基于BIM的超厚筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐施工技術(shù)

陸 波，彭 欽, 龍武勇

(成都建工集團有限公司，四川成都 610014)

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，高層和超高層建筑越來越多，筏板基礎(chǔ)作為高層和超高層建筑的主選基礎(chǔ)形式在工程實踐中應(yīng)用越來越廣。筏板隨著建筑物高度的不斷增加，厚度越來越厚，鋼筋層數(shù)越來越多，重量越來越重，常規(guī)的鋼筋馬凳承載力無法滿足施工安全性的要求，也無法滿足鋼筋定位的準確性，施工中常采用鋼管或槽鋼進行超厚筏板鋼筋支撐。

為了便于施工，我們在天府創(chuàng)新中心項目財富大廈二期項目中，采用角鋼作筏板鋼筋主要支撐材料，BIM技術(shù)輔助，實現(xiàn)了筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐施工方案可視化展示、支撐材料精確統(tǒng)計。

1 工程概況

天府創(chuàng)新中心項目財富大廈二期建筑面積126 845.95m2，地下4層，地上44層，建筑總高度232m，框架核心筒結(jié)構(gòu)，塔樓基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，筏板厚度2.5m，筏板加厚區(qū)厚度3.8m，集水坑、電梯基坑處最大厚度8.75m，2.5m厚筏板板面、板底雙向通長鋼筋第一排D28@150,第二排D18@150，3.8m厚筏板板面、板底雙向通長鋼筋第一排D28@150,第二排D25@150，筏板中部設(shè)置C12@300雙向鋼筋網(wǎng)。主樓筏板基礎(chǔ)南北、東西各貫穿一條膨脹加強帶，寬度2m。

2 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐體系設(shè)計、受力驗算

2.1 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐體系設(shè)計

立桿采用L80×80×6 mm角鋼，集水坑、電梯基坑處立柱采用L100×80×8 mm角鋼格構(gòu)柱支撐，縱橫向間距2 m，立柱角鋼與同尺寸的鋼墊片(5 mm)滿焊，采用2根C16短鋼筋將其與筏板基礎(chǔ)底部鋼筋焊接固定。頂部沿短邊方向布置L100×80×6 mm角鋼，間距2 m。中部采用L80×80×6 mm角鋼，縱橫向間距2 m，中部縱橫向水平角鋼與立桿角鋼間每隔8 m，用C16斜向拉結(jié)鋼筋與立柱角鋼底部和中部縱橫向水平角鋼滿焊固定，筏板基礎(chǔ)支撐架四周需連續(xù)設(shè)置C16斜向拉結(jié)鋼筋，集水坑、電梯基坑處增加縱橫向水平角鋼和斜向拉結(jié)鋼筋，保證立柱角鋼自由高度不大于2 m。膨脹加強帶兩側(cè)的角鋼立桿沿加強帶方向間距加密成1 m，兩側(cè)立柱間加設(shè)L80×80×6 mm角鋼剪刀撐，在膨脹加強帶兩側(cè)的角鋼立柱上設(shè)置C16@200鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)上固定雙層快易收口網(wǎng)。

2.2 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐體系受力驗算

2.2.1 角鋼頂部橫桿受力驗算

3.8 m厚筏板板面雙向通長鋼筋第一排D28@150 mm，其每1 m重量為4.83 kg，第二排D25@150，其每1 m重量為3.85 kg。假定鋼筋定長為9 m，計算9 m×9 m范圍內(nèi)的鋼筋恒荷載標準值：9 m寬度范圍內(nèi)共有9/0.15=60根，則上層鋼筋恒荷載為[ (4.83+3.85)×9×60×2)/(9×9) ]=115.73kg/m2，即1.16 kN/m2。

根據(jù)JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》，施工人員及設(shè)備均布活荷載取2.5 kN/m2。

