為避免風(fēng)電機組耦合振動(dòng)，同時(shí)兼顧材料成本，超高風(fēng)電塔架一般采用鋼-混組合形式。風(fēng)電塔架一般地處偏僻，為適應批量化、短周期的施工需求，混凝土部分通常采用裝配式工藝。

本文以某鋼-混組合風(fēng)電塔架為例，對塔架混凝土部分預制構件從拆分方案到深化設計中孔道、鋼筋及預埋件等布置要點(diǎn)進(jìn)行總結，提出利用BIM三維建模出圖解決碰撞問(wèn)題，借助參數的驅動(dòng)方式快速布置鋼筋，采用極坐標方式進(jìn)行定位等措施。

本文以江蘇省某鋼-混凝土組合風(fēng)電塔架項目為例進(jìn)行講解，該項目中風(fēng)電塔架均為2.0MW電勵磁風(fēng)電機組，輪轂高140m，由下部高55.6m的混凝土塔筒和上部高84.4m的鋼塔筒組合而成。為使混凝土塔筒在正常使用階段不出現拉應力，采用40束無(wú)粘結預應力鋼絞線(xiàn)進(jìn)行張拉錨固，上端錨固在鋼法蘭上，下端錨固在基礎中。上部鋼塔筒部分通過(guò)法蘭盤(pán)實(shí)現與混凝土塔筒的連接。為便于施工，下部的混凝土塔筒采用裝配式結構，上部鋼塔筒結構與傳統形式相同。本文僅研究下部混凝土塔筒設計。該項目所在地抗震設防烈度為7度，混凝土塔筒抗震等級為二級。

塔架拆分設計

通過(guò)結構優(yōu)化，混凝土塔筒部分確定為中空圓臺柱，其幾何信息如表1所示。

由于該項目地處偏僻，為保證構件生產(chǎn)、運輸及吊裝方便，綜合考慮洞門(mén)高度、構件吊重和鋼模板尺寸模數等限制條件，將混凝土塔筒部分拆分成4.4m+3.35m+3.55m×13+1.4m = 55.3m 組合的16個(gè)節段( 見(jiàn)圖1) 。為減少現場(chǎng)濕作業(yè)，單節段構件不再沿環(huán)向進(jìn)行拆分。按照上述拆分原則，最大構件重約100t，位于基礎頂面第1塊，其余構件吊重均不超過(guò)90t，滿(mǎn)足預制構件吊重限值。

圖1 混凝土塔筒拆分

為使各節段混凝土塔筒間傳力合理、施工方便，本項目進(jìn)行如下節點(diǎn)設計。對鋼-混過(guò)渡部分，混凝土塔筒通過(guò)上部錨固的鋼墊板與鋼法蘭接觸，借助預應力預壓作用實(shí)現連接，如圖2所示。

圖2 鋼法蘭與混凝土構件連接節點(diǎn)

混凝土塔筒段間的接縫，借鑒裝配式剪力墻水平縫連接方法，通過(guò)接縫注漿的方式實(shí)現連接，如圖3所示。

圖3 混凝土塔筒水平縫節點(diǎn)

本項目混凝土塔筒為三維薄壁曲面構件，預制構件深化設計重點(diǎn)主要體現為坐標系確定、孔道定位、鋼筋和預埋件的布置等方面。由于本項目構件形式較復雜，因此采用BIM 技術(shù)對構件進(jìn)行深化設計。

構件坐標系確定由于裝配式施工工藝是將整個(gè)混凝土結構拆分為多個(gè)獨立構件進(jìn)行設計、生產(chǎn)和安裝，為保證后期生產(chǎn)與安裝定位準確，必須在設計階段對構件在整體結構中的定位關(guān)系予以統一和明確。為此，預制構件坐標系按如下原則確定:

1.構件下底面圓環(huán)中心作為坐標系原點(diǎn);

2.構件由上到下水平投影按照極坐標系的方式定位;

3.從坐標原點(diǎn)出發(fā)沿洞門(mén)中心線(xiàn)方向為0°方向，并按照順時(shí)針?lè )较驗檎?

