块进行落位卸载施工步骤时，卸载前，总段模块通过临时支撑点进行支撑，卸载后，总段模块通过永久支撑点进行支撑。

进一步地，步骤S7中，总段模块进行落位卸载施工步骤时，先进行嵌补区域的钢结构施工，然后使用位于嵌补区域的钢结构上的永久支撑点进行支撑，最后再进行嵌补区域的集成装配施工。

进一步地，步骤S7中，嵌补段施工时，先进行钢结构嵌补区域嵌补杆件的模拟分析，再进行嵌补施工；

嵌补杆件的模拟分析的操作步骤如下：

S71，在总段模块之间的嵌补区域增设进行嵌补杆件，然后将嵌补杆件进行虚拟化成为虚化嵌补杆件，使其只具有刚性；

S72，在具有虚化嵌补杆件的情况下进行总段模块的滑移施工，获取施工操作中总段模块上与嵌补杆件相连接的钢结构杆件的位移变形；

S73，钢结构杆件继承S72中的位移变形，对嵌补杆件进行真实化后进行嵌补施工，得到真实化嵌补杆件在嵌补施工过程中的位移变形，进而模拟出实际嵌补施工中嵌补杆件的位移变形。

进一步地，步骤S3、S4、S6、S7的施工过程中，均采用3D扫描对施工完的结构进行扫描，并生成实体模型用于下一工序的施工，同时利用实体模型进行预拼装。

进一步地，施工全过程采用仿真分析，根据构件安装顺序、荷载加载顺序以及边界约束变化情况确定实际施工步骤；根据施工步骤分析恒载工况下对结构内力进行分析，并对薄弱区域进行加固；模拟支撑结构与主体结构连接的边界条件及支撑刚度，获取与实际施工相近的内力和变形分布。

本发明有益效果如下：

采用组装合成建造法进行大型公共建筑的施工，使得装配式施工占整个施工工序的极大比例，既降低了场地占用以及施工人员需求，也避免了因客观因素限制施工方案的实施，极大的提升了施工效率，缩短施工周期，降低施工成本。

附图说明

图1为本发明的施工步骤流程示意图；

图2为本发明的部分结构的模块划分示意图；

图3为本发明的钢结构模块的部分支撑点分布示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，包括以下步骤：

S1，模块划分：从施工现场由后往前采用倒推的方式进行模块划分，将建筑分割成总段模块；

S2，施工准备：根据总段模块的尺寸、同时承载模块数量、模块拼装位置、交通条件和模块转运条件确定模块集成场地的参数，然后进行集成场地的建设；

S3，模块钢结构组装：先进行钢结构施工形成钢结构模块，按照临时支撑施工、主钢结构施工、次钢结构施工和屋面次钢结构施工的顺序进行；钢结构施工时，在钢结构上分类设置支撑点；

S4，模块集成装配施工：钢结构模块施工完成后，在集成场地按照楼层土建结构施工、屋面围护施工、幕墙围护施工、机电系统施工和吊顶系统施工的顺序进行施工，形成总段模块；

S5，模块转运：利用自行式模块车将施工完的总段模块整体进行支撑装载，然后将自行式模块车和总段模块整体转移至运输船上进行滚装运输，最后下船通过自行式模块车转运至拼装施工现场；

S6，模块拼装：总段模块运输至拼装施工现场后，通过自行式模块车运输至安装区域，先进行总段模块的提升施工和滑移施工；

S7，模块嵌补：对总段模块之间进行嵌补施工，嵌补施工完成后进行落位卸载施工，卸载至永久结构上；

S8，施工完成：逐次进行总段模块的拼装施工，直至整个建筑施工完成。

本发明所应用的建筑结构的屋盖面积超过6万平方米，并且屋盖形状特异性高，相对于一般的规则形状的模块，对接位置拼接困难，同时由于公共建筑多为上重下轻的结构形式，且单个模块自重最大达到660吨，导致采用组装合成法施工时，保证施工稳定性和安全性较为困难，尤其是钢结构内的屋面系统、水暖、机电、室内装修等结构的对接施工极其困难，上述构造的变形尺度大，对接精度差，相较于钢结构的对接施工，技术难度更大；但是全模块化施工具有占用场地小、施工人员少、施工周期短以及施工效率高的优点，本发明采用的施工方法保证了模块拼装时的精度，克服了一般模块化施工时误差大、精度差和频繁返工的缺陷。

如图2所示，进一步地，步骤S1中，模块划分时，按照均分的方式进行划分，使得各个模块之间的尺寸、重量差距较小，针对模块施工时的配套措施能够重复使用，并在总段模块之间预留嵌补区域。