角鋼承受的均布荷載為：

q=1.35×(1.16×2+0.08)+1.4×2.5×2=10.24kN/m

(1)截面特性計算。

對中和軸的面積矩，查GB/T 706-2008《熱軋型鋼》得：

Sx=15190mm3

凈截面慣性矩：

Inx=1070400mm4

Iny=612400mm4

查GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》得：

截面塑形發(fā)展系數(shù)rx=1.05ry=1.2

(2)受彎強度驗算。

查GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》得：

截面應(yīng)力最大值到截面形心的距離：

x=19.7mmy=100-29.5=70.5mm

Wnx=Inx/y=1070400/70.5=15182.98mm3

Wny=Iny/x=612400/19.7=31086.29mm3

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》：

MX=KMql2=0.07×10.24×22=2.8672kN·m

MY=0

=179.85N/mm2≤f=215N/mm2

滿足受彎強度要求。

(3)剪力強度驗算。

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》：

V=2KVql=2×0.625×10.24×2=25.6 kN

式中：tw為角鋼厚度。

(4)撓度驗算。

查JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》：

=3.87mm≤l/250=8mm

滿足最大允許撓度要求。

2.2.2 角鋼立桿受力計算

(1)荷載計算。

中間層鋼筋恒荷載為[0.888×9×30×2)/(9×9) ]=59.2kg/m2，即0.592kN/m2。

N=(1.16+2.5)×4+0.592×4=17.008 kN

受壓構(gòu)件長細比驗算計算高度lo=2000mm

λmax=2000/15.9=126<150，滿足要求。

(2)穩(wěn)定性驗算。

根據(jù)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》查得x軸為b類截面，y軸為b類截面，取φ=0.406。

3 筏板鋼筋支撐施工流程

筏板鋼筋支撐施工流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.1 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐架BIM建模、支撐材料工程量提取并技術(shù)交底

進行筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐體系受力驗算，對比分析并選擇筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐材料類型，確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)，編制筏板基礎(chǔ)施工方案，據(jù)此建立筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐BIM模型，提取筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐架各種規(guī)格型號材料工程量，為材料采購和加工提供依據(jù)，技術(shù)負責人利用BIM模型對工長和操作工人進行技術(shù)交底(圖2、圖3、表1)。

圖2 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐架布置示意(單位：mm)

圖3 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐架BIM模型

3.2 筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐架施工

(1)筏板基礎(chǔ)鋼筋保護層可采用同標號同厚度的預(yù)制混凝土墊塊，為了防止立柱角鋼壓壞防水保護層和防水層，立柱角鋼應(yīng)與同尺寸的鋼墊片滿焊。

(2)在兩根立柱角鋼的底部、中部、上部分別拉線定位，確保安裝的角鋼在同一條水平線上，安裝過程中吊線墜檢查立柱角鋼垂直度，紅外線水平儀抄測保證角鋼平整度。

(3)兩個工人配合安裝，安裝時用紅外線水平儀抄測，保證角鋼平整度，另一個工人將其與立柱角鋼滿焊固定，中部縱橫向水平角鋼連接處應(yīng)滿焊固定，中部縱橫向角鋼接長時應(yīng)用紅外線水平儀抄測角鋼兩段標高，兩段角鋼應(yīng)滿焊，搭接長度應(yīng)大于160 mm(圖4)。

表1 筏板鋼筋支撐架材料明細表

圖4 安裝完成的筏板基礎(chǔ)鋼筋支架

4 效益分析

在超厚筏板鋼筋綁扎施工過程中，鋼筋馬凳支撐體系穩(wěn)定性較差，鋼管腳手架支撐體系后期壓漿封堵鋼管不易，槽鋼支撐體系比較笨重，操作不便。采用角鋼支撐與鋼筋剪刀撐組合可滿足筏板基礎(chǔ)鋼筋施工質(zhì)量、安全需求，施工操作方便，材料用量省、施工成本低，節(jié)約了工期和施工成本，使用BIM技術(shù)實現(xiàn)對筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐材料精確統(tǒng)計，施工全過程精確管理，技術(shù)可靠、綠色環(huán)保、快捷高效。

以天府創(chuàng)新中心項目財富大廈一期為例，2017年12月11日開始筏板基礎(chǔ)鋼筋綁扎施工，12月24日開始筏板基礎(chǔ)鋼筋支撐架安裝，共使用角鋼64.4 t，支撐鋼筋9 t，分別較BIM軟件統(tǒng)計的64.1 t和9.41 t僅多0.3 t和0.19 t。經(jīng)統(tǒng)計分析，使用角鋼作為筏板基礎(chǔ)鋼筋施工支撐較使用鋼管、槽鋼預(yù)計可節(jié)約20.12萬元和10.7萬元，節(jié)約工期12 d。