基于BIM技术深化超大预埋件安装和大钢梁吊装的施工方法

摘要：随着钢结构技术的不断提高，预埋件安装和大跨度钢梁吊装的应用愈发广泛。合理的预埋件安装和大钢梁吊装施工方法不仅可以提高施工效率，还能提高施工过程的安全性。本文以实际工程中超大预埋件安装和大钢梁吊装施工过程为例，通过引入BIM技术深化设计方案，解决了预埋件安装过程中发生的碰撞问题，介绍了具体大钢梁吊装全过程施工方法，为今后相关超大预埋件安装和大钢梁吊装的施工方法提供了一定的参考。

关键词：钢结构；超大预埋件；BIM技术；大钢梁吊装；施工方法

中图分类号：TU741     文献标识码：A

引言

新时代国家社会与经济快速发展，在建筑行业中对于现代建筑造型和使用功能的要求也愈发提高，结构设计出现多种形式变化，在此背景下大跨度钢梁已经在桥梁、建筑等各类工程中得以广泛应用[1-3]。然而，大跨度钢结构施工过程涉及前期预埋件以及后期钢结构吊装等工序难度较高，在施工过程中事故频发，究其原因，如设计上没有完全考虑各施工的工况、现场施工质量不能完全达到设计的要求、施工单位缺乏复杂钢结构施工经验等[4]。本文基于实际工程中大跨度钢梁的施工过程，介绍了大跨度钢梁安装前预埋件的安装以及钢梁吊装的施工过程，为涉及大跨度钢梁吊装的相关施工提供一定的参考。

1 工程概况

1.1 工程规模

本项目总建筑面积约17万 m2，其中9#楼结构形式为框剪结构，中间天井部分有14根32.6 m跨度大钢梁。钢梁截面尺寸，单根钢梁重量为26.2 t。钢梁共计14榀，钢梁间距2800 mm。与混凝土梁预埋件采用钢牛腿加连接板连接。

1.2 施工现场平面布置

钢梁整体构件长度较长，受到运输条件的限制，分2段运到现场拼装后再吊装

2 基于BIM技术优化预埋件安装工艺

2.1 预埋件施工难点

钢梁安装在框架柱及框架梁预埋件上，单个预埋件重量近1000 kg，埋件两侧是36 mm钢板，中间安装52根20的钢筋。在现场施工中大跨度钢梁的安装顺序为梁、柱钢筋绑扎完毕，预埋件现场拼装，安装方法为钢板提前钻孔，现场插入锚筋两侧塞焊。预埋件位置的准确性及安装质量直接影响整个结构的稳定性和安全性。因存在预埋件锚筋同梁、柱钢筋碰撞的地方，安装难度特别大。同时由于钢梁跨度大，钢结构每个预埋件安装需要9个焊口，单个焊口的施工时间需要50分钟，一个预埋件安装时间需要达到9天，施工工期过长。

2.2 基于BIM技术优化预埋件安装工艺

为解决上述预埋件中锚筋与柱主筋碰撞导致无法安装和施工工期过长的问题，确保预埋件的安装位置及质量向更高效和高精度推进，施工人员需严格按照相关规范和要求进行操作，同时需使用相关数字化水平的加持。本工程采用BIM技术指导预埋件的制作、安装的方法，通过建立预埋件三维BIM模型，优化预埋件锚筋位置、柱梁钢筋位置。

三维钢筋放样图如图所示。

为便于实际施工，在此基础上对预埋件中锚筋的做法进行了优化。原设计预埋件是双侧背板，中间插入锚筋塞焊。优化方案建议设计将梁的预埋件锚筋采用一侧塞焊，另一侧机械锚固的方式；柱的预埋件锚筋因为满足锚固长度—已达到1300 mm，建议取消后侧背板。为验证可行性，此方案经过建设单位、监理单位、设计单位以及专家论证，认为可行。

