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BIM在抗震支吊架领域的应用

发布时间:2016年02月16日 09:53 来源:给水排水期刊
摘要:

阐述了BIM技术在建筑机电工程中抗震支吊架斜撑安装空间预测,介绍了在抗震支吊架建族过程中以光圈形式将锚栓的作用范围可视化,运用BIM技术的碰撞检测功能可以达到锚栓间距检测的目的。

以广州某大型项目为例,针对抗震支吊架安装中最为常见的侧向斜支撑安装空间问题,选择管线设备集中的地下二层核心筒走廊样板区进行了成品与抗震支吊架的深化设计。最后提出了将最下层横担延伸通过型钢底座与左侧结构墙进行生根、侧向支撑改为与横担一体的水平支撑和简化管线空间布排等解决措施。

引言

BIM是当下的热门话题,以三维数字技术为基础,能对工程项目相关信息进行详尽表达。综合管线部分是机电安装工程中的难点,工具经BIM技术深化设计后的三维图导出安装节点图,不仅可以提高机电安装的精确性,还可以节省大量绘制抗震支吊架节点图的时间。BIM模型信息的完备性、关联性、协同性在建筑行业的应用,除了能减少工程成本并有效控制工程进度及质量外,还将为建筑行业的科技进步带来不可估量的影响。

抗震支吊架是以地震力为主要荷载的抗震支撑设施,对机电设备及综合管线可进行有效保护,其由锚固体、加固吊杆、抗震连接构件及抗震斜撑(侧向、纵向均为斜撑)组成。然而,由于抗震支吊架的安装基于建筑的机电系统,因其设备管线复杂、设计图纸信息不充分,以及其对建筑物的主体结构依赖性强,则后续安装时安装难度大,安装空间浪费。在BIM技术的带动下,抗震支吊架的深化设计能实现真正意义上的与周围空间环境的精确匹配,减少现场不必要的“打架”问题。

为了节约管线与抗震支吊架材料、增加建筑净空间和提高抗震支吊架安装的合理性,本文将对BIM技术在抗震支吊架模拟安装和综合管线进行碰撞检测方面展开研究。

1、BIM技术在抗震支吊架斜撑和锚栓安装的运用

1.1 斜撑安装空间预测

抗震支吊架的斜撑按其支撑形式可分为刚性支撑与柔性支撑两种。刚性支撑斜撑材料一般选择C型槽钢、镀锌钢管,因其同时能抵抗拉力与压力,从而一般以单边撑的形式存在;柔性支撑斜撑材料一般是钢索,只能抗拉力,所以必须以两边对称的形式存在。抗震斜撑按其作用功能划分,又可分为侧向支撑与纵向支撑,侧向支撑是用以抵御侧向水平地震力作用,纵向支撑是用以抵御纵向水平地震力作用。例如,管道同一点位,既安装侧向支撑又安装纵向支撑,其作用原理是在管道质心水平面上形成互成90°的4个方向上的支撑,水平地震力从任意方向作用,管道均受到保护。成90°安装的两个刚性支撑,因其同时具有抗拉压能力,所以能对管道作水平方向的保护;对柔性支撑,则须做水平面上互成90°的4个支撑。

因此,抗震支吊架对斜撑、吊杆的性能有更加严格的要求。特别是斜撑两端的抗震连接座更需要合理的设计,目前国际上最权威的的抗震检测机构是美国FM认证机构。斜撑上用以与结构体生根的锚栓不仅需要验算其拉拔性能,抗切能力也必不可少。斜撑安装的空间位置是最复杂的,对楼板板底,一般斜撑与垂直吊杆之间的角度宜为45°,且不得小于30°。角度区间分为:30~45°、45~60°和60~90°,角度的变化也会影响抗震支吊架能承受作用范围,进而改变其最大间距。

BIM技术的运用,能根据模拟的三维图纸了解每个支吊架斜撑的具体安装空间,结合管线综合技术从而在设计阶段就能确定每个支吊架的斜撑的安装方式与角度,再根据具体的支吊架形式能承受的实际荷载与角度确定支吊架应有的最大间距,给出确定的抗震计算书及可靠的产品选型验算过程。

