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绿色建筑材料加固模型

发布时间:2020-05-22   |  所属分类:建筑设计:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  BIM技术是涵盖了建筑构建全过程各细节的信息化模型,可真实、准确的再现建筑实景信息,而装配式建筑因节能、环保性而成为一种绿色建筑材料结构形式。为此,研究将两者融合,结合外套加固技术的原理,基于BIM技术的Revit软件建构加固设计族库;而后,利用PACO结构分析软件创建加固计算模型,并基于VisualStudioC#编程语言开发接口插件,通过编制后台程序进行数据的读取与处理,实现模型向Rebit软件的转变,以此实现基于BIM技术的加固设计模型自动创建,其将为绿色建筑材料的加固施工提供全生命周期的服务支撑。

绿色建筑材料加固模型

  关键词:BIM技术;外套加固技术;接口插件;加固模型

  BIM技术,也即建筑信息模型,是信息化时代下的建筑创新发展的一种新理念,其转变了传统建筑设计的方法和模式,有效融合了建筑策划、设计、施工、竣工、运营等全生命周期信息,促成了机电、暖通、防水、排水等各专业的信息交互和共享,打破了信息孤岛,在建筑行业中具有广泛应用性。而目前,资源环境双重约束下,建设效率的挑战下,建筑行业正面临着绿色高能效的技术变革,装配式建筑是通过预制构件的集成设计、流程化生产、模块化组装,来实现快装快卸、重复利用的绿色建筑墙体材料,且为了实现较好的防震性能,其外墙板多设计为可活动的;但是,预制纤维化水泥板会在内部反应及水分缩减的作用下,建设后,随着时间的推移会产生强烈收缩,造成伸缩缝扩大,此时,构制的混凝土外墙板为多孔性材料,长期处于水化反映状态,无法有效粘接,破坏了绿色装配建筑的牢固性。而拆除重建耗时耗力,且无法根治,为此,采用一种经济、有效的加固方案对既有装配式建筑外墙材料进行加固处理具有理论与现实意义,但因为加固建筑的构造特点及加固需求不同,需要借助BIM技术建构加固构件库,根据需求灵活调配、设计加固模型,以适应不同建筑的加固需求。

  1绿色建筑材料加固技术分析

  1.1传统加固技术的弊端性

  装配式绿色建筑是以预制构件的集成式生产、速快式装配而成的建筑,其内外墙板、梁柱、楼梯等均以流程式的装配为主,因其拼接缝的非均质性和墙板的可活动性,增加了加固的需求[1]。而针对既有建筑材料的加固,目前有增设扶壁柱、外加钢筋网-砂浆层、外包钢筋混凝土等方法[2],而增设扶壁柱可通过扩大截面积,提升建筑结构的承载力,虽然工艺简单、成本低,但是承载力提升度较低,不适用地震多发区;外加钢筋网-砂浆是在原有建筑结构上敷设钢筋网水泥砂浆面层或钢筋网细石混凝土面层,以增强建筑结构的延展性,抗侧刚力及抗剪能力,但该方法不适用孔径高于15mm的空心砌体结构建筑,砌筑砂浆强度等级在M0.4以下墙体也不适用;外包钢筋混凝土是在原有建筑结构上增添钢筋混凝土,予以加固,但该方法施工过程中影响部分建筑正常使用[3]。从上述看,以往的加固多采用混凝土与型钢,混凝土加固方法包含喷射及浇筑两类,其中,喷射加固存在反弹问题,过多损耗建筑材料,且污染环境,浇筑则对施工场地有较高要求,且无法准确把控施工质量;而型钢类加固方法,工艺繁杂,用钢量大,加固表层保护困难,增加了成本。与此同时,因为不同地区、不同建筑结构特点,需要根据实际需求设计加固方案。

