CN111962675A - 大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，以解决异形现浇钢筋混凝土空腹桁架结构施工效率低、施工质量难以保障的技术问题。其包括以下步骤：（1）支撑体系搭设；（2）下弦梁模板支设、下弦梁钢筋绑扎、下弦梁混凝土浇筑；（3）上弦梁、立柱及楼板模板支设、钢筋绑扎、混凝土浇筑。本发明采用“两次支模，两次浇筑”混凝土的施工工艺，确保了现浇混凝土空腹桁架的施工质量，有效提高了施工效率和工程质量，取得了良好的经济和社会效益。

Description

大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法

技术领域

本发明涉及空腹桁架施工技术领域，具体涉及一种大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法。

背景技术

随着现代高层、超高层建筑向多功能综合用途方向发展，由于建筑的底部或某些楼层局部大空间以及大跨度屋盖的需要，在竖向结构改变的楼层设置转换层已成为现代高层建筑结构发展的趋势。

传统梁式和板式转换层及井字梁和密肋梁结构，在追求大跨度和大空间时，设计往往加大梁的截面，从而很容易造成“强梁弱柱”的现象，对结构抗震不利，且空间效果不理想。

目前，空腹桁架结构因其结构受力合理、整体性强、刚度好，不受空间和跨度限制的特点，越来越多的应用于高层建筑的转换层、屋盖及其他要求开阔空间的大跨度建筑中，而对于异形现浇钢筋混凝土空腹桁架结构，施工效率低，施工质量难以保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，以解决异形现浇钢筋混凝土空腹桁架结构施工效率低、施工质量难以保障的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，包括以下步骤：

（1）搭设支撑体系，然后支设下弦梁模板，结合空腹桁架的受力特征采用四角同步向内推进、先短后长、先绑扎框架梁后绑扎次梁的方式绑扎下弦梁钢筋，然后用混凝土浇筑所述下弦梁模板；

（2）上弦梁采用四角同步向内推进、先短后长、先绑扎框架梁后绑扎次梁的方式绑扎上弦梁钢筋；通过BIM深化设计，制作立柱模板和上弦梁模板，将其进行组合安装牢固；楼板模板的铺设按照空腹桁架网格“隔一铺一”方式，然后从中间向两侧分层浇筑混凝土。

优选的，在所述步骤（1）中，支撑体系采用满堂脚手架。

优选的，在所述步骤（1）中，钢筋绑扎应确保主筋、箍筋的绑扎根数及间距。

优选的，在所述步骤（1）中，混凝土浇筑采用泵送方式，浇筑时采用由中间向两侧的方式浇筑，混凝土在浇筑期间连续供应。

优选的，在所述步骤（2）中，BIM深化设计是根据立柱、上弦梁的截面类型，分别创建上弦梁的矩形立柱、方形立柱、十字形立柱的BIM三维模型。

优选的，在所述步骤（2）中根据制得的所述立柱模板和上弦梁模板，制作成“双八字”型立柱阴角模板和梁底立柱加腋“C”型组合模板，将制作完成的不同“C”型组合模板和“双八字”型立柱阴角模板进行组合安装牢固。

优选的，所述 “C”型组合模板制作方法如下：根据不同的空腹网格立柱和上弦梁加腋尺寸，将“C”型组合模板分解为梁底平模及两侧立柱加腋 “U”型模板，再进行组合即得。

优选的，在所述步骤（2）中，在楼板模板铺设前，创建空腹桁架整体BIM模型，对楼板模板方案进行优化，确定模板按“隔一铺一”的方式铺设。

优选的，在所述步骤（2）中，上弦梁模板用钢筋绑扎完成后，封闭上弦梁侧模板及屋面板模板，绑扎屋面板钢筋。

优选的，在所述步骤（2）中，在浇筑混凝土前，在所述立柱模板内***短钢管作为标记，每浇筑振捣一处即拔出钢管。

优选的，振捣过程中，将振动棒上下抽动均匀，用交错式或并列式施工方法进行振捣，每点振捣时间为20-30s。

本发明的工艺原理如下：

空腹桁架就其构成而言，属于梁单元，由腹杆（立柱）和上、下弦杆（梁）组成，交汇于节点的杆件少，但受力复杂，杆件除了承受轴向力以外，还承受弯矩和剪力的作用。因此，在施工中根据刚度等效的原则将空腹桁架等代为实腹梁进行计算分析，通过有限元静力分析，确定结构施工控制要点，利用 BIM 技术针对异形空腹桁架立柱与上弦梁施工难点，对模板进行三维深化设计，确定立柱模板和上弦梁模板支设形式；按照空腹桁架网格“隔一铺一”方式，进行模板铺设； 钢筋绑扎采用四角同步向内推进的方式，先绑扎框架梁，再绑扎次梁和楼板钢筋；混凝土浇筑采用“两次支模、两次浇筑”的施工工艺，确保现浇钢筋混凝土空腹桁架的施工质量。整个工艺科学合理、经济适用、结构严谨、制作精巧，工程施工质量一次成优。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 本发明空腹桁架由腹杆（立柱）和上、下弦杆（梁）组成，结构合理，受力明确，整体性强、刚度好，能很好的满足大跨度和大空间要求，可使用性和经济性强，符合绿色建造发展要求。

