BIM技术在高大模板支架设计中的运用

工程概况

图1　拟建贵阳花果园N区效果图

该高楼高大模板范围涉及到多个部位，因第55层(标高236.9 m)结构较复杂，有游泳池、斜梁。斜梁最大断面600 mm×2 100 mm、500 mm×2 300 mm，其他最大梁断面尺寸为400 mm×2 300 mm，最大支架高度为11.25 m(标高225.65 m～236.9 m)，属“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围”，应当组织专家对专项方案进行论证。故选择第55层(标高236.9 m)范围轴网(11-1)～(11～12)、(11-H)～(11～M)的高大模板为例，采用BIM技术进行扣件式钢管模板支架设计。

模板支架设计

2.1　BIM技术软件的选择

模板支架设计，可选用品茗BIM模板工程设计软件或美国欧特克(Autodesk)的Revit软件，两种软件各有特色。品茗BIM模板工程设计软件，因可对CID图纸的构件进行识别，故可快速进行结构建模,可快速对墙、柱、梁、板模板及支架进行设计，生成各类平面、断面、大样图、三维图,能进行高大模板辨识,能进行模板安全计算。而Revit软件建模相对较慢，但建模效果较逼真,生成的各类大样图、三维图效果很真实，不需要进行任何修改,设计很灵活，适合各类复杂结构的模板设计,但模板设计速度很慢，不能进行模板安全计算。由于第55层(标高236.9 m)有游泳池、斜梁，结构较复杂，故选Revit软件。设计验算采用品茗安全计算软件。

2.2　Revit软件建模

2.2.1　标高、轴网建立

(1)建立标高220.25 m、225.65 m、229.65 m、233.15 m、236.90 m(第55层)。

(2)建立各层的轴网(11-1)～(11～12)、(11-A)～(11～M)。

2.2.2　导入CAD图

分别导入各层柱、墙、梁、板结构图。

2.2.3　柱、墙、梁、板布置

(1)对各层柱、墙进行布置：4根KZ1 900 mm×900 mm，32根KZ2 800 mm×1 250 mm, 核心筒剪力墙及柱。

(2)对各层梁进行布置：500 mm×2 300 mm、400 mm×2 300 mm、600 mm×2 100 mm、400 mm×1 900 mm、300 mm×1 550 mm、400 mm×1 000 mm、400 mm×800 mm、300 mm×1 000 mm等。

(3)对各层板进行布置：游泳池板厚250 mm，其他板厚150 mm。

2.2.4　三维效果图

建成后的N区11号楼标高220.25～236.9 m，结构三维效果见图2。

图2　三维效果图

2.2.5　建立族

建立扣件、顶托、蝴蝶卡族。

模板设计

3.1　对标高236.90 m(第55层)梁、板立杆进行设计

(1)梁底立杆设置：立杆采用 φ 48.3×3.6的Q235普通钢管。梁500 mm×2 300 mm、400 mm×2 300 mm、600 mm×2 100 mm梁底设置2根，沿梁跨方向按照450 mm左右(板立杆间距的1/2)设置；梁400 mm×1 900 mm、300 mm×1 550 mm梁底设置2根，沿梁跨方向按照不大于1 000 mm(同板立杆间距)设置；梁400 mm×1 000 mm 、400 mm×800 mm、300 mm×1 000 mm、400 mm×600 mm 、300 mm×600 mm梁底设置1根，沿梁跨方向间距按照不大于1 000 mm(同板立杆间距)设置；梁200 mm×500 mm及以下的梁底立杆不设置，沿梁跨方向间距按照不大于1 000 mm(同板立杆间距)设置。

(2)板底立杆设置：梁侧立杆距梁边为300 mm，距柱边为300 mm；板底立杆间距取板两侧梁立杆之间的间距均匀等分且间距不大于1 000 mm设置；梁侧立杆与板共同使用受力。

3.2　纵横杆设置

按照扫地杆距地不大于200 mm、步距不大于1 200 mm、立杆自由端长度不大于500 mm设置。

3.3梁侧模板、小梁(方木)、主梁(双钢管)、对拉杆设置

(1)梁侧模板采用15 mm厚胶合板。

(2)梁侧小梁采用50 mm×80 mm方木，沿梁横向布置，间距不大于200 mm设置。

(3)梁侧主梁采用 φ 48×3.0双钢管，间距不大于500 mm，沿梁竖向布置。

(4)梁侧对拉杆采用 φ 12钢筋，用蝴蝶卡两端固定，沿梁跨方向不大于500 mm(同梁侧主梁间距)，沿梁竖向排距不大于500 mm设置。

3.4　梁底模板、梁底小梁(方木)、梁底主梁(钢管)设置

(1)梁底模板采用15 mm厚胶合板。

(2)梁底小梁采用50 mm×80 mm方木，间距不大于200 mm设置。

(3)梁侧主梁采用 φ 48 ×3.0双钢管，间距同梁底立杆沿梁方向间距。

3.5　板模、板模小梁(方木)、板模主梁(双钢管)设置

(1)板底模板采用15 mm厚胶合板。

(2)板底小梁采用50 mm×80 mm方木，间距不大于200 mm设置。

(3)板底主梁采用 φ 48×3.0双钢管，间距同板立杆，间距不大于1 000 mm设置。

3.6　剪刀撑设置

按照加强型设置，每间隔3～5 m设1道竖向剪刀撑。架体高度11.25 m，设置3道水平剪刀撑。

3.7　设计图

(1)立杆、板底小梁、板底主梁、对拉杆等平面布置见图3。

图3　支架系统平面设计

(2)断面图见图4、图5。

图4　断面图一

图5　断面图二

(3)梁模板支架大样见图6～图8。

图6　梁400 mm×1 900 mm模板支架

图7　梁600 mm×2 100 mm模板支架

图8　梁500 mm×2 300 mm模板支架

(4)三维图见图9～图12。

图9　三维图(一)

图10　三维图(二)

图11　三维图(三)

图12　三维图(四)

3.8　设计验算

按照对模板不同的支架选择最不利荷载验算的原则，分别对梁500 mm×2 300 mm、600 mm×2 100 mm、400 mm×1 900 mm、400 mm×1 000 mm、200 mm×500 mm进行验算，对板厚250 mm支撑架体进行验算。

采用品茗安全计算软件以梁500 mm×2 300 mm为例进行验算，验算结果见表1。

通过计算其他梁断面、板支撑架体的验算均符合要求。

结论

BIM技术具有直观性、可分析性、可共享性、可管理性的特性，应用日趋广泛，而Revit软件仅仅是BIM技术众多应用软件之一。采用Revit软件进行模板支撑设计，设计修改灵活，从二维平面到三维图都是最直观、最真实的展示，可以做到和实际完全相吻合，尤其对于复杂的结构模板支架设计，越显示它的优越性。

表1　500 mm×2 300 mm梁验算结果