建筑信息模型BIM概论第6章-BIM结构分析模型课件.ppt
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- 建筑 信息 模型 BIM 概论 结构 分析 课件
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1、第6章 BIM结构分析模型转换应用本章内容本章内容6.1 概述6.2 结构分析模型信息说明6.3 结构分析模型转换6.1 概述6.1 6.1 概述概述在工程的结构设计过程中,工程师可能会采用不同的有限元软件创建不同的分析模型。如果同一工程的模型在不同软件中需要重复创建的话,不仅工作量巨大,而且工作效率低下。因此,如第4章所述,一种设计模型多种用途对目前项目普遍工期紧、方案修改频繁的情况下,是非常有意义的。6.1 6.1 概述概述 如何实现不同结构分析模型之间数据和信息的高效转换,是决定结构设计品质的关键。 此外,结构分析模型之间的转换也是规范与规程所催生的产物,比如我国高层建筑混凝土结构技术规
2、程(JGJ3-2010)和建筑抗震设计规范(GB50011-2010)中均有条文明确规定:部分复杂和超限结构应采用至少两个不同力学模型至少两个不同力学模型进行结构计算、分析与比较。6.1 6.1 概述概述 结构分析模型数据和信息是建筑模型的重要组成部分,相比建筑外观造型等信息而言,这些数据和信息不相比建筑外观造型等信息而言,这些数据和信息不那么直观,相对比较抽象那么直观,相对比较抽象。 结构分析模型记录信息主要是结构荷载荷载与抗力抗力之间的平衡关系,其中荷载荷载信息信息包括:恒荷载、活荷载、风荷载、温度荷载、地震作用、雪荷载、人防荷载、偶然荷载等;抗力抗力信息信息则包括混凝土材料等级、钢材等级
3、、钢筋等级和面积等。6.1 6.1 概述概述 结构分析模型的数据和信息通常是海量的,尤其对于复杂和超高层建筑而言,早先的以图纸和手写计算书为主的方式根本无法适应当前对结构数据和信息的需求。 能完成结构设计、数据和信息记录的通用软件与专业软件主要有Midas、Sap2000、Etbas、PKPM、Marc、Abaqus、Ansys、广厦、佳构、YJK等。 土木工程专业的学生应能至少熟练掌握其中的一种土木工程专业的学生应能至少熟练掌握其中的一种,并且系统地了解常规结构体系的建筑与结构模型数据和信息创建与分析过程。6.2 结构分析模型信息说明6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明
4、近结构模型信息包括可见与不可见两部分。比如柱、斜撑、墙构件的空间布置与构件的空间连接关系,墙和楼板开洞,构件的截面大小、材质,平面尺寸、楼层层高等信息,这些信息均可以在模型与荷载输入菜单中查看,此类信息在建筑设计类软件比如Revit(AutoCAD)、Bentley等中均能完整表现。 但与力学计算、结构承载力以及变形验算相关的结构信息,如弹性模量、节点荷载、材料线膨胀系数、应力、应变等信息在建筑设计类软件中比较难于表现,有的甚至表现不了。 YJK软件能够将完整的结构信息导入到多种结构分析软件中甚至是互相导入(如图6-1所示),导入的效果均能达到适应日常生产的水平,其便捷程度也是某些结构分析软件
5、短时间内不可企及的,这也是本节选择YJK软件进行介绍的原因之一。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明图6-1 YJK软件全面的模型与数据信息转换功能图6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.1 结构模型创建 可以直接在YJK自主研发的交互图形平台的荷载与模型菜单中建立结构信息模型。 YJK模型输入模块是比较专业的建筑结构模型与荷载输入平台,其专业性主要体现在以下几个方面: (1)自动搜索结构的底部柱和墙,对低于“与基础相连构件的最大底标高”的节点形成嵌固支座。 (2)在梁、墙构件所围成的封闭区域自动生成楼板。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分
