基于BIM技術的鋼結構柱腳節點模型的建立★

胡軼敏 洪兵鋒 黃維燕 蔣 韜

(1.浙江建設職業技術學院,浙江 杭州 311231; 2.浙江中南建設集團鋼結構有限公司,浙江 杭州 310052;3.浙江東南建筑設計有限公司,浙江 杭州 310012; 4.杭蕭鋼構股份有限公司,浙江 杭州 311232)

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基于BIM技術的鋼結構柱腳節點模型的建立★

胡軼敏1洪兵鋒2黃維燕3蔣 韜4

(