APP下载

基于BIM视角的建筑钢结构设计探究

2018-05-14孟顺意

中国房地产业·上旬 2018年7期
关键词:钢结构设计BIM技术建筑工程

【摘要】钢结构由于质轻、强度高,被广泛应用于高层、大跨度、异形建筑工程中。工程实践中,钢结构设计仍然存在很多问题,包括:设计方各自为政,衔接处理不当;构配件设计碰撞、施工碰撞;施工中由于吊装、拼接产生的偏差以及施工成本概预算偏差较大等等。文章从以上四个方面入手,基于 BIM 技术视角,提出了相应的解决方案。

【关键词】建筑工程;BIM技术;钢结构设计;优化要点

1、建筑结构设计中钢结构设计的重要性

钢结构设计包括:将设计规划、设计蓝图变成实体,和钢结构产品的整个演变过程。钢结构设计一方面反映出建筑物的整体质量,进而影响建筑业的发展,另一方面,钢结构设计还影响了现代钢结构制造业的发展。从建筑结构设计角度分析的话,钢结构设计既对几何设计提出了比较高的要求,还对具体的施工技术提出了专业的要求,因此,要求钢结构设计人员具有高水平的专业技能、工作经验和综合素养。

钢结构设计的难度比较大,设计人员应当结合建筑项目的施工性质与工程图纸,准确把握钢结构设计的要点,在脑海中形成清晰的立体结构,并通过设计图展现出来,保证钢结构整体设计的质量。

钢结构设计过程中,设计师必须严格遵守相关的设计规范与原则,充分掌握构造、结构受力特点等方面的要求,在满足国家的规定标准前提下,合理设计。同时,还要结合建筑工程的施工诉求,对钢结构的关键部位进行设计优化,确保钢结构设计的质量,保证建筑项目施工的顺利进行,以提高建筑企业的市场竞争力。

2、钢结构存在的问题

2.1钢结构的失稳问题

大量的调查数据显示,造成建筑项目钢结构安全事故的主要原因是钢结构的失稳问题。首先,钢结构失稳包括:局部失稳,以及由局部失稳造成的间接整体失稳。

当受弯部位发生失稳,并且尺寸大小超过承受范围时,严重影响钢结构建筑工程的质量。如果设计人员在进行建筑结构的钢结构设计时,没有对钢结构的支撑作用予以充分考虑,也将导致失稳问题的产生;如果鋼结构的吊装位置不当,会使网架、析架的杆件受力发生巨大变化,也会出现失稳问题。

导致钢结构发生的失稳因素很多,设计人员、施工人员要对此重视,做好对应的防范措施,保障建筑工程的施工质量。

2.2钢结构的腐蚀问题

钢材料的耐腐蚀性较差,尤其是在湿度大、有侵蚀性介质的环境中,钢结构会更加快速地生锈腐蚀,造成钢材腐蚀情况的出现,削弱构件的承载能力,严重时导致安全事故的发生。通过对木屋架、钢木屋架、钢筋混凝土屋架与钢屋架造成安全事故的统计调查发现,钢屋架出现安全事故的占比达40%,而这主要是由于钢结构的腐蚀问题造成的。

2.3钢结构的火灾问题

钢材的耐高温性较差,性能随着温度的变化而发生变化,在温度达到430到540摄氏度区间时,钢材的屈服点、抗拉强度以及弹性模量均迅速下降,承载的能力也就消失了。建筑物的构件耐火性能不好,发生火灾时承载能力就无法延续,会给安全疏散、物资抢救以及扑灭火灾等消防活动造成阻碍。

3、基于BIM视角的钢结构设计优化

3.1钢结构设计单体衔接处理

在Tekla Structures中输入建筑施工平面相关设计信息,三维建模,解决二维模型不可视化的错误判断;根据经验,输入结构类型,在BIM软件中模拟建筑受力,判断结构设计是否合理;输入给、排水以及电气设施,同时进行绿色建筑评定,并利用BIM软件对整个设计进行优化。BIM设计中,要保证所有设计参数值在一个界面上运行,形成不同设计单体成果,保证结构的合理化。在一个模块里面进行更改,减少了各个部门之间的摩擦,同时还能节省时间,提高效率。

3.2钢结构构配件碰撞处理

BIM可通过仿真技术,模拟建筑结构真实信息,形成三维立体构成图。结构配件包括:柱、梁、析架、IT条、屋盖、楼梯等;给排水构配件包括:给排水管道、蓄水池、上、下水管道等;电气构配件包括:插座、线路、配电箱等,上述构配件可以通过navisworks软件进行碰撞检查,最大程度上减少构配件在施工中的设计变更。同时,BIM还能够处理不同施工工种之间的碰撞:例如,某构件先行施工,但是占用空间比较大,致使后续构件的施工平面被占据、返工;利用BIM,通过VR技术对钢结构模型进行虚拟仿真,预留必要的入孔,避免施工碰撞。

3.3钢结构施工过程中偏差处理

在钢结构设计施工中,严格的把控现场,定期的将现场施工数据输入BIM平台中,评定施工质量,并根据BIM平台反馈的真实信息,更改钢结构设计,对现场施工进行质量返修。

BIM平台可以从源头实时监控,及时提取钢结构构配件的出厂信息,通过三维建模和VR技术,形成可识图的视觉效果,模拟真实的拼接状况,并将形成的误差反馈到结构设计中。设计人员根据得到的信息,进行偏心计算,验算设计方案是否能够满足预期的质量要求。徐州奥体中心采用BIM技术,进行关键构配件的施工安装(例如奥体中心使用的缩夹、施工焊缝),并通过VR技术模拟现场安装动画,指导施工。

3.4钢结构成本概预算分析

传统钢结构概预算是指,通过广联达等软件进行工程量清单的计量、计价,但是计算机设计较为程序化,没有考虑到市场的变化。而BIM技术采用SD建模,考虑到时间因素对工程的影响。例如,市场上工程材料的价格变化、施工技术高低,将影响现场的施工工序,最终影响建筑工程的质量。

BIM技术可以精确地预估工程成本,采用现场模拟技术,选用合理且经济的钢结构构配件设计,减少工程成本。以徐州市奥体中心为例,该工程构件采用了箱型弯扭构件、变截面圆锥管以及大直径弯弧管等,利用BIM技术输入设计参数,模拟施工环境,验算精确到各个节点和各个受力点,然后进行现场施工。该种设计策略,一方面满足了外形的设计要求,另一方面减少了返修的风险,降低了工程的造价成本,同时关注市场材料的价格变化,综合考虑各种影响建筑施工的因素,提高建筑概预算精准度。

参考文献:

[1]吕清海.建筑结构设计中钢结构设计的重要性与策略探讨[J].江西建材,2017(17).

作者简介:

孟顺意,大连都市发展设计有限公司。

猜你喜欢

钢结构设计BIM技术建筑工程
建筑工程中土建预结算方面常见问题的分析
基于BIM技术的建筑工程高支模监测应用与研究
弱电智能化系统在建筑工程中的应用分析
试论建筑工程预算在工程造价控制中的作用
高耸钢结构施工关键控制技术分析
工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究
BIM技术在配套服务用房项目的深化设计及应用研究
BIM技术在钢结构工程设计制造中的应用研究
基于BIM技术的工程项目信息管理模式
《钢结构设计》课程教学改革探讨与实践