6、析模型信息说明6.2.1 结构模型创建 (3)自动对柱和墙进行拉伸。 由于建筑结构与其他行业的分析对象不同,具有明显的层属性,也就是说,处于同一楼层的竖向受力构件,其高度一般是相同的,因此只需要输入二维平面构件布置图(有些工程师习惯看平面图),即可快速形成三维模型,同时支持直观的基于BIM的三维可视化建模。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.1 结构模型创建 (4)只需要输入几个简单只需要输入几个简单的物理参数,即可按照建筑结构荷载规范(GB50009-2012)对结构的风荷载进行计算。而且,输入为数不多的几个地震动参数,即可自动依据建筑抗震设计规范(GB50011
7、-2010)完成复杂的地震作用信息输入与内力计算和调整。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.1 结构模型创建 但建筑师的工作一般先于结构师,由于建筑软件Revit(AutoCAD等)在造型、渲染、漫游等诸多方面具有明显优势,比较受建筑师的青睐,因此,也可以采用第5章中介绍的方法,直接此类软件的建筑模型信息等快速转入YJK等结构专业软件中。再补充后续建筑软件不擅长的结构分析设计及结果信息。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息 对于结构分析而言,一般关注两个方面的信息:其一是分布于结构上的荷载,其二是结构本身的抗力。结构工程师的工
8、作就是使用最优结构体系和材料去抵御可能的外荷载。建筑结构上应考虑的荷载,一般是由大量大量的统计工作的统计工作获得,其建议值已列于建筑结构荷载规范(GB50009-2012)之中。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息 主要的荷载分类有:永久荷载(又称恒荷载)、楼屋面活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用,荷载信息在软件中分荷载工况分荷载工况进行存储,并且用于后续的内力分析与设计。 为了方便管理,荷载通常按层和构件类型层和构件类型分别输入,比如恒荷载可按节点、梁、柱、楼板、墙等建筑构件分类后分层进行输入。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.
9、2.2 荷载信息 荷载信息宜分类管理,不只是有利于快速查询和修改,也是结构设计的需要。这是荷载等结构分析模型信息区别与其它信息的一个重要的特征。 同样是楼面荷载,会将其区分在两类菜单中进行输入和管理,是因为荷载种类不同,对设计内力影响也是不同的。主要体现在部分用于梁、墙设计的活荷载需要折减,但恒载不需要折减,而且荷载种类不同,效应组合值系数也会不同。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息(1) 楼面恒荷载 楼板的恒荷载包括楼板本身自重产生的荷载,以及粉刷、吊顶等装饰层产生的永久性荷载。长期存在于建筑结构之上的固定设备也属于恒荷载,此类荷载在软件中以面荷载的
10、方式进行输入和存储。(2) 楼面活荷载 楼屋面活荷载与恒荷载相比具有明显的不确定性,活荷载的大小常因房屋的使用功能不同而各异,楼屋面的设计活荷载大小一般由统计结论确定。常见的民用建筑,比如教室、住宅、商场、医院等,均可以通过查阅荷载规范获得。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息 荷载取值确定以后,通过如图6-5所示的荷载管理菜单输入与查询。结构荷载信息既可以在平面图上查看,也可以通过三维图形方式查看。图6-5 三维梁荷载图6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息(3)风荷载 与恒、活荷载不同,在软件中通过输入地面粗糙类
11、别、基本风压等基本参数后由结构软件依据规范,自动计算风荷载的大小以及将风荷载进行分配软件根据建筑物的外轮廓,求得建筑物的迎风面面积,然后依据规范规定对风压调整后计算获取整个结构迎风面的风荷载大小,再将风荷载分配到与迎风面相关的节点上。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息(3) 风荷载 图6-6 风荷载基本参数对话框6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息(4)地震作用 地震作用是建设场地位于抗震设防区的结构设计中最重要的外“荷载”形式之一,位于高烈度区的结构地震作用经常是起控制作用的荷载工况。地震参数中的主要信息为设防
