基于BIM压型钢板‑钢筋混凝土空腹夹层楼盖施工工法的制作方法

本发明属于建筑施工工法技术领域，具体涉及一种基于BIM压型钢板-钢筋混凝土空腹夹层楼盖施工工法。

背景技术：

随着经济社会的不断发展，人们对大跨度室内空间的需求日益提升。各类文体场馆、商场酒店、厂房剧院等建筑规划日益增加，市场活跃。型钢-钢筋混凝土组合结构的施工越来越重视，新的建筑布局对于施工工艺要求越来越高，预制压型钢板-钢筋混凝土组合空腹楼盖是一种新型大跨度（18m-42m）楼盖结构形式，它具有节约钢筋用量，降低工程成本、节约工期、节省模板、抗震性能好、免于装修、节约层高等优点。近几年来，由于新技术的研发和引进，压型钢板-钢筋混凝土组合楼盖的研究和应用才迅速地发展起来。尤其是BIM技术的推广应用，是建筑业具有跨时代意义的重大技术革新，为空腹夹层楼盖施工工法的发明与改进，提供了先进的技术支撑。

现有技术中，压制钢板先根据计算结果进行加工，加工好后需要进行预拼装，看看合适不合适，如果不合适需要返工，计算精度低，浪费人力和物力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有技术中，压制钢板先根据计算结果进行加工，加工好后需要进行预拼装，看看合适不合适，如果不合适需要返工，计算精度低，浪费人力和物力，为解决上述问题，本发明提供一种基于BIM压型钢板-钢筋混凝土空腹夹层楼盖施工工法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

基于BIM压型钢板-钢筋混凝土空腹夹层楼盖施工工法，具体步骤如下：

（1）根据楼盖原设计图采用BIM搭建三维模型，利用BIM建模技术对楼盖原设计图纸进行深化、补充和完善，使之成为可以现场施工的施工图；

（2）利用BIM技术对楼盖的各个构件形成的一体化不同数据以及参数从模型中导出，用于工厂加工原材料和现场施工定位；

（3）根据步骤（2）导出的数据，对压型钢板、高强螺栓和钢板连接构件进行预加工，并将加工好的材料运送到施工现场；

（4）根据步骤（2）导出的楼盖支撑体系的数据，搭建楼盖支撑体系；

（5）用钢筋搭建楼盖的支撑柱，再将支撑柱用压型钢板包裹好；

（6）安装下肋梁的底板，绑扎下肋梁的钢筋和剪力键的钢筋，再安装下肋梁的侧板，下肋梁网格节点之间采用高强螺栓和连接钢板连接；

（7）浇筑下肋梁混凝土和剪力键混凝土，形成压型钢板-钢筋混凝土组合网格构件，其中压型钢板在施工阶段做模板，在使用阶段做受力构件；

（8）待下肋梁混凝土初凝后，安装上肋梁的底板，绑扎上肋梁的钢筋，再安装上肋梁的侧板，上肋梁网格节点之间采用高强螺栓和连接钢板连接；

（9）安装楼盖板，绑扎楼盖板钢筋；

（10）浇筑上肋梁混凝土和楼盖板混凝土，形成第一层三维空间受力的空腹楼盖结构；

（11）待上肋混凝土初凝后，重复步骤（5）-（10），搭建第二、第三、……第 N层空腹楼盖结构；

（12）拆卸楼盖支撑体系。

所述步骤（7）中下肋梁混凝土和剪力键混凝土的浇筑采用“赶浆法”，先将下肋梁根据梁高分层浇筑成阶梯形，当达到下肋梁底位置时，随着阶梯形不断延长，下肋梁混凝土浇筑连续向前推进。

所述步骤（10）中上肋梁混凝土和楼盖板混凝土要同时浇筑，浇筑方法采用“赶浆法”，即先浇筑上肋梁，根据上肋梁高分层浇筑，成阶梯形，当达到上肋梁顶板底位置时，再与楼盖板的混凝土一起浇筑，随着阶梯形不断延伸，梁板混凝土浇筑连续向前进行。

楼盖板混凝土的虚铺厚度大于板厚，用平板振捣器垂直浇筑方向反复振捣，上肋梁采用插入式振捣器顺浇筑方向托拉振捣，并实时检查楼盖板混凝土厚度，振捣完毕后用木抹子抹平；施工缝处或有预埋件及插筋处用木抹子找平；浇筑楼盖板混凝土时不允许用振捣棒铺摊混凝土。