进一步地，步骤S2中，集成场地包括拼装场地和转运场地，拼装场地面积根据模块尺寸、施工周期和同时拼装模块的数量确定，转运场地面积根据模块尺寸、拼装位置、转运条件和转运路线确定。

如图3所示，进一步地，步骤S3中，支撑点包括：组装临时支撑点、车运支撑点、海运支撑点、拼装临时支撑点、提升吊点、滑移支撑点、卸载反顶支撑点和永久支撑点。

如图3所示，进一步地，步骤S3中，组装临时支撑点用于在临时拼装场地进行钢结构组装和集成装配施工时对钢结构的临时支撑，采用拼装胎架进行支撑，车运支撑点用于自行式模块车对总段模块进行运输时整个转运过程中的临时支撑，海运支撑点用于海运运输过程中的临时支撑，并与车运支撑点配合一同起到支撑作用，拼装临时支撑点用于总段模块在建筑位置进行拼装时的临时支撑，提升吊点用作总段模块从自行式模块车上提升时的吊点，滑移支撑点用于总段模块滑移就位时的临时支撑、卸载反顶支撑点用于总段模块滑移到建筑位置后，下落与柱结构连接时的临时支撑，永久支撑点用于总段模块在建筑位置的永久支撑。

本发明采用多类不同的支撑体系，包括支撑点和支撑结构，在不同施工步骤下对钢结构模块或总段模块进行支撑，满足了钢结构组装、集成装配施工、运输需求和现场安装需求，保证结构的安全稳定、施工操作稳定性、拼装精度，并且能够降低临时结构的材料成本。

进一步地，本发明应用的实际项目建筑位置临水，由于总段模块尺寸及自重极大，因此采用海运的运输方式，将组装好的总段模块采用自行式模块车配合滚装上船海运的方式进行运输。

进一步地，步骤S6中，总段模块进行提升施工时，采用提升托架和/或提升模块两种操作方式。

进一步地，采用提升托架对总段模块进行提升施工时，总段模块运输至提升区域后，将总段模块从自行式模块车上转载至提升托架上，利用设置于塔架顶部的穿心式千斤顶提升提升托架，将模块提升至滑移梁上，然后把托架与滑移梁对接后滑移至设计位置。采用提升模块对总段模块进行提升施工时，总段模块运输至提升区域后，将总段模块直接与设置在提升架上的穿心式千斤顶下锚连接，提升总段模块至滑移标高，提升架连同总段模块一起滑移，然后将总段模块与滑靴连接，然后利用模块滑靴将总段模块滑移到设计位置。

进一步地，步骤S7中，总段模块进行落位卸载施工步骤时，卸载前，总段模块通过临时支撑点进行支撑，卸载后，总段模块通过永久支撑点进行支撑。

进一步地，步骤S7中，总段模块进行落位卸载施工步骤时，先进行嵌补区域的钢结构施工，然后使用位于嵌补区域的钢结构上的永久支撑点进行支撑，最后再进行嵌补区域的集成装配施工。

进一步地，步骤S7中，嵌补段施工时，先进行钢结构嵌补区域嵌补杆件的模拟分析，再进行嵌补施工；

嵌补杆件的模拟分析的操作步骤如下：

S71，在总段模块之间的嵌补区域增设进行嵌补杆件，然后将嵌补杆件进行虚拟化成为虚化嵌补杆件，使其只具有刚性；

S72，在具有虚化嵌补杆件的情况下进行总段模块的滑移施工，获取施工操作中总段模块上与嵌补杆件相连接的钢结构杆件的位移变形；

S73，钢结构杆件继承S72中的位移变形，对嵌补杆件进行真实化后进行嵌补施工，得到真实化嵌补杆件在嵌补施工过程中的位移变形，进而模拟出实际嵌补施工中嵌补杆件的位移变形。

仿真分析在进行嵌补施工时，仿真分析无法解决嵌补区域两端产生的水平或竖向变形，进而导致对应节点的对位出现问题，进而导致仿真模拟与实际施工情况不一致，本发明在仿真分析中通过先把嵌补杆件与两侧模块进行连结，同时对嵌补杆件进行刚度、质量的双重弱化，以真实模拟嵌补前整体结构的刚度、质量状态，但通过保留其几何位形信息，使嵌补杆件和两端模块相连节点可以协同变形，而后再赋予嵌补杆件以真实的刚度及质量，真实模拟实际嵌补过程得到杆件的几何位形，消除因前面施工造成的位移对后嵌补杆件产生安装残余应力和多余扰度变形，避免杆件分析误差失真，准确模拟了嵌补施工过程，保证仿真模拟与实际施工情况更加一致，进而使得采取的具体措施更加符合实际情况，能够满足实际施工需求并解决实际施工中的问题。