2. 本发明利用 BIM 技术针对异形现浇钢筋混凝土空腹桁架立柱和上弦梁模板施工难点，进行优化设计，制作成“双八字”型立柱阴角模板和“C 型”组合模板，实现了立柱和上弦梁模板的装配化施工，施工速度快、工效高，能够缩短工期，提高经济效益。

3. 本发明将大面积的现浇钢筋混凝土空腹桁架楼板模板铺设通过BIM 技术进行方案优化，按照空腹桁架网格“隔一铺一”的施工方法，提高了立柱及楼板模板铺设施工效率，加快施工进度。

4. 本发明在对结构有限元静力计算的基础上，提出异形空腹桁架“两次支模、两次浇筑”混凝土浇筑工艺，确保了空腹桁架的整体施工质量。整个工艺科学合理、经济适用、结构严谨、制作精巧，工程施工质量一次成优。

附图说明

图1为本发明大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工工艺流程图。

图2为本发明大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架下弦梁绑扎线路图。

图3为本发明异形变截面现浇钢筋混凝土空腹桁架剖面图。

图4为本发明空腹桁架梁混凝土第一次浇筑位置示意图。

图5为本发明异形空腹桁架矩形立柱的BIM 模型示意图。

图6为本发明异形空腹桁架方形立柱的BIM 模型示意图。

图7为本发明异形空腹桁架十字形立柱的BIM 模型示意图。

图8为本发明楼板模板隔一铺一施工BIM 模型示意图。

图9为本发明上弦梁、立柱混凝土浇筑（第二次浇筑）的示意图。

图中，1为第一道绑扎，2为第二道绑扎，3为第三道绑扎，4为上弦梁、5为立柱，6为砼第一次浇筑，7为下弦梁， 9为空腹桁架剖面，10为矩形立柱BIM 模型，11为方形立柱BIM模型，12为十字形立柱BIM 模型，13为楼板隔一铺一施工BIM 模型，14为砼第二次浇筑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例一：大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，参见图1，包括以下步骤：

1. 支撑体系搭设

（1）水平杆设置

1）纵向水平杆应设置在立杆内侧，单根杆长度不应小于3跨；

2）纵向水平杆接长应采用对接扣件连接或搭接，并应符合下列规定：

① 两根相邻纵向水平杆的接头不应设置在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm；各接头中心至最近主节点的距离不应大于纵距的 1/3；

② 搭接长度不应小于1m，应等间距设置3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的距离不应小于100mm；

3）所有杆件与建筑四周墙柱顶紧顶牢或与结构柱加设水平箍箍牢水平杆的端部均应与结构连接，增强整个支撑***的刚度。

（2）立杆设置

1）支架立杆下设置模板垫木；

2）支撑架必须设置纵、横向扫地杆；纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于 200mm 处的立杆上；横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上；

3）支撑架立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m；靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm；

4）支撑架立杆对接、搭接应符合下列规定：

① 当立杆采用对接接长时，立杆的对接扣件应交错布置，两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm；各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3；

② 当立杆采用搭接接长时，搭接长度不应小于1m，并应采用不少于2个旋转和扣件固定；端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。

（3）扣件

1）对接扣件的开口应朝上或朝内，扣件螺栓方向尽量一致；

2）扣件螺栓拧紧力矩控制在45-60N•M；

3）在主节点处纵横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑等用的直角扣件、旋转扣件的中心点的相互距离不应大于150mm。

（4）剪刀撑设置

1）剪刀撑必须随架子的搭设高度不断增高及时加设，并且要连续设置到顶、不留间隙，斜杆底部要落在垫板上；

2）剪刀撑采用符合实际情况长度的钢管搭设，与楼面夹角成45°～60°沿高支架四周从低至顶连续布置，搭接处采用直角扣件搭接，搭接长度不小于1000㎜，并且搭接处扣件不少于三个剪刀撑与立杆交接处用旋转扣件与立杆扣牢。

（5）连墙件设置

1）应靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm；

2）从底层第一步纵向水平杆处开始设置，当该处设置有困难时，采用其它可靠措施固定；

3）优先采用菱形布置，或采用方形、矩形布置。

（6）模板支撑

1）严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；

2）确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差符合《建筑施工扣件式钢管支撑架安全技术规范》（JGJ130-2011）的要求；