所述楼盖支撑体系包括主支撑、操作平台、副支撑和1.5m 调节装置四个部分，主支撑根据主节点间距尺寸设置，副支撑由Φ48×3.5 钢管组成，为没有受到主支撑支持的剪力键提供支撑，卸荷之前，副支撑将先被拆除，1.5m 调节装置位于主支撑和压型钢板之间，用于卸载。

所述上肋梁之间还设有密肋梁，密肋梁与上肋梁设在同一高度上组成上网格梁，并且密肋梁设在下肋梁所围成的大网格的下网格梁空心的上方位置。

从工程实践效果分析来看，本发明在质量、成本、工期、节能、环境保护、劳动保护等方面都取得了很好的经济效益和社会效益。本发明综合了各种楼盖施工的优点，是比较经济的楼盖施工方法。本发明可满足不同地区多层大跨度（18m-42m）公共建筑与工业建筑新型板系空间结构工程的施工，“生态文明建设”与“节能节地”项目相匹配，具有较好的发展前景，工程质量、安全有保障，施工工法技术先进，值得类似结构项目推广使用。相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1、由于压型钢板作为浇灌混凝土下肋的模板，节省了大量的木模板及其支撑，节约了资金。

2、压型钢板在使用阶段，因其和钢筋、混凝土的组合作用，还可代替受拉钢筋，用钢量只有70kg/m²，和类似工程其他结构常规的120kg/ m²相比，节约钢材42kg/ m²，因此减少了钢筋的制作和安装工作，节约了资金。

3、压型钢板-钢筋混凝土组合空腹楼盖，跨度大，具有较大的刚度，压型钢板组合梁与钢筋砼框架梁相比，梁的截面尺寸减小，使组合楼板的自重减轻。既减少了混凝土用量，又减轻了结构的静荷载，对结构十分有利，尤其是多层建筑与地震区建筑更有重要意义。

4、在空腹楼盖内便于敷设通信、电力、采暖和空调等管线。并且可敷设隔音、保温、隔震、隔热等材料，改善楼面的工作性能。

5、由于压型钢板作为浇筑混凝土的模板直接支承于周边的框架柱上，而且为多工种作业提供了工作面，为多工种多层立体交叉作业创造了条件，大大加快了施工进度，缩短了工期。以新蒲广场为例，工期比原计划工期缩短,这对规模较大的多层建筑具有明显意义。

6、通过应用BIM技术，减少了楼盖施工中压型钢板加工的返工率，尺寸准确，满堂架搭设和后续施工均使用BIM技术进行模拟施工，减少了预拼装用工费用，并节约的工期。

通过BIM模型展示，较好的完成了和甲方、监理、质检安检主管部门的沟通工作，加快了施工效率，提升了公司形象，具有较好的社会效益。

压型钢既是模板又是受拉钢材，一举两得；用钢量小，本工程楼盖折算厚度为25.4cm/ m²，用钢量只有78 kg/m²；而常规钢筋砼框架用钢量在120kg/m²以上；结构刚度较大，可实现较小高跨比，适用于大跨度无柱空间要求；节省建设工程投资，提供更大使用空间；楼盖建造成本低，舒适度满足要求；空腹内可架设空调，动力管线，无需再吊顶。