  1.2外套加固技术的优势性

  采用外套加固技术更为实用,其是在原有建筑结构的两则增设预制墙板体系,构筑阳台的同时,来加固原砌体结构,提升其抗侧港丽与抗震能力。从构成上看,预制墙板体系由预制外墙墙片、外加横墙、外贴纵墙、加固阳台板,加固过程中,原砌体结构承接竖向压力,预制墙板体系布设于原砌体结构的两个外侧,通过外贴纵墙、外加横墙承担侧向拉力,外贴纵墙设置于原砌体结构外侧墙体纵向方向,外加横墙增设于横向方向,各层与原楼板齐平的位置增加固定阳台板[4],如此,便可发挥加固效用;而在预制墙板体系外部增加预制外墙墙板厚,就构建成了新的阳台,该外套结构加固技术原理,如图1所示。该种装配式建筑外套加固方法,采用的是预制构件方法,施工便捷,对环境影响小,且通过新阳台的扩增能增加建筑使用面积,整体适用性更强。

  2基于BIM技术的加固模型构建

  2.1基于Revit软件的加固设计族库

  族是同类建筑工程构件的集合,通过构建加固设计族库,可实现在不同建筑区域的充分使用,基于BIM技术的Revit软件存在系统族、内建族及可载入族等3种[5],可载入族是利用族样板,在项目之外建立的独立的RFA文件,最显著特征是自定性高,为此,研究采用可载入族开发加固设计族库,从项目外部导入到项目中,自定义参数,以为加固模型建立提供基础。结合上述外套加固技术,根据预制墙板体系的构成,加固设计族库的具体设计内容如下:外挂墙板族的构建:绿色装配式建筑的外挂墙、阳台板的方向,可划分为南侧、北侧,可以字母S、N进行族库区分,若并非南北侧布局,则可适当调整该标识。该两类族库构建时,先打开AutodeskRevit2016,依照族选择项→新建族→族样板文件→公制常规模型的操作步骤,进入族库设计界面,根据参照平面进行实体拉伸并锁定参照平面,以将墙体与参照平面关联,便于加固模型构建时可直接调控参照平面位置,变化墙体的参数。外加横墙及外贴纵墙板:外加横墙构造简单,族模板存在边侧及中部外加横墙两类,而外贴纵墙板依据装配式建筑布设方向可分为南侧与北侧两类,可以字母S、N划分族库[6],这两种族库均根据族选择项→新建族→族样板文件→公制结构加强板的步骤,在加载至项目中采用的两点之间自动生成构件的模式,可结合相应的族参数公式设定,以随构件的尺寸调节构件连接件[7],自动确定数量与间距,提升加固模型构建效率。

  2.2基于PACO软件的加固计算模型

  建筑加固过程中,结构的分析与计算是关键,基于BIM技术的Revit软件,在信息化建模方法,存在结构分析与计算的不足,为此,本文选用PACO结构分析软件进行模型的构建、计算与分析,获得与原建筑结构对应的加固构件体系,并导出模型的数据,生成Revit加固图纸。在利用PACO软件建立加固计算模型时,需进行如下设定:设定1:通过现场实地勘察结果获取原有装配式建筑材料的结构强度;设定2:设计、选定绿色装配式建筑材料的弹性分析方法,并根据GB50010-2010(2015版)《混凝土结构设计规范》和《装配式住宅建筑设计标准》JGJ/T398-2017确定建筑材料的弹性模型;设定3:加固结构与原装配式建筑结构墙体之间位移连续,采用墙单元进行模拟。设定4:因装配式建筑由混凝土、预制纤维化结构材料构成,两类材料的刚度水平各异,预制纤维化材料在长期载荷作用下,可产生较大的剪切变形,此时,可利用PACO软件通过施工过程模拟方法,根据原有结构墙体与外贴加固预制混凝土墙体共同受力,计算该构件的内力,以确定加固模型。

