烟台市建筑设计研究股份有限公司 山东烟台 264003
摘要：BIM技术是一种伴随建筑全寿命周期的建筑技术，其以数据采集与分析为核心汇聚包括建筑设计方、施工方、管理方等各方的信息数据，并通过共享的方式方便各方的查看分析、各专业的协作。BIM技术应用于建设设计时其可以通过构建建筑三维模型，利用其可视化的特点帮助设计人员进行更好的设计。基于此，文章就建筑结构设计中BIM技术的应用展开论述。
关键词：建筑结构设计；BIM技术；技术应用
1BIM技术
BIM（Building Information Model）也称建筑信息模型，可以对建筑工程结构实体进行数字化转化、表达，应用4D模型技术可以模拟工程建设的整个生命过程，乃至建筑运营过程，打破时间、空间的束缚，信息数据无阻传递，在网络平台上加强信息数据共享。BIM技术在实际使用当中具有关联性、统一性、便捷性特点。特别是对于综合商场、高层建筑的结构设计中，需要每个结构、板块相互契合，加强各个部位的衔接工作，有助于参建单位的开展精细化管理。可见，使用BIM技术可以满足以上所有要求，降低建筑工程设计误差、返工率、建设成本，加强BIM技术的研究有着重要意义。
2BIM技术在建筑工程应用中遇到的问题
2.1主观因素影响
在对建筑工程进行设计的过程中会遇到内部结构复杂特殊的建筑形式，因此也要选用特殊的结构模块，对建筑形式内部进行控制。在一定的情况下，剖面视图和3D图形并不能达到满意的效果，导致设计者放弃使用BIM技术而使用原始的方案设计。因此，在选择建筑项目软件的过程中技术人员会受到主观因素的影响而放弃使用这一技术，导致BIM技术在建筑工程中的应用出现阻力。
2.2参数不匹配
BIM技术是大多数3D工具的基础，其产生的效果图与传统的2D创建的视图有明显的差别。因为BIM软件要保证与2D习惯的设计方式存在联系和连贯性，所以当BIM软件和2D创建视图不匹配或参数在设置时的不当行为都会影响BIM技术的应用。
3建筑结构设计中BIM的应用实例
3.1工程概况
某工程总层高为10层，建筑设计以环保型建筑标准为主，总高度39.3 m，建筑主体为钢筋混凝土框剪力墙结构。要求达到6度抗震防烈标准，丙类设施，安全等级要求二级；室内环境要求为一类，地震分组1组，Tg=0.35 s；室内潮湿、露天、水土接触环境为二类a，B类地面粗糙度，风载体型系数取1.3；基本风压、雪压分别为0.35 k N/m2，0.5 k N/m2。
3.2框架—剪力墙结构受力性能分析
本研究中建筑工程实例结果为框架—剪力墙结构，大部分的水平横向荷载均由剪力墙部分承载，而框架部分则承载了大部分的竖向荷载，这种建筑结构综合了剪力墙与框架结构的优势，其刚性水平稍稍低于框架结构系统，但是水平荷载受房屋侧移的影响较少；而框架—剪力墙结构系统的平面布置又优于单纯的剪力墙结构，前者的自由度更高，灵活性更好。框架结构主要为剪切型变形，剪力墙结构则主要产生弯曲型变形，而框架—剪力墙结构的变形综合了框架结构与剪力墙结构的特点，因此在本工程中，由于楼板在自身平面内刚度较大，通过楼板将二者联系起来，可以使框架与剪力墙在各层楼板标高处产生同样类型的变形。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于剪力墙的侧向刚度远大于框架结构，因此在框架—剪力墙结构中剪力墙承担了大部分的外部荷载，剪力墙受荷载作用其下部会出现变形，但是却减少了框架结构下部的变形，大部分剪力均作用于剪力墙底部，结构上部所承担的剪力较轻，因此结构上部的剪力墙变形小；而框架结构底部虽然承担剪力较少，但是由于剪力墙上部结构剪力变形下降，框架上部承载的剪力就会随之增加，相应的变形也会进一步增加。框架—剪力墙结构中，二者协同工作存在剪力分配及共同变表曲线问题，这类问题可以通过计算框架—剪力墙结构来解决。
3.3建立模型及计算分析
（1）建立结构模型
将绘制完成的CAD图纸导入软件Revit中，轴网的绘制可以通过拾取轴线来实现，Revit再对轴网按照自动顺序进行自动编号；或者不导入CAD根据轴网尺寸手绘轴线。完成轴网绘制后先对竖向构件进行定义，将柱子、剪力墙等布置到对应位置；再定义横向构件，将框架梁、次梁、连梁等布置到对应位置。最后对结构楼板进行定义，楼板尺寸为h1=120 mm，h2=100 mm，并完成布置。