附图说明

图1是本发明空腹夹层楼盖结构的剖面图。

图2是本发明空腹夹层楼盖的结构示意图。

具体实施方式

如附图1所示，基于BIM的压型钢板-钢筋混凝土空腹夹层楼盖施工工法，具体步骤如下：

（1）根据楼盖原设计图采用BIM搭建三维模型，利用BIM建模技术对楼盖原设计图纸进行深化、补充和完善，使之成为可以现场施工的施工图；

（2）利用BIM技术对楼盖的各个构件形成的一体化不同数据以及参数从模型中导出，用于工厂加工原材料和现场施工定位；

（3）根据步骤（2）导出的数据，对压型钢板5、高强螺栓和钢板连接构件进行预加工，并将加工好的材料运送到施工现场；

（4）根据步骤（2）导出的楼盖支撑体系的数据，搭建楼盖支撑体系；

（5）用钢筋搭建楼盖的支撑柱，再将支撑柱用压型钢板5包裹好；

（6）安装下肋梁3的底板，绑扎下肋梁3的钢筋和剪力键2的钢筋，再安装下肋梁3的侧板，下肋梁3网格节点之间采用高强螺栓和连接钢板连接；

（7）浇筑下肋梁3混凝土和剪力键2混凝土，形成压型钢板-钢筋混凝土组合网格构件，其中压型钢板在施工阶段做模板，在使用阶段做受力构件；

（8）待下肋梁3混凝土初凝后，安装上肋梁1的底板，绑扎上肋梁1的钢筋，再安装上肋梁1的侧板，上肋梁1网格节点之间采用高强螺栓和连接钢板连接；

（9）安装楼盖板4，绑扎楼盖板4钢筋；

（10）浇筑上肋梁1混凝土和楼盖板混凝土，形成第一层三维空间受力的空腹楼盖结构；

（11）待上肋梁1混凝土初凝后，重复步骤（5）-（10），搭建第二、第三、……第 N层空腹楼盖结构；

（12）拆卸楼盖支撑体系。

步骤（7）中下肋梁3混凝土和剪力键2混凝土的浇筑采用“赶浆法”，先将下肋梁3根据梁高分层浇筑成阶梯形，当达到下肋梁3底位置时，随着阶梯形不断延长，下肋梁3混凝土浇筑连续向前推进。

步骤（10）中上肋梁1混凝土和楼盖板4混凝土要同时浇筑，浇筑方法采用“赶浆法”，即先浇筑上肋梁，根据上肋梁1高分层浇筑，成阶梯形，当达到上肋梁1顶板底位置时，再与楼盖板4的混凝土一起浇筑，随着阶梯形不断延伸，梁板混凝土浇筑连续向前进行。

楼盖板4混凝土的虚铺厚度大于板厚，用平板振捣器垂直浇筑方向反复振捣，上肋梁1采用插入式振捣器顺浇筑方向托拉振捣，并实时检查楼盖板混凝土厚度，振捣完毕后用木抹子抹平；施工缝处或有预埋件及插筋处用木抹子找平；浇筑楼盖板混凝土时不允许用振捣棒铺摊混凝土。

楼盖支撑体系包括主支撑、操作平台、副支撑和1.5m 调节装置四个部分，主支撑根据主节点间距尺寸设置，副支撑由Φ48×3.5 钢管组成，为没有受到主支撑支持的剪力键提供支撑，卸荷之前，副支撑将先被拆除，1.5m 调节装置位于主支撑和压型钢板之间，用于卸载。

上肋梁1之间还设有密肋梁，密肋梁与上肋梁1设在同一高度上组成上网格梁，并且密肋梁设在下肋梁3所围成的大网格的下网格梁空心的上方位置。

具体施工方法如下：

一、利用BIM技术进行楼盖优化设计并模拟施工

首先对拟建工程进行建模，模型细度要满足指导预制压型钢板和指导施工的要求。通过三维模型进行图纸审查，优化楼盖设计，在满足结构安全的前提下，以便获得最佳的外观和便于施工操作。运用BIM技术对复合楼盖进行精确算量，并指导加工厂按BIM模型中分割好的压型钢板模块进行预制，可替代工厂预拼装环节，节约工期和成本。

二、满堂脚手架搭设，即楼盖支撑体系的搭建

首先利用BIM三维模架技术进行模架设计和验算，运用BIM模型，对架子工进行三维可视化交底，按照三维模架软件中给出的材料单购进满堂架材料。

施工条件：风力大于等于六级时，雨、雪、大雾等极端天气停止施工作业。气温在35摄氏度以上及零下5度以下时，应有防暑或防寒措施，并谨慎施工。

室内满堂架立杆纵矩和横距都按0.8m，主支撑4.0m×4.0m（根据节点尺寸需要调整），步矩1.5m搭设，搭设高度为层高减去板厚，立杆每一步均纵横拉结成整体满堂架。

满堂架立杆满设纵横向扫地杆，立杆顶端满设纵横水平杆和水平剪刀撑。

坚直方向：沿Y方向每隔4排立杆设一道连续剪刀撑，沿X方向每隔2排立杆设一道连续剪刀撑。

水平方向：从立杆顶端起全面积每隔2步架设一道水平剪刀撑。

三、下肋梁压型钢板安装

根据设计图纸和BIM模型，空腹夹层板楼盖下肋梁模板采用压型钢板替代，压型钢板既是底模又是受拉构件。钢板的制作委托有资质的厂家，根据BIM模型制作，预制完成后，运输到施工现场符合标准的指定位置堆放，并用有妥善的防锈措施。

施工条件：风力大于等于六级时，雨、雪、大雾等极端天气停止施工作业。气温在35摄氏度以上及零下5度以下时，应有防暑或防寒措施，并谨慎施工。

压型钢板用高强螺栓组装连接，具体安装方法如下：

①压型钢板起吊前，需按设计施工图及BIM模型核对其尺寸、块数、板型和所在部位，确认配料无误后，根据编号分别随主体结构安装顺序和进度进行安装。压型钢板在吊放过程中应以缓慢速度下放，切忌吊放动作粗暴。

