合肥奥福广场工程外包式脚手架设计与施工

合肥奥福广场工程外包式脚手架设计与施工

1幕墙造型变化合肥奥福广场项目建筑面积约120万元。本工程3层以上部位外立面幕墙造型多变，为倾斜形及S形组合，多层遮阳板外挑，幕墙龙骨悬挑长度在1～8m间变化，幕墙铝板无法使用传统吊篮或双排外架进行安装，另外由于外墙砌体结构已完成施工，也难以搭设悬挑式脚手架。2施工困难分析和对策2.1脚手架安装难度1）幕墙龙骨在平面及立面两个方向上不断变化，幕墙施工的作业面和作业空间复杂，需要搭设多排变化的外脚手架，或安装作业平台，工程量大，技术复杂，施工安全要求高。2）三维桁架龙骨空间走向变化复杂，搭设落地脚手架时，杆件极易与上部幕墙桁架发生碰撞，影响脚手架安全稳定，对幕墙面板安装和脚手架拆除带来困难。3）搭设的多排落地脚手架高达50m，属超高超限施工结构，架体自重及施工荷载大，对架体杆件承载力要求较高，架体基础需特殊处理，尤其是连墙件等各种构造措施必须安全可靠，同时现场存在多重交叉作业，对施工现场安全管理要求高。2.2脚手架结构方案比选以上问题的关键在于施工前能否对外脚手架进行合理的设计，综合考虑安全、经济和便利因素，对于悬挑1～4m的龙骨桁架，利用其水平龙骨搭设空中施工平台，在平台上挂设吊篮和搭设双排落“地”外脚手架，以形成多层作业面，满足幕墙面板安装的空间要求；对于悬挑4～8m的幕墙龙骨桁架，搭设多排超高落地脚手架，以提供各块幕墙面板安装的作业面，因此，要求结构简单，安全可靠。本文以后者方案为例，在设计多排落地脚手架时，利用BIM技术对外脚手架进行三维模拟施工，发现和解决架体碰撞问题，优化架体设计方案，避免返工耗时，安全可靠，绿色施工。经整体比选后采用广联达BIM模板脚手架设计软件，并对其功能进行拓展，以满足本工程外用脚手架深化设计要求首先利用广联达模架软件建立主体结构空间三维模型，并与设计单位的幕墙龙骨模型合并，模拟铝板幕墙施工前工程现场情况。然后进行脚手架三维设计，根据幕墙龙骨变化情况，设计空间变化的3～8排作业脚手架，查找架体与龙骨碰撞问题。最后根据碰撞情况，调整及优化架体设计方案，进而指导现场施工。3模型和框架的构建3.1建立工程结构模型使用新版广联达模板脚手架GMJ3.0软件中CAD识别功能，导入图纸，进行图纸分割、定位、识别楼层表及轴网，再按照构件类型依次识别柱、墙、梁、板，逐层建立工程结构模型（图2）。3.2达算量建模平台对于幕墙钢龙骨及面板部分，将幕墙三维图纸导入广联达算量建模平台，利用幕墙龙骨及铝板空间定位信息，快速生成幕墙龙骨模型。然后在建模平台中将主体结构模型和幕墙龙骨模型进行合并，导入模架软件（图3）。3.3外架结构的调整与设计设计脚手架时，根据施工需要，分区分块设置脚手架搭设基本参数，进行脚手架布置，生成脚手架模型，可观察到与结构模型的关系，进而在模架软件中进行调整和设计（图4）。首先选择外脚手架所使用的材料，包括钢管、埋件、密目网、脚手板等，然后进行外架立杆间距、步距、排列方式、剪刀撑、横向斜撑、连墙件、脚手板等杆件基本的设计。根据幕墙龙骨和混凝土结构情况，布置各个部位的外脚手架，分区分块设置立杆间距、高度和外架排数，然后软件根据参数及分区分块进行自动布置（图5）。