3）确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N•m，钢管不能选用已经长期使用发生变形的。

2. 下弦梁模板支设

（1）模板安装必须保证位置准确无误，模板拼缝严密，支撑***牢固可靠，不发生变形和位移；

（2）模板垂直度、标高、预埋及预留洞位置必须符合要求；

（3）现浇结构模板的允许偏差必须符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）。

3. 下弦梁钢筋绑扎

（1）钢筋的绑扎应确保主筋、箍筋的绑扎根数及间距，不得漏筋；

（2）下弦梁钢筋绑扎根据布置形式和受理特点，采用四角同步先短后长、先绑扎框架梁后绑扎次梁的方式，保证支撑架体受力均衡，提高施工效率；下弦梁绑扎线路如图2所示。

4. 下弦梁混凝土浇筑（第一次浇筑）

（1）利用 SAP2000 软件建立空腹桁架计算模型，进行有限元受力分析，得出立柱在空腹桁架结构中及传递轴力，又传递弯矩和剪力，立柱在跨中时承受的弯矩和剪力最小，靠近支座时内力最大。因此，在空腹桁架设计时采取立柱上下端加腋及加大上下弦梁截面尺寸的措施，提高结构的抗剪能力。空腹桁架通常网格间距设计较小，加上立柱高度低及加腋等措施的限制，致使下弦梁、立柱及上弦梁模板支设、钢筋绑扎及架体搭设一次施工难度大，无法保证下弦梁和立柱底部混凝土浇筑质量，存在较大的质量安全隐患。因此，根据有限元分析受力特点，并结合施工的便捷性，采取“两次支模，两次浇筑”的方法。将下弦梁和立柱、上弦梁及楼板分为两次施工，第一次施工下弦梁，第二次施工立柱、上弦梁及楼板。异形现浇钢筋混凝土空腹桁架剖面图及分次施工如图 3和4 所示。

（2）混凝浇筑质量控制要点

1）混凝土需保证浇筑期间连续供应，从商品混凝土搅拌站到现场入模时间不宜超过90min；

2）混凝土浇筑采用泵送方式进行；

3）梁柱节点钢筋较密时，采用小直径振捣棒强化振捣。

5. 上弦梁、立柱及楼板（屋盖）模板支设、钢筋绑扎

（1）根据异形空腹桁架立柱及上弦梁的类型，创建矩形、方形、十字形立柱 BIM 三维模型，如图5-7。根据三维BIM 模型对异形立柱及上弦梁底部模板进行深化设计，BIM深化设计是根据立柱、上弦梁的截面类型，采用Revit软件创建上弦梁的矩形立柱、方形立柱、十字形立柱的三维模型，制作成“双八字”型立柱阴角模板和梁底立柱加腋“C 型”组合模板，实现立柱和上弦梁模板的装配化施工。

（2）立柱及上弦梁底模板制作

“C”型组合模板制作：根据不同的空腹网格立柱和上弦梁及加腋尺寸，将“C”型模组合模板分解为梁底平模及两侧立柱加腋“U” 型模板，再进行组合。

（3）根据 BIM 模型，制作立柱阴角双“八”字型模板。将制作完成的不同“C”型组合模板和“双八字”型立柱阴角模板进行组合安装牢固。

（4）根据空腹桁架结构特点，利用BIM 技术创建空腹桁架整体模型， 进行楼板（屋盖）模板方案优化，为便于立柱和上弦梁模板施工，留足下部施工空间，按照空腹桁架网格“隔一铺一”的方法，分网格施工，提高施工效率和质量。楼板（屋盖）模板施工 BIM 模型，如图8。

（5）上弦梁及楼板（屋盖）钢筋绑扎

上弦梁钢筋绑扎按照下弦梁钢筋绑扎顺序及要求绑扎。上弦梁钢筋绑扎完成后，封闭上弦梁侧模板及屋面板模板，绑扎屋面板钢筋。

6. 上弦梁、立柱混凝土浇筑（第二次浇筑）

立柱、上弦梁及楼板（屋盖）模板、钢筋绑扎完成，并报验合格后，进行混凝土的二次浇注，浇注位置如图9。

由于空腹桁架楼板（屋盖）面积较大，连续浇筑混凝土摊铺的面积较大，极易造成上弦梁及立柱的漏振，为避免这一现象发生，在浇筑混凝土前先在立柱内***短钢管（钢管必须露出屋面）作为标记，每浇筑振捣一处即拔出钢管，以此确保立柱100%振捣。