12、烈度(建筑物所在场地的设防烈度可查阅建筑抗震设计规范(GB50011-2010)确定),设防烈度决定地震影响系数的最大值,即地震力的水平(可能发生地震灾害大小)。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.2 荷载信息(4)地震作用 图6-7 地震信息对话框6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.3 材料信息 土木建筑工程所用材料种类一般比较固定,主要包括混凝土、钢筋、钢材,少部分结构采用砖砌体、空心砌块砌体等。除此之外还有采用木材、石材搭建的结构,但为数不多。 不同材料的力学性能区别较大,采购时价格差异也比较明显。材料是结构信息中又一最重要的属性,
13、目前最常用的混凝土、钢筋强度等级、钢材强度等级、砌体等级、木材强度等级在现行混凝土结构设计规范(GB50010)、 钢结构设计规范 (GB50017)、 砌体结构设计规范(GB50003)、 木结构设计规范GB50005中均有列出。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.3 材料信息 从C15到C80共14个等级。针对钢筋强度等级,曾在2002版的规范中包含有HPB235级的光圆钢筋。根据国家“四节一环保”的要求,提倡应用高强、高性能的钢筋,因此,在在20102010版的规范中不再将版的规范中不再将HPB235HPB235级钢筋列入,级钢筋列入,取而代之的是取而代之的是
14、HPB300HPB300级钢筋级钢筋。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.3 材料信息 结构模型的材料信息是影响结构响应和设计结果的决定性因素,材料信息在同一个标准层中通常是相同的,同一标准层的材料在软件中可以通过一组表格形式的参数按构件类别快速完成指定,如图所示。图6-9 楼层信息设置对话框6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.4 构件特殊属性信息 构件特殊属性信息是指杆件铰接、刚度系数、扭矩折减系数等。这类信息具有一定的特殊性,部分信息原本是不存在的,由于模型抽象或者简化而产生。在建筑模型中一般不表现此类属性,即使表现此类属性,也不明显
15、。 以杆件铰接信息为例进行说明,铰接是一个比较抽象的力学概念,除了钢结构中的构件栓接之外,真正意义上的铰接是不存在的。将梁端指定为铰接,通常情况下因弯矩为零,设计配筋会比较小(有时为了结构抗震性能需求,故意通过减少设计内力将其弱化)。6.2 6.2 结构分析模型信息说明结构分析模型信息说明6.2.5 分析结果信息 结构分析总信息文件对模型的主要数据和信息进行了汇总。结构分析总信息是结构设计及施工图审查中比较受关注的内容,是快速了解结构概况的记录文件。包括结构体系,结构所在地区等一系列详细的结构设计参数。以及周期、振型、地震作用和超限信息等等。图6-10 分析结果信息6.2 6.2 结构分析模型
16、信息说明结构分析模型信息说明6.2.6 施工图信息 施工图信息细而琐碎,专业的结构设计软件(PKPM、YJK)均会自动给出梁、柱、板、墙等基本构件的实际配筋初始方案(如下图)。但仍需大量的手动修改和完善,目前各设计院配置人员比例最高的一般都是施工图绘制人员。 图6-11 板施工图配筋信息6.3 结构分析模型转换6.3 6.3 结构分析模型转换结构分析模型转换 支持BIM数据和信息转换的IFC标准还处于不断完善之中,直接应用IFC格式进行数据和信息的输入输出相对比较困难。 就目前来说,比较合适的做法是形成各种软件本身可以直接读取的文件格式。单从这个目标来说,YJK软件已经达到国内领先水平,不仅可
17、以将结构模型转换成最为流行的BIM建模软件Revit所识别的格式,还能将Revit格式的模型转为YJK所识别的格式(详见第5章内容)。6.3 6.3 结构分析模型转换结构分析模型转换 YJK软件还能与当今国内较为流行的结构分析软件比如PKPM、Midas,Etabs,Sap2000、Abaqus等进行模型的数据和信息相互转换,从而对结构模型进行线弹性分析或者弹塑性分析,这充分体现了BIM的信息集成和互协作理念。 因此,从某个层面上来说,YJK软件可以充当BIM在国内应用的“数据中心”或者“数据标准”。6.3 6.3 结构分析模型转换结构分析模型转换 YJK软件将结构模型数据和信息转入到其他软件
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