運用BIM技術(shù)的框剪結(jié)構(gòu)模架設計淺議

（山東電力建設第三工程有限公司，山東青島 266100）

0.引言

模板和腳手架工程在實際施工過程中是十分重要和危險性較大的項目，也是在施工過程中消耗較大的項目。因此在保證工程安全的前提下，盡量節(jié)省模板和腳手架工程成本也是降低施工成本的重要手段之一。本文主要通過工程實例來介紹在實際生產(chǎn)施工過程中，模架設計在模板和腳手架工程中的應用，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定、現(xiàn)場實際情況以及現(xiàn)有材料等，結(jié)合實踐經(jīng)驗進行探討和總結(jié)。

1.模架設計

模架設計即通過模架設計軟件對工程進行三維建模并進行架體排布，設計模板和腳手架工程方案。過程分為建立模型、危大構(gòu)件識別、參數(shù)設計、模板支架計算、輸出計算書和圖紙等。本文實例工程為一電廠汽輪發(fā)電機上部結(jié)構(gòu)，采用廣聯(lián)達BIM模板腳手架設計軟件（以下簡稱模架設計軟件）來進行模架設計的具體闡述。

1.1 建立模型

模型的建立有識別建模和手動建模兩種方式。由于本文實例采用手動建模方式，因此主要介紹手動建模過程。首先將CAD圖紙按照實際尺寸比例進行放大，將處理好的CAD圖紙導入軟件中，目的是方便對梁板柱位置及跨度邊長等進行定位。然后確定樓層及標高，確定標高時需要先從平面視圖轉(zhuǎn)換為立面視圖，然后進行更改。接下來在軟件中輸入相關(guān)構(gòu)件尺寸數(shù)據(jù)并對構(gòu)件進行命名。最后依據(jù)梁板柱等構(gòu)件在CAD圖紙中的位置來繪制構(gòu)件，確定構(gòu)件位置及跨度，繪制完成后即可完成三維實體模型的建立。

常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)建筑可采用模架設計軟件中的CAD識別方式進行建模，由于汽輪發(fā)電機上部結(jié)構(gòu)與常規(guī)框架結(jié)構(gòu)不盡相同，因此采用手動建模方式建模。對于汽輪發(fā)電機上部結(jié)構(gòu)，其中的樓板和柱子以及矩形梁，按照上述方法命名輸入?yún)?shù)依據(jù)圖紙確定位置及跨度即可繪制完成。對于汽輪發(fā)電機上部結(jié)構(gòu)中的異形梁，需要將其簡化為矩形梁后再進行建模。

1.2 危大構(gòu)件識別

根據(jù)《關(guān)于實施〈危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定〉有關(guān)問題的通知》（建辦質(zhì)[2018]31號）的相關(guān)規(guī)定，超過一定規(guī)模的腳手架工程為危險性較大的分部分項工程[1]。同時根據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》（住房城鄉(xiāng)建設部令第37號）規(guī)定：施工單位應當在危大工程施工前組織工程技術(shù)人員編制專項施工方案。專項施工方案應當由施工單位技術(shù)負責人審核簽字、加蓋單位公章，并由總監(jiān)理工程師審查簽字、加蓋執(zhí)業(yè)印章后方可實施[2]。因此在對結(jié)構(gòu)進行模架計算之前需要對結(jié)構(gòu)進行危大構(gòu)件識別，判斷是否為高支模，并輸出危險性判斷計算書，為后續(xù)工作提供依據(jù)。本實例經(jīng)過危大構(gòu)件識別后，均為高支模。

1.3 參數(shù)設計

建立好三維立體模型并進行危大構(gòu)件識別后進行參數(shù)設計。在模架設計軟件數(shù)據(jù)庫中有很多與模板和腳手架材料相關(guān)的信息，如鋼管、方木、槽鋼、對拉螺栓、模板的尺寸數(shù)據(jù)等。根據(jù)項目施工現(xiàn)場提供的模板及腳手架材料數(shù)據(jù)，在模架軟件數(shù)據(jù)庫中選取工程所需材料尺寸規(guī)格，在選取材料的同時，選取各構(gòu)件的模板做法，例如：主次楞規(guī)格材料、柱子柱箍規(guī)格類型、次楞的排布方式等。以此來確定模架設計的架體參數(shù)。除了對材料規(guī)格進行選取之外，還應同時選擇計算主要所用規(guī)范，剪刀撐布置方式，梁板的主次楞懸挑長度，是否考慮風荷載，地面粗糙程度，結(jié)構(gòu)表面要求，腳手架基礎類型等。