②无外包装的压型钢板，装卸时应采用吊具及护具，严禁直接使用钢丝绳捆绑起吊。起吊过程严格遵照起重调运“十不准”进行，应有专门塔吊指挥人员指挥。

③安装压型钢板前，应在脚手架横杆上标出铺放的位置线。铺放压型钢板时，应根据设计图纸及BIM模型按编号顺序安装。吊装完成并且位置经过精密调整后，用高强螺栓固定连接节点。

④当风速≥6m/s时禁止压型钢板的吊装施工，以免造成安全事故或损坏钢板。

四、下肋梁及剪力键钢筋绑扎

五、浇筑下肋梁及剪力键混凝土

施工条件：混凝土浇筑时，施工环境温度宜保持在5℃-35℃之间，冬季施工应有《冬期混凝土工程施工专项方案》，暑期施工应有降温措施，尽量夜间施工。混凝土浇筑施工前，钢筋等隐蔽工程验收应完成，并在浇筑时注意留存同条件养护及标准养护试块。

浇筑下肋梁及剪力键混凝土时，浇筑方法采用“赶浆法”，浇筑时根据梁高及剪力键高分层浇筑。成阶梯形，当达到下肋梁底部高度位置时，随着阶梯形不断延伸，下肋梁及剪力键混凝土浇筑连续向前进行。

六、上肋梁压型钢板和楼盖板安装

安装方法同步骤三。

七、上肋梁及楼盖板钢筋绑扎

八、上肋梁、楼盖板混凝土浇筑

施工条件：混凝土浇筑时，施工环境温度宜保持在5℃-35℃之间，冬季施工应有《冬期混凝土工程施工专项方案》，暑期施工应有降温措施，尽量夜间施工。混凝土浇筑施工前，钢筋等隐蔽工程验收应完成，并在浇筑时注意留存同条件养护及标准养护试块。

① 上肋梁、板要同时浇筑，浇筑方法采用“赶浆法”，即先浇筑肋梁，根据梁高分层浇筑。成阶梯形，当达到梁顶板底位置时，再与板的混凝土一起浇筑，随着阶梯形不断延伸，梁板混凝土浇筑连续向前进行。

② 浇筑板混凝土的虚铺厚度应大于板厚，具体值视板厚而定。用平板振捣器垂直浇筑方向反复振捣，肋梁采用插入式振捣器顺浇筑方向托拉振捣，并用实时检查板混凝土厚度，振捣完毕后用木抹子抹平。施工缝处或有预埋件及插筋处用木抹子找平。浇筑板混凝土时不允许用振捣棒铺摊混凝土。

③ 施工缝位置：宜沿次梁方向浇筑楼板，施工缝留置在次梁跨度的中间1/3范围内。施工缝的表面与梁轴线或板面垂直，不得留斜槎。施工缝宜用木方或钢网挡牢。

④ 施工缝处须待已浇筑混凝土的抗压强度不小于1.2MPa时，才允许继续浇筑。在继续浇筑混凝土前，施工缝混凝土表面须凿毛，剔除浮动石子，并用水冲洗干净后，先铺浇一层水泥浆，然后继续浇筑混凝土，应采取可靠措施，使新旧混凝土紧密结合。

组合空腹夹层楼盖注意事项和质量要求：

满堂架搭设时，应根据施工图和BIM信息模型放定位线，保证每个剪力键下均有一个支撑，特别是在施工一层楼盖时，应采取可靠措施，控制架体在施工荷载作用下的沉降。

本层上肋梁混凝土达到100%设计强度后方可拆模，模板拆除时应校核上层楼盖自重及其施工荷载是否超过本层使用荷载,否则在本层下应经过计算，加设支架支撑，应保证空腹夹层板跨中不少于一个支撑点（支撑于柱网中间附近剪力键）。

组合空腹夹层板要求按跨度的1/500起拱。

组合空腹夹层板屋面所需排水坡度由结构起坡，坡度按建筑排水坡度要求。

组合空腹夹层板上/下肋及剪力键上严禁开设洞口，如相关专业确需开设设备孔洞时，施工前应通知设计人员作特别处理。

所用材料：

1. 压型钢板采用Q345-B、F（GB-700-88）钢材制作，厚度及尺寸遵循设计指标。连接上下肋的侧面连接钢板采用与底部压型钢板相同的材质钢材制作，钢板厚度和焊缝尺寸依据设计要求。压型钢板节点处底板采用高强螺栓连接，在节点处内侧面采用钢板焊接连接。预制压型钢板在具备资质的正规厂家制作，经质检员自检，并经监理工程师检验合格后，方可运到施工现场安装。

