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BIM问答|BIM如何助力结构设计?BIM技术在实际项目结构设计的应用举例

龙岩金融商务中心B3号楼则是一个成功将BIM技术运用于其结构设计的案例。

该工程地处商业中心地带,建筑结构安全等级为二级,地基基础等级为乙级,建筑抗震设防分类为标准设防类,抗设防烈度为6级(0.05g),设计地震分组为第一组,基本风压为0.35kN/㎡。该结构外围采用方形或者圆形钢管柱和H型钢梁来布置钢框架(如图1所示)。结构中心为空间网格结构,外表皮由圆钢管构成一段闭合的曲面空间,并以此作为竖向称重和水平抗侧力结构;在此曲面空间内部,是由双向交叉的H型钢梁上铺压型钢板而构成的楼面;两个结构之间是通过钢桥连接在一起。结构钢材强度为Q345-B,基础及地下室混凝土强度等级为C40。

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图1龙岩金融商务中心B3号楼外观模拟

该项目应用BIM技术的出彩点之一就是在此项目的结构设计中,运用了BIM技术建模(如图2所示)。为保证结构模型的精度,提高结构建模的效率,技术团队选择了BIM软件进行结构建模,并将建好的结构模型导入到计算软件。BIM软件不仅能够实现建筑结构的物理模型的导入,同时能够将项目实际情况中的荷载、荷载组合、支座条件等结构计算参数输入到到软件中。

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图2龙岩金融商务中心B3号楼结构模型

在构件间的节点设计部分,由于内部网格结构竖向构件采用的是圆形钢管,水平构件采用的是H型钢梁,这也就导致了梁柱节点连接处较为复杂;并且因为要重点考虑空间网格式结构的整体稳定性,所以最后决定采用刚接形式将梁与柱的节点处连接起来。最开始时,梁与柱的节点连接方式是,在它们各自的节点处设置两块相互垂直着的椭圆形插板。但是考虑到为了将节点承载力最大化的提高,这就决定着两个圆形钢管的面积之和与节点一侧相关钢管面积的差值必须要小于所设置的插板的截面面积,由此,才能从理论上保证节点的承载力大于等于杆件的承载力。但采用Inwentor建模软件进行模拟实际情况的时候发现,如果采用之前所述的插板形式,会导致某一部分的圆形钢管被切除的面积过大,节点左侧的圆形钢管与插板之间的交线与右侧的距离较远,这样就会产生节点削弱的情况。在经过多次的修改设计方案和建模模拟后决定采用在节点上层的两个圆形钢管相贯线所在平面处设置外一块插板,节点下层的两个圆形钢管相贯线所在的平面设置另外一块插板,两块插板之间用水平厚板相连接(如图3所示)。由于节点处还将与水平H型钢梁相刚接,为了有效的传递钢梁之间的弯矩,则需要在节点处上下设置一个异性水平外环板,将两块板分别与楼层钢梁的上翼缘相连接。

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图3构件节点连接处设计

这个项目中应用BIM技术的另外一个出彩点就是利用BIM技术出图。因为此项目的结构设计是运用的BIM技术建立结构模型,建模过程中是采用的是结构拆分建模发,就是分别对结构的外围钢框架结构进行建模和对中心空间网格结构进行建模,分别独立建模完成后再在BIM软件中进行组装的。整体结构模型组装完成,将结构计算分析,计算分析及修改结束后就可以确定方案结构了。结构模型一旦完成,整体结构的任意平面及剖面都可以通过剖切模型来得到,如果后续需要修改模型和数据,在此做出的任何修改都可以实时跟新到施工图上。由于节点的复杂性,所以绘制节点施工图的任务也比较复杂繁琐,于是决定也采用BIM软件进行对节点施工图的绘制工作。

在此项目的整体结构设计中,将BIM技术应用的较为出彩,较大化的发挥了BIM技术的优势和特点,实现了BIM结构模型对结构计算模型的部分直接导入,这样结构模型直接导入计算软件的形式,大大的提高了结构计算软件中的建模精准度,也同时简化了部分结构和构件节点的计算,最后在结构模型的基础出图了部分结构施工图,后续在二维CAD软件中对结构构件及节点进行了深化设计,完成了整体结构二维施工图的绘制。

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