2.3 施工工艺流程

1）预埋件的测量定位控制线

2）预埋件在安装前应做好中心定位标记。

3）适当调整锚筋位置，保证预埋件安装位置正确。

4）预埋件与结构筋的临时固定

5）在混凝土浇筑前和浇筑振捣过程中，应对预埋件位置进行跟踪测量。

6）混凝土浇筑完毕达到一定强度后，定位板或定位支架应予以拆除。

2.4 效益分析

原设计方案安装钢梁预埋件需要7个焊工，36天才能完成，工期特别长。优化方案后，预埋件可以提前在加工厂制作，现场安装。安装钢梁预埋件只用了6天，节省人工费105000元，节省机械费用13200元，节约材料费7263.95元。

3 整体吊装安排

3.1 结构安装总体思路

现场准备：按标高、轴线测量放线。

待混凝土强度达到设计强度75%后进行钢牛腿安装

待梁混凝土强度达到设计强度C30后进行钢梁安装，吊装前需提供混凝土强度检测报告

本工程钢梁总长32.6 m。由于道路运输限制，钢梁需要分段制作，拟分两段，分段定在钢梁约1/3处。腹板双夹板用144只M24摩擦型高强螺栓连接，翼缘板连接处开坡口全熔透焊接。

按照危险性较大的分部分项工程安全管理规定，本方案需要组织专家论证。

吊装按最不利位置计算，其他位置不重复计算。吊点钢丝绳夹角为60°，单股钢丝绳长度为16800 mm，吊钩距离钢梁14500 mm，吊点位置布置如图所示，工厂预制吊耳。

3.2 吊装方法

吊装作业前，组织项目主要管理人员、专责起重指挥等人员进行吊车、索具、吊点和作业半径等进行逐项、详细的检查确认，各项检查确认合格后，开始试吊。在钢梁两端每段各设置2根溜绳，吊装时由4人配合调整钢梁角度，溜绳绑扎在距离梁两端500 mm位置，并可靠连接。

试吊：吊车缓慢起钩，缓慢将钢梁提升0.2 m后停吊检查地基、吊车稳定性、制动系统、索具及设备状况等，均检查合格后，钢梁调整至水平。

正式吊装：吊车缓慢起吊，用溜绳缓慢调整钢梁垂直，转杆要控制在吊装计算的回转半径之内。转杆时要避开附近钢筋笼、脚手架等障碍物，高度控制在安装标高以上3 m左右完成。转杆期间用溜绳随时调整钢梁方向与安装轴线在一条线上。然后吊车送杆与爬杆配合直至到达就位位置。

就位：两名作业工人站在搭设的操作平台上摆正钢梁到连接点位置。钢梁放在牛腿上后，先将支座处4M24螺栓安装完成（初拧），后将连接板螺栓安装完成（初拧），待屋面混凝土面层全部施工完成后再将所有螺栓终拧。

第一榀屋架梁吊装找正后立即连接耳板，同时安装钢梁之间的5根次梁。

摘钩：钢梁就位找正、螺母固定并次梁安装完成后，确保钢梁稳定的情况下摘钩，准备下一次吊装作业。

5 结语

本文以具体工程为例，详细介绍了大钢梁吊装的施工过程，包括吊装前超大预埋件的安装以及大钢梁的吊装过程。在预埋件安装过程中遇到碰撞问题，通过引用BIM技术深化设计方案，不仅解决了碰撞问题，降低了安装难度，还极大地提高了施工效率和施工方案的安全性。对大钢梁吊装的施工过程进行了详细的介绍，为今后相关工程涉及预埋件安装和大钢梁吊装施工方法提供了一定的参考。

参考文献

[1]梅超，金燕飞，卢京，等.大跨度变截面钢梁高空施工技术[J].钢结构，2019，34（8）：78-81.

[2]杨宏，罗庆洲，何涛，等.超高层商业架空层大跨度钢梁分段安装技术[J].建筑技术，2018，49（10）：1054-1057.