2. 钢筋：采用HRB400级钢筋,fy=360/mm²，钢筋进场时须经质检员自检合格，再经监理工程师见证取样，交由具备相应资质的实验检测单位检测合格后，方可用于工程。

3. 压型钢板底面采用高强螺栓连接，高强螺栓采用10.9级，螺栓布置采用固定方式。高强螺栓采用统一规格M14，螺栓长及其中螺纹长遵循设计要求。压型钢板底面锚固在混凝土内的栓钉采用Q345钢，直径为Φ10，栓钉等级8.8级，所有栓钉均在工厂预制时焊接完成，避免现场施焊。栓钉是钢凝组合梁中常用的重要连接件，它的作用就是抵抗混凝土与型钢面在荷载作用下产生的纵向滑移．保证型钢与混凝土作为一个组合整体共同受力。

4. 焊接材料

① 焊条：按设计要求选用，必须有质量合格证及产品说明书。E50××（GB5118）焊条用于HRB335级钢材, 直径为φ3.2mm；E55××(GB5118)焊条用于HRB400级钢材。压型钢板和上下肋连接板均采用钢材Q345，焊条相应确定。

② 二氧化碳焊丝：H08H08A H08E直径为φ1.2mm；CO₂气体：纯度指标≥99.98%。

5. 混凝土所需材料

① 水泥：硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥强度不低于42.5Mpa。水泥的品种、标号、厂家及牌号应符合混凝土配合比通知单的要求。水泥应有出场合格证及进场试验报告。

② 砂：中砂，含泥量小于2%，应符合国家现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》。

③ 碎石：石子的粒径、级配及产地应符合混凝土配合比通知单的要求，石子含泥量控制在1%以内，石子的针片状颗粒含量应控制在15%以内。

应用实例：

1. 鹤壁金融大厦建设项目位于河南省鹤壁市淇滨区南部淇水大道与朝歌路交叉口东北角，是一座重要的大型公共建筑项目，位居鹤壁市市综合服务功能区淇河十大建筑项目之首，作为鹤壁市地标性建筑，号称豫北第一高楼。占地27亩，大厦高38层，168米，由一座主楼和两个配楼组成，总建筑面积达10.6万平方米，于2013年正式完工。大厦建筑造型设计以淇河鲫鱼为灵感来源，因此也称淇鲫大厦，主要用途为金融商务、办公，是一座综合性、公益性的社会文化设施。该项目应用了《基于BIM技术的预制压型钢板-钢筋混凝土高强螺栓连接组合空腹楼盖施工工法》的成果，得到各方一致好评。

2. 新蒲广场工程位于郑州市工人路与淮河路，建筑面积5万平方，是一座现代化建筑，主楼采用框架核心筒结构，工程整体工程质量验收达到质量监督部门精品工程标准。优良的工程质量效果令社会各届到访者给以高度赞赏。本工程以其优良的质量特色、丰富先进的技术应用含量，吸引了业界同行的观摩借鉴，充分体现了建筑科技发展以大项目为依托的示范作用，具有良好的社会效益。该项目应用了《基于BIM技术的预制压型钢板-钢筋混凝土组合空腹楼盖施工方法》的成果，得到各方一致好评。

基于BIM技术的预制压型钢板-钢筋混凝土组合空腹夹层楼盖结构施工工法，是在钢筋混凝土空腹夹层楼盖的基础上，结合BIM技术应用、预制装配式等技术总结出的一种新型空间楼盖结构施工方法，楼盖下肋网格式交叉点处的压型钢板通过高强螺栓连接，在钢板内侧打销钉，浇注下肋混凝土后形成型钢-混凝土组合构件。受拉的下肋组合网格与受压的上肋网格板通过剪力键形成与钢筋混凝土空腹夹层板构造形式相同三维空间受力的空腹楼盖结构。

该楼盖施工时，采用BIM模型模拟、预制型钢构件在先，一次压型钢板组装，两次浇筑的施工流程。其中压型钢板在施工阶段做模板，在使用阶段做受力构件。

组合空腹夹层楼盖的结构形式相对于传统的钢筋混凝土楼盖结构和常见组合结构楼盖有很大不同，它由简单的平面梁板结构提升到了三维空间结构体系，其刚度及整体性均优于一般的传统梁板式结构。受拉性能较好的压型钢板由高强螺栓连接和底部纵筋作为空腹楼盖下肋，承担拉应力；受压性能较好的混凝土作为空腹楼盖上肋，承担压应力，受力形式比较合理，在各类大跨度工业与民用建筑中值得推广。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。