振动棒操作要做到“快插慢拔”，振捣过程中，易将振动棒上下抽动均匀，用“交错式”或“并列式”进行振捣，每点振捣时间一般为20-30s为宜，应视混凝土表面呈水平且不再显著下沉，不再出现气泡从表面泛出，直至出现泛浆为准。

在浇筑混凝土过程中应实施实时监测，一般监测频率不宜超过20～30分钟一次。在混凝土初凝前后及混凝土终凝前后也应实施实时监测，监测时间可根据现场实际情况进行调整。监测时间应控制在高支模使用时间至混凝土终凝后。

7. 混凝土养护

养护采用洒水养护和覆盖塑料薄膜的方式进行；混凝土的养护时间，不少于7d；覆膜定期浇水保持混凝土始终处于湿润状态；对混凝土内外温差进行控制测温。

8. 模板及支撑体系拆除

同条件养护试块经过试验，确认混凝土强度已达到拆模强度时，方可拆除，以防倒塌事故。

大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架在施工时除应执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204－2015）还，还应满足《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)、《建筑施工扣件式钢管支撑架安全技术规范》（JGJ130-2011）等国家、行业、地方标准、规范要求。支撑架体搭设技术要求、允许偏差、检查方法应符合下表1要求。

表 1 支撑架体搭设允许偏差（mm）

模板安装允许偏差应符合下表2规定。

表2 模板安装允许偏差

本发明施工中利用 BIM 技术针对异形现浇钢筋混凝土空腹桁架立柱和上弦梁模板施工难点，进行优化设计，制作成“双八字”型立柱阴角模板和“C 型”组合模板，实现了立柱和上弦梁模板的装配化施工； 同时，将大面积的现浇钢筋混凝土空腹桁架楼板模板铺设通过 BIM 技术进行方案优化，按照空腹桁架网格“隔一铺一”的施工方法，提高了立柱及楼板模板铺设施工效率，施工速度快、工效高，可有效缩短工期，经济和社会效益显著。本发明施工工艺合理，确保了现浇钢筋混凝土空腹桁架的施工质量，整个工艺经济适用、结构严谨、制作精巧，成型后空间造型美观，工程施工质量一次成优。异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工技术，解决了大跨度无柱空间在设计及施工过程中存在的难题，施工质量一次成优，满足了使用者的需求，同时节约资源，符合国家绿色发展要求。

综上，本发明根据空腹桁架结构特点和施工难点，针对异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工工艺进行技术研究，通过有限元计算分析，利用 BIM 技术深化设计，采用“两次支模， 两次浇筑”混凝土的施工工艺，确保了现浇混凝土空腹桁架的施工质量，有效提高了施工效率和工程质量，取得了良好的经济和社会效益。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者对相关的部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）搭设支撑体系，然后支设下弦梁模板，结合空腹桁架的受力特征采用四角同步向内推进、先短后长、先绑扎框架梁后绑扎次梁的方式绑扎下弦梁钢筋，然后用混凝土浇筑下弦梁；

（2）上弦梁采用四角同步向内推进、先短后长、先绑扎框架梁后绑扎次梁的方式绑扎上弦梁钢筋；通过BIM深化设计，制作立柱模板和上弦梁模板，将其进行组合安装牢固；楼板模板的铺设按照空腹桁架网格“隔一铺一”方式，然后从中间向两侧分层浇筑混凝土。

2.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，支撑体系采用满堂脚手架。

3.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，钢筋绑扎应确保主筋、箍筋的绑扎根数及间距。

4.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，混凝土浇筑采用泵送方式，浇筑时采用由中间向两侧的方式浇筑，混凝土在浇筑期间连续供应，。

5.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，BIM深化设计是根据立柱、上弦梁的截面类型，分别创建上弦梁的矩形立柱、方形立柱、十字形立柱的BIM三维模型。

6.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中根据制得的所述立柱模板和上弦梁模板，制作成“双八字”型立柱阴角模板和梁底立柱加腋“C”型组合模板，将制作完成的不同“C”型组合模板和“双八字”型立柱阴角模板进行组合安装牢固。

7.根据权利要求6所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，所述 “C”型组合模板制作方法如下：根据不同的空腹网格立柱和上弦梁加腋尺寸，将“C”型组合模板分解为梁底平模及两侧立柱加腋 “U”型模板，再进行组合即得。

8.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，在楼板模板铺设前，创建空腹桁架整体BIM模型，对楼板模板方案进行优化，确定模板按“隔一铺一”的方式铺设。

9.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，上弦梁模板用钢筋绑扎完成后，封闭上弦梁侧模板及屋面板模板，绑扎屋面板钢筋。

10.根据权利要求1所述的大跨度异形现浇钢筋混凝土空腹桁架施工方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，在浇筑混凝土前，在所述立柱模板内***短钢管作为标记，每浇筑振捣一处即拔出钢管。

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