型钢混凝土结构复杂节点精细化施工技术

型钢混凝土结构复杂节点精细化施工技术

刘训银1,2

（1.中建四局第六建设有限公司 安徽合肥 230011；2.中国建筑第四工程局有限公司 广东广州 510000；）

摘要：随着建筑行业的发展，型钢混凝土结构因其优越的承载能力和抗震性能被广泛应用于大型建筑项目。然而，复杂节点的施工质量直接影响整体结构的安全与稳定。本文提出了一套基于建筑信息模型（BIM）和有限元分析技术（FEM）的精细化施工工法，通过对复杂节点的深化设计、碰撞分析和力学性能验算，优化了钢筋布置和构件连接，实现了高效的材料加工和安装。此外，强化了施工过程中的质量控制，合理安排了各工序的衔接，确保关键环节严谨规范。研究结果表明，该工法有效提升了型钢混凝土结构中复杂节点的施工质量和工程效率，为建筑行业的技术创新与可持续发展提供了坚实的依据。

关键词：型钢混凝土结构；复杂节点；精细化施工；BIM；FEM；钢筋布置

通讯作者：刘训银；通讯地址：2557841138@qq.com

0 引言

在现代建筑业中，型钢混凝土结构因其优越的承载能力、刚度和抗震性能而广泛应用于大型复杂建筑项目[1,2]。然而，这种结构中的复杂节点的施工质量直接影响到整体建筑的安全和稳定。关键节点如变截面劲性柱、劲性多梁交汇节点、核心筒墙梁等，因其施工难度和技术要求高，常常在设计阶段未能考虑钢筋的合理排布和连接问题。为提升这些复杂节点的施工质量和工程效率，提出了一套基于BIM和FEM技术的精细化施工技术，旨在为类似工程提供有效的施工指导，并推动建筑行业的技术创新与可持续发展。

1 工艺原理

通过BIM三维建模技术，对型钢混凝土结构复杂节点进行深化设计，优化钢筋及构件的尺寸和位置。在此基础上，将深化模型转化为FEM有限元分析模型进行力学性能验算，确保节点满足结构要求。利用优化后的模型进行钢筋及连接件的下料和加工，确保安装精准。施工过程需加强质量控制，合理安排各工序衔接，在钢筋绑扎、模板安装和混凝土浇筑等关键环节，严格遵循施工规范和设计要求，以确保高质量完成任务。

图1  型钢混凝土复杂节点构造示意图

1-型钢；2-钢筋

2操作要点

2.1 复杂节点识别及图纸整理

获取相关工程结构施工蓝图对型钢混凝土复杂节点所在部位进行识别，整理图纸仅呈现复杂节点处构件尺寸、标高、配筋等参数信息，形成复杂节点平面图纸。

2.2BIM建模及优化

（1）采用BIM三维建模软件，对型钢混凝土结构复杂节点进行建模及优化。建模过程中，应充分考虑各构件的尺寸、位置和连接方式，确保模型的准确性和完整性。

（2） 对深化设计结果进行碰撞检查，及时发现和解决钢筋与型钢、钢筋与钢筋之间的层叠、碰撞问题。

（3）对模型反映出的钢筋与型钢问题根据设计要求及规范进行针对性优化调整，调整方案如下：

梁负筋间距过小，导致混凝土浇筑施工困难时，钢筋部分可做并筋处理，适当增大钢筋直径，减少钢筋数量。

为保证钢筋间距可适当增加负筋钢筋排数，减小同排钢筋数量，进而减少梁腰筋数量。

因钢筋层叠导致梁钢筋保护层不满足规范要求时，优先考虑优化调整次梁截面面积或调整次梁标高。

钢筋与钢梁碰撞时，梁纵筋穿型钢可采用穿孔做法，但需满足腹板开孔尺寸的规范要求；柱纵筋可在钢梁翼缘板处截断，采用套筒与型钢连接。

根据复杂节点深化过程中钢筋数量、规格、位置及排布方式的设计调整，对钢结构连接板的尺寸、位置、角度、造型以及套筒的数量、位置等进行相应的深化。

图2  深化模拟流程图

2.3 FEM模型力学性能分析

基于 Revit API 接口，建立 BIM 模型向有限元模型的快速转换算法，实现基于 BIM 模型的有限元分析快速建模，建立仿真计算网络自动生成、材料参数自动施加的算法，形成 BIM-FEM 一体化建模方法。主要步骤包括：

（1）构件几何信息转换：利用空间坐标、定位线等关键信息对构件进行网格划分。

（2）材料特性转换：将 Revit 结构模型中的构件材料信息转换为 Python 脚本文件格式，并将其整合到存储中。

（3）荷载及边界条件转换：将 Revit 结构的自重荷载、构件点、线、面荷载以及边界条件进行转换，并将其整合为 Python 脚本文件格式，以便于存储。

（4）对 Python 脚本文件进行转换检查，对比 Revit 中的结构模型和 Python 文件中获取的模型数据，以确保 Python 文件书写的规范性。

2.4 节点安装与混凝土浇筑

按照准确的下料单进行钢筋下料和加工，并确保施工顺序准确，包括型钢柱安装、支模架搭设、梁底模板铺设、钢筋与型钢的安装等。钢筋须保护其保护层厚度以避免外露，模板应具备足够的强度和稳定性，整体安装应严密且不得漏浆。

在混凝土浇筑时，因节点内钢筋密集，需预先浇筑至梁下，等其成型后方可完成型钢与钢筋的安装。应使用与设计强度一致的自密实混凝土，并合理隔离复杂节点上的钢筋。

3 结论

本文提出的基于建筑信息模型（BIM）和有限元分析技术（FEM）的精细化施工工法，有效提升了型钢混凝土结构复杂节点的施工质量和效率。通过三维建模与碰撞分析，解决了钢筋与型钢的交汇问题，并进行了力学性能分析，确保设计的使用安全性。

参考文献

[1]陈磊.型钢混凝土结构梁柱节点深化设计及施工技术研究[J].建筑技术开发,2024,51(09):54-57.

[2]路殿成,樊明驰,陈诗颖,等.新型装配式型钢混凝土组合节点非线性分析[J].混凝土,2024,(07):178-185.