本文實例中模板及腳手架材料選用為A48.3×3.6鋼管，100×50規(guī)格方木，M16規(guī)格對拉螺栓，18mm厚覆合木膠合板模板，18a號槽鋼。對于梁板柱的計算參數(shù)，梁、板次楞采用方木，主楞采用鋼管，主楞合并兩根，梁次楞沿梁跨度方向排布，柱子柱箍采用槽鋼，次楞采用方木。梁、板計算選用《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ-130-2011）》[3]為主要設計規(guī)范，柱子和梁側(cè)計算選用《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》JGJ162-2008為主要設計規(guī)范[4]。滿堂支撐腳手架剪刀撐為加強型，梁板主次楞及柱次楞懸挑長度為200mm，考慮風荷載對腳手架的影響，地面粗糙程度為B類，結(jié)構(gòu)表面要求為表面外露，腳手架基礎類型為混凝土樓板。

1.4 模板支架計算

模板支架基本數(shù)據(jù)確定好后，進行模架驗算。在軟件中選擇整層排布，分別輸入梁底腳手架立桿間距，水平桿步距，梁底增設立桿根數(shù)，次楞根數(shù)/間距，側(cè)模主楞根數(shù)/間距，次楞根數(shù)/間距，梁側(cè)緊固件間距/個數(shù)，柱子柱箍間距/個數(shù)，次楞間距/個數(shù)，以及設置柱子長短邊對拉螺栓間距/個數(shù)。輸入數(shù)據(jù)后，可進行快速試算，對于試算不合格的構(gòu)件重新確定參數(shù)，直至全部合格后進行架體排布。架體排布之后，進行詳細計算，根據(jù)詳細計算中計算結(jié)果統(tǒng)計，把計算結(jié)果和允許值進行比較，對于利用率較低的部分更改其參數(shù)，重新進行驗算，以達到最優(yōu)解。除了采用整層計算的方法外，亦可單獨構(gòu)件排布計算，方法與整層排布相同，這里不再贅述。對于梁截面尺寸窄而高的梁，采用向兩側(cè)擴展排布方法，即梁底按照架體排布距離，分別向梁兩側(cè)擴展排布，以保證梁底支撐的安全。由于本實例中構(gòu)件較多，所以在這里不一一具體描述，僅選取其中一個梁參數(shù)為示例，如圖1 所示。

圖1 梁詳細參數(shù)

1.5 輸出計算書和圖紙

模板和腳手架模架布置最優(yōu)解并驗算通過后，進行計算書和圖紙的輸出。選中模架后點擊輸出計算書即可依次輸出所有構(gòu)件計算書，也可單獨點擊所需構(gòu)件獨自輸出。計算書為后續(xù)方案編制提供計算依據(jù)。圖紙可分為梁板立桿平面圖、剖面圖、墻柱詳圖等。按照需求輸出圖紙。利用圖紙可以更加詳細地了解腳手架的具體布置，方便現(xiàn)場施工。由于本案例中的汽輪發(fā)電機上部結(jié)構(gòu)梁存在簡化情況，所以部分架體圖紙需要根據(jù)原版圖紙、計算書及模架排布參數(shù)進行修改。本實例中的圖紙分為梁底立桿平面圖、梁底、板剖面圖、柱子加固圖等。

2.其他需要注意的問題

（1）圖紙的比例。由于施工圖紙都是按照相應比例繪制而成的，采用手動建模時，需要將圖紙按比例放大至實際尺寸，方可進行建模。

（2）在對模架進行參數(shù)設計時，對柱子的計算結(jié)果影響除了常規(guī)的柱箍間距，柱模板的材料等之外，柱子的混凝土澆筑速度的影響也是很大的。尺寸比較大的梁的梁側(cè)計算和墻的計算同時也需要注意這一點。

（3）對于已經(jīng)排布好的架體，可以通過三維立體查看的方式觀察架體的具體排布情況，步驟為：視圖視窗→創(chuàng)建局部三維視圖→三維查看。

（4）支架計算。支架的計算是一個反復試驗選取參數(shù)的過程，在多個方案中選取最優(yōu)解，達到既安全又經(jīng)濟的效果。

3.結(jié)語

模板和腳手架工程在實際施工過程中是十分重要和危險性較大的項目。對于跨度較大，支模高度高，構(gòu)件尺寸大的工程來說更是重要。本文論述了模架設計在模板工程和腳手架工程的具體應用，并詳細描述了整個模架設計過程。通過對建筑進行模架設計，可以直觀地了解工程的具體三維模型，架體的三維模型模擬排布查看，方便快捷的發(fā)現(xiàn)設計的不足，及時更改方案，又可以輸出相應施工圖紙，直觀展示腳手架的排布情況，方后續(xù)施工。希望通過本文的論述今后可以為類似工程提供借鑒。