4.坐標原點(diǎn)朝向構件上方作為坐標系z 軸。構件坐標系如圖4所示。

圖4 構件坐標系

預應力孔道定位

該項目中混凝土塔筒構件每個(gè)截面均有40個(gè)預應力孔道，根據與門(mén)洞的位置關(guān)系可分為標準孔道和非標準孔道，如圖5所示。

圖5 預應力孔道

1.標準孔道分布于距洞門(mén)較遠的區域，孔道中心線(xiàn)在水平面投影沿圓弧方向等角度均勻布置，孔道軸線(xiàn)投影交匯于圓心，即坐標系原點(diǎn)。

圖6 構件節段間孔道偏差

2.非標準孔道靠近洞門(mén)，屬于三維孔道，存在2 個(gè)維度的傾角，孔道軸線(xiàn)投影不通過(guò)圓心。塔筒吊裝完成后，預應力鋼束均需從每個(gè)孔道自上而下依次穿過(guò)。由于孔道數量較多，容易出現構件節段間孔道偏差，如圖6所示，孔道凈空間被削弱，穿束失敗風(fēng)險增加; 此外非標準孔道由于三維斜率原因，問(wèn)題將更為突出。為解決上述問(wèn)題，

首先在確定孔道內徑時(shí)考慮生產(chǎn)誤差，預留足夠空間，因此本項目孔道截面與鋼束截面面積比為3;

其次在繪制構件三維模型時(shí)，采用底圖方式對孔道進(jìn)行定位和繪制，坐標精度為0.1mm。

鋼筋布置

混凝土部分塔筒為薄壁圓環(huán)形構件，且半徑隨高度線(xiàn)性變化，使環(huán)向鋼筋布置的基準不斷變化，導致鋼筋布置及定位十分繁瑣。為此，綜合考慮構件特征，對鋼筋布置方式進(jìn)行優(yōu)化。

圖7 鋼筋參數化設計

1.針對構件內外側豎向鋼筋采用環(huán)向陣列的布置方式，考慮到構件高度不同，將陣列后的鋼筋族設計為參數化驅動(dòng)的鋼筋組，通過(guò)載入方式實(shí)現鋼筋快速布置( 見(jiàn)圖7a) ，與常規Ｒevit單一放置鋼筋方式相比效率提升約80%。

2.對構件環(huán)向鋼筋采用報告參數的方式解決布置問(wèn)題。有門(mén)洞口避讓的環(huán)向鋼筋，增加開(kāi)口寬度參數，實(shí)現多參數驅動(dòng)，如圖7b所示，相比常規Ｒevit 鋼筋放置方式效率提升約60%。

預埋件布置

由于塔筒節段為三維曲面構件，給預埋件的定位與布置造成了極大困難。不僅需要考慮定位方式及精度問(wèn)題，還要考慮基準面為曲面給埋件設計帶來(lái)的困難。

脫模及吊裝埋件與支撐調標高用埋件一般設置在構件橫截面上，放置方式無(wú)特殊要求。注/出漿孔道、防雷埋件及設備連接用牛腿埋件一般設置在塔筒內側壁上，由于內側壁為三維曲面，采用直角坐標系定位不易表達，且精度不易控制，最終采用極坐標方式進(jìn)行定位。同時(shí)由于曲面傾角存在，為保證埋件外露面處于水平和豎直狀態(tài)，在埋件設計過(guò)程中要考慮埋件傾角問(wèn)題。

由于單個(gè)構件中預埋件數量較多，埋件間、埋件與鋼筋間交叉情況較為頻繁，因此需要在設計過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注，借助Ｒevit 軟件的三維顯示功能進(jìn)行核查和調整，取得了良好的效果。

1.對風(fēng)電塔架及類(lèi)似結構三維曲面構件深化設計，利用BIM三維建模出圖可有效解決碰撞問(wèn)題，同時(shí)借助參數化驅動(dòng)方式可對鋼筋進(jìn)行快速布置。

2.由于風(fēng)電塔架外形如圓環(huán)構件，考慮到幾何外形設計和埋件定位問(wèn)題，采用極坐標較直角坐標系簡(jiǎn)便且易于表達。

3.在塔筒構件深化設計階段，應綜合考慮生產(chǎn)、運輸與吊裝環(huán)節問(wèn)題，保證設計方案對后續環(huán)節具有實(shí)際指導意義。深化設計階段重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題為孔道精確布置、埋件準確定位及與鋼筋間碰撞檢查等。

來(lái)源：《施工技術(shù)》