（2）计算模型
《建筑结构荷载规范》中明确规定了民用建筑的楼面均布荷载要求，其中办公楼、厕所均布活荷载为2 k N/m2，楼梯、走廊为2.5 k N/m2；屋面活荷载取二者最大值2.0 k N/m2。Revit软件要根据建筑结构荷载规范中的相关要求，运行结构荷载工况、定义荷载组合，并根据荷载布置情况定义结构柱底端、墙底端约束。注意设计结构荷载与实施施工情况存在一定差异，实际施工过程中有抹灰、瓷砖等工程，因此楼板恒荷载就设计为2.0 k N/m2；墙体施工可采用加气混凝土砌块的方法，容重为7 k N/m3；墙体梁间横荷载为6.5 k N/m；本建筑屋顶采用女儿墙的做法，梁间荷载取1.5 k N/m。建筑各结构荷载统计完成后将其施加于系统模型中，定义荷载工况及荷载组合，并进行底部约束，再将模型导入Robot中计算结构。
分析模型整体位移图可知，剪力墙结构在竖向荷载作用下其底部位移较上部位置更少，而框架结构则恰恰相反，其底部位移则大于上部位移，当建筑结构底部受到荷载作用时，框架结构与剪力墙结构的协调差距会随之减少；反之建筑顶部受到荷载作用时，框架结构与剪力墙结构的位移协调差距就会随之增加。比如本建筑中某号轴线处一根底层框架柱，其截面尺寸70 cm×80 cm，HY=70 cm，HZ=80 cm，AX=5 600 cm2，IX=4 372 338.136 cm4，IY=2 986 666.667 cm4，IZ=2 286 666.667 cm4；弯矩最大值138.16 k N·m，弯矩最小值-63.64 k N·m。其在受到竖向荷载作用后可采用分层法力矩分配近似计算原则，在满足竖向荷载的条件下，底层柱的传递系数取0.5，余者取0.33；忽略竖向荷载作用下的框架侧向位移即可。
以某同一轴线处一根框架梁为例讨论其在恒荷载作用下结构受力及变形特点，该框架梁截面尺寸为300 mm×700 mm，HY=30 cm，HZ=70 cm，AX=2 100 cm2；IX=460 059.601 cm4，IY=857 500 cm4，IZ=157 500 cm4。其弯矩最大值135.1 kN·m，最小值-312.39 kN·m；框架梁跨中、梁底部受弯支座处均为正弯矩，如梁顶部受弯，则受竖向荷载作用所产生的侧向位移即可忽略。
3.4配筋设计
根据Robot计算结构设计结构钢筋混凝土构件配筋，设计过程中，材料属性相关参数可在“计算参数”项目中进行设置，混凝土规格为C30，强度为20.1 MPa；徐变系数设置为2，单位重量为2 501.36 kg/m2；最大裂缝宽度取值0.3 mm，以用于验算配筋裂缝；纵向钢筋选择HRB400带肋钢筋，强度参数取400 MPa；横向钢筋选择HPB235光面钢筋，强度参数取235 MPa；配筋设计过程中先对比计算配筋结果与理论配筋数据，再根据比对结果对实际配筋进行调整。利用Robot配筋结果绘制配筋图，应用速博插件中的“钢筋工具”绘制每根梁、柱的三维钢筋图。
结语
随着信息化技术的发展 BIM 技术将有着更加广阔的应用前景，结构设计作为BIM 技术设计中的重点也是难点将会进入一个崭新的阶段，借助于BIM 结构设计的应用和发展将使得建筑设计与结构设计之间的衔接更加紧密，结构与施工之间的联系更加密切，从而使得BIM 技术在结构设计中获得更好的应用。
参考文献
[1]郭士刚.建筑结构设计中BIM技术的应用[J].工程技术研究，2017（11）：224-225.
[2]刘靖，朱平.探析建筑结构设计中BIM技术的应用[J].价值工程，2017，36（07）：162-163.
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/11
标签：荷载论文; 结构论文; 剪力墙论文; 建筑论文; 技术论文; 框架论文; 结构设计论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;