进一步地，步骤S3、S4、S6、S7的施工过程中，均采用3D扫描对施工完的结构进行扫描，并生成实体模型用于下一工序的施工，同时利用实体模型进行预拼装，实现钢结构模块和总段模块施工精度的可控。

进一步地，实际施工前先对施工全过程采用仿真分析，根据构件安装顺序、荷载加载顺序以及边界约束变化情况确定实际施工步骤；根据施工步骤分析恒载工况下对结构内力进行分析，并对薄弱区域进行加固；模拟支撑结构与主体结构连接的边界条件及支撑刚度，获取与实际施工相近的内力和变形分布。采用仿真分析得到与实际施工一致的施工数据，针对仿真分析中得到的施工难点重点制定应对措辞，以保证实际施工的顺利进行，进而降低施工难度以及提升施工效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

S1，模块划分：从施工现场由后往前采用倒推的方式进行模块划分，将建筑分割成总段模块；

模块划分时，按照均分的方式进行划分，并在总段模块之间预留嵌补区域；

S2，施工准备：根据总段模块的尺寸、同时承载模块数量、模块拼装位置、交通条件和模块转运条件确定模块集成场地的参数，然后进行集成场地的建设；

S3，模块钢结构组装：先进行钢结构施工形成钢结构模块，按照临时支撑施工、主钢结构施工、次钢结构施工和屋面次钢结构施工的顺序进行；钢结构施工时，在钢结构上分类设置支撑点；

支撑点包括：组装临时支撑点、车运支撑点、海运支撑点、拼装临时支撑点、提升吊点、滑移支撑点、卸载反顶支撑点和永久支撑点；

S4，模块集成装配施工：钢结构模块施工完成后，在集成场地按照楼层土建结构施工、屋面围护施工、幕墙围护施工、机电系统施工和吊顶系统施工的顺序进行施工，形成总段模块；

S5，模块转运：利用自行式模块车将施工完的总段模块整体进行支撑装载，然后将自行式模块车和总段模块整体转移至运输船上进行滚装运输，最后下船通过自行式模块车转运至拼装施工现场；

S6，模块拼装：总段模块运输至拼装施工现场后，通过自行式模块车运输至安装区域，先进行总段模块的提升施工和滑移施工；

S7，模块嵌补：对总段模块之间进行嵌补施工，嵌补施工完成后进行落位卸载施工，卸载至永久结构上；

S8，施工完成：逐次进行总段模块的拼装施工，直至整个建筑施工完成。

2.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：步骤S3中，组装临时支撑点用于钢结构组装和集成装配施工时临时支撑，车运支撑点用于自行式模块车运输过程中的临时支撑，海运支撑点用于海运运输过程中的临时支撑，拼装临时支撑点用于总段模块拼装时的临时支撑，永久支撑点用于总段模块的永久支撑。

3.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：步骤S6中，总段模块进行提升施工时，采用提升托架和/或提升模块两种操作方式。

4.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：步骤S7中，总段模块进行落位卸载施工步骤时，卸载前，总段模块通过临时支撑点进行支撑，卸载后，总段模块通过永久支撑点进行支撑。

5.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：步骤S7中，总段模块进行落位卸载施工步骤时，先进行嵌补区域的钢结构施工，然后使用位于嵌补区域的钢结构上的永久支撑点进行支撑，最后再进行嵌补区域的集成装配施工。

6.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：步骤S7中，嵌补段施工时，先进行钢结构嵌补区域嵌补杆件的模拟分析，再进行嵌补施工；

嵌补杆件的模拟分析的操作步骤如下：

S71，在总段模块之间的嵌补区域增设进行嵌补杆件，然后将嵌补杆件进行虚拟化成为虚化嵌补杆件，使其只具有刚性；

S72，在具有虚化嵌补杆件的情况下进行总段模块的滑移施工，获取施工操作中总段模块上与嵌补杆件相连接的钢结构杆件的位移变形；

S73，钢结构杆件继承S72中的位移变形，对嵌补杆件进行真实化后进行嵌补施工，得到真实化嵌补杆件在嵌补施工过程中的位移变形，进而模拟出实际嵌补施工中嵌补杆件的位移变形。

7.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：步骤S3、S4、S6、S7的施工过程中，均采用3D扫描对施工完的结构进行扫描，并生成实体模型用于下一工序的施工，同时利用实体模型进行预拼装。

8.根据权利要求1所述的一种通过模块化组装合成大型公共建筑的施工方法，其特征是：施工全过程采用仿真分析，根据构件安装顺序、荷载加载顺序以及边界约束变化情况确定实际施工步骤；根据施工步骤分析恒载工况下对结构内力进行分析，并对薄弱区域进行加固；模拟支撑结构与主体结构连接的边界条件及支撑刚度，获取与实际施工相近的内力和变形分布。

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