  3加固计算模型向Revit软件的转换及导出

  3.1加固计算模型向Revit软件的转换

  为将PACO中的加固计算模型导入基于BIM技术的Revit软件之中,文章利用API编程接口调用后台程序进行信息读取、处理,转换为中间格式文件,通过后台程序调用API进行建模,主要是从PACO模型导出MIDAS的Gen文本文件,并通过读取Gen的Mgt文件中结构模型数据,生成Revit模型,以完成基于BIM技术的加固模型建立。加固模型转换时,研究采用VisualStudio2019开发平台,以Revit2016软件为开发环境,在RevitSDK二次开发程序文件基础上进行接口插件程序的设计,具体过程如下:步骤1:VisualStudio2019打开,创建新项目,选取控制台应用程序VisualC#模板,将名称与解决方案名称改为CreateModel,勾选未解决方案创建目录,而后,为项目增添RevitAPI、RevitAPIUI等相关引用,并将命名空间引用至程序代码文件之中[8];步骤2:增添窗体控件作为PACO模型与Revit软件接口插件的界面,并将窗体程序名称改为FormRe⁃adMgt以便于识别、调用,下设文件加载栏作用作Mgt文件的加载项,以读取PACO模型的数据,“加载构件选项”可加载“原建筑结构”“加固构件”“墙体、楼板”等选项各类构件[9],以便根据需求选择不同的构件生成所需的加固模型。在CreateModel中编写可调出窗体的代码,部分代码,如图2所示,读取Mgt文件的结构模型数据,将其转换为中间格式文件,为基于BIM技术的加固模型构建提供数据支撑,在窗体界面选定“原建筑构件”选项,生成加固前的原建筑结构BIM模型,而后,选择“加固构件”选项,点击确定后即可实现加固模型的创建。

  3.2基于BIM技术的加固模型图纸生成

  通过二次开发Revit软件,通过接口插件可将PA⁃CO加固模型转换向Revit软件之中,即可完成基于BIM技术的加固模型的构建,但建筑结构三维模型虽可形象展示加固设计,但交付施工时仍以平面图纸为准。为此,可利用Revit自带的绘图工具利用详图线、填充区域、文字注释等绘制出二维图纸,并根据BIM加固模型,通过与模型的实时关联,进行图纸的实时更新;而后,点击“导出”选项下的“图像和动画”,选定“图像”项目,在弹出的对话框中根据加固模型各参数进行相应设置,点击确定,即可导出二维图纸。或也可从外部导入文件,直接套用,通过后期加工生成加固模型的平面图纸,

  4结语

  目前,装配式建筑作为绿色建筑的重要组成,是通过墙板、梁柱、楼板等构建的预制化生产,通过现场拼装建设而成的,但因为防震需求,预制构件拼接中墙体可活动,由此引致拼缝问题。而加固改造中,因装配式建筑材料实践全生命周期的工作流程和模式尚未形成固定的建筑信息化模型,没有可供参考的现成加固模型,已经成为制约该类绿色建筑材料应用发展的主要障碍,为此,文章以BIM的Revit软件为支撑,结合其在结构化分析中的不足,引入PACO结构化分析软件建立加固计算模型,并通过二次开发,实现模型向Revit软件的导入,由此,实现加固设计模型的构建,并可自动生成图像,为绿色装配式建筑外墙材料的外套式加固技术的实时提供应用支撑。

  参考文献

  [1]吴妍.基于BIM技术的建筑结构抗震加固强度自动检测方法[J].自动化与仪器仪表,2019(09):116-119.

  [2]黄晓东.基于BIM技术的某混凝土框架结构机房改造设计[J].土木建筑工程信息技术,2019,11(03):33-37.

  [3]王静贻,李懋廷,杨金涛,等.基于BIM理念的既有建筑改造绿色设计[J].施工技术,2018,47(S3):9-14.

  [4]李天,丁庆瑞,樊嘉.BIM技术在工业钢结构建筑改造设计中的应用研究[J].建筑科学,2017,33(11):87-91.

  [5]蒋璐.BIM技术在既有建筑检测中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术,2017,9(03):90-95.

  作者:丁源 单位:陕西交通职业技术学院

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