1.2 锚栓间距检测

对于锚栓的检测,首先确定锚栓的安装位置,运用点荷载绘图使结构的受力范围可视化,使锚栓之间保持必要的间距,保证锚栓性能有效性,避免对结构造成伤害。利用BIM技术,将每一个锚栓的力学作用范围表现出来,在三维图中为光圈,如图1所示。当作用范围不重合则表示锚栓力的有效性能达到结构的承载。反之,则对支吊架安装位置或者斜撑角度进行优化调整。抗震支吊架的族库建设过程中,可以把对应大小锚栓部分设计成为一个相应大小的光圈,从而在支吊架模型放置完成后,利用BIM的碰撞检测功能,检测出相应的锚栓碰撞位置,再做出相应的位置调整。

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图1锚栓的力学作用

2、 BIM技术在抗震支吊架系统中的运用

2.1 BIM技术对于系统设计阶段的指导

抗震支吊架深化设计布置流程见图2[1]。首先,应引入建筑对象,反映建筑空间、结构、构件的位置关系。此外,BIM技术对于安装支吊架的后期材料统计带来的极大便利是传统CAD所不具备的,从材料数量的统计,到每一个支吊架类型的属性。基于Revit的插件如图3所示。基于BIM的材料管理不仅仅只是一个深化设计→预制加工→物流追踪→现场安装的物流管理流程,而是一个建造全过程的信息管理,譬如欧美的装配式支吊架流程:预埋件→过渡横梁→悬吊式支吊架[2],而预埋的位置是否准确更离不开BIM技术模拟与施工的结合。

综合管线布排应考虑暖通、给排水、强电、弱电、消防、机电等各专业安装的空间位置关系以及与装饰专业之间的关系,一般应遵循以下原则。

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图2利用BIM技术建立支架系统的流程

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图3支吊架基于Revit的绘制插件

(1)管线综合协调过程中还应根据实际情况综合布置。避让原则:有压管让无压管,小管让大管,施工容易的避让施工难度大的。

(2)支吊架节点图最终出图时,剖面图、平面图所表现的位置、标高应保持一致,需要充分考虑管线周围的梁、柱、墙等构筑物并详细展示在节点图中。标高时,一般有压管标管中,排水管标管底,风管、桥架都标管底。在管线综合布排过程中,平面图与剖面图调整应同步。

(3)支吊架应考虑到空调水管、空调风管保温层的厚度,考虑与电气桥架、水管外壁、墙柱的最小净距,考虑支吊架垂直槽钢的放置空间。根据现场实际情况确定各管线间的距离。抗震支吊架还应考虑斜撑形式与斜撑放置空间,这也是抗震支吊架设计安装中的难点。

(4)空调冷、热水管布置时应考虑管道坡度,考虑设备、管路的操作空间及检修空间。水管与桥架的空间位置还应考虑平行净距与交叉净距。

(5)对支吊架周围的建筑结构,因为其作为支吊架的生根点,直接决定支吊架是否牢靠,必须有清晰的了解,特别是板厚,再选用适当的锚固方式与锚栓。

具体的实施方式有以下几种:

(1)用BIM技术对走廊管线进行三维建模,根据三维模型生成剖面图;生成剖面图时,自动附着、捕捉系统中的管道截面及标高。

(2)根据空间要求及不能调节的管线(譬如排水管线),必要时可更改有压管走向(在剖面中上下左右调节位置),风管形状规格(譬如800×750可改为1000×600,这样可节约吊顶空间);强电还需考虑放置电缆空间与检修空间,根据现场情况,必要时可以把桥架分改为几根线管综合布排,以节约相应的空间。

(3)更改完剖面图后通过BIM技术对更改后的各专业管线再次碰撞检查,检查各管线是否与建筑结构碰撞,各专业间是否碰撞,进行再次协调整合,如此往复多次。最后生成的平面图中管线走向同步作了相应的改变。


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