4软件扩展和优化4.1空间分块定义、拉通布置利用软件已有的分块设计功能，对空间变化的幕墙结构设计作业脚手架，在幕墙不同部位，分别设计3～8排外脚手架，在平面及竖向均存在外脚手架排数变化，需要对软件中分块设计外脚手架功能进行拓展，能在平面及竖向对各部位外脚手架排数、间距等进行定义，以满足工程空间变化的设计要求，同时又必须确保不同部位架体整体连接，各区域钢管连贯拉通，优化了软件空间分块定义、整体拉通布置的策略（图6）。4.2架的关键作用原广联达模架软件中不含外脚手架及其连墙件设计，而连墙件是解决超高外脚手架的关键。故本次增加2种连墙件的设置：一种为采用长钢管将外脚手架和主体结构框架柱用井字式抱接；另一种采用短钢管在多排外脚手架内和钢桁架有效拉结，以确保外脚手架的整体稳定性。故对原软件提出改进措施，增加建模步骤。4.3施工过程模拟优化原设计软件脚手架高度受限，且结构简单，须将设计高度提高至100m，且外脚手架平、立面变形复杂，须相应增加卸载、碰撞处理、构造加固等措施，使软件功能更加强大，更好地考虑施工过程因素的影响，提高了施工模拟的有效性。5框架冲突和优化5.1外脚手架水平杆与幕墙龙骨碰撞对于参数化布置的外脚手架设计方案，进行碰撞检查。通过三维观察，主要有以下碰撞问题：1）外脚手架立杆与幕墙龙骨碰撞（图7），需要对相应立杆位置进行方案或施工调整。2）外脚手架水平杆与幕墙龙骨碰撞（图8），需要对相应水平杆高度进行施工调整。3）立杆或水平杆与幕墙面板碰撞（图9～图10），既有杆件与水平面板相碰撞，又有杆件穿过垂直面或曲面面板，需要采取调整架体方案和优化施工工艺来解决。5.2维多角度观察目前参数化架体设计后，对于钢管架体与幕墙工程间可能存在的碰撞，采取的是三维多角度观察的方式，发现碰撞点，进行标记，再调整架体。根据工程需要，对模架软件提出了自动碰撞检测的拓展需求，以提高设计效率。5.3架体搭设、转换与加固1）架体搭设过程中微调碰撞杆件位置：利用钢管安装的微量变形，避开和龙骨或面板的碰撞，架体搭设的微调距离不大于100mm。2）架体搭设过程中改变碰撞的水平杆位置：纵横水平杆与幕墙构件明显碰撞或多点碰撞时，架体搭设时即可上下或左右移动水平杆位置，避开碰撞构件，移动时原则上应减小搭设间距参数，以利于安全（图11）。3）架体搭设前优化施工方案，调整立杆碰撞杆件位置（图12）。架体搭设前，根据BIM碰撞模拟，调整碰撞立杆的定位间距，原则上减小搭设立杆间距参数，调整后立杆应完全没有碰撞点。因立杆间距调整而影响到与其相交的水平杆的连接，附加水平杆处理，同时增设立杆，以确保立杆的横向间距满足方案要求。4）架体搭设后，施工幕墙过程中自上而下搭设碰撞杆件，再安装面板。当施工无法规避架体杆件与幕墙面板碰撞时，该面板可待周边面板安装完成后，拆除上部支架，进而拆除该碰撞杆件后，再补装面板，拆除上部架体时，应注意同步拆架，避免局部失稳，拆除立杆较长时，为避免影响下部支架稳定，慎重运用切割方法。5）架体搭设后转换碰撞杆件，再安装面板。当施工无法规避立杆、连接件等与幕墙面板碰撞，且拆除上部支架有困难时，可在确保安全可靠的前提下，对碰撞杆件进行局部转换并加固处理，如立杆与面板碰撞时，可局部切断立杆，用2根相邻立杆代替并加固后，可切断碰撞部位的立杆，必要时还需增加水平杆件以加强转换区域整体刚度，确保施工分段和安全。目前碰撞点需要逐个进行作业架调整，效率低，对软件提出了根据碰撞处理自动调整的拓展建议。6设计施工架本工程通过利用广联达BIM模板脚手架软件，解决了异形幕墙工程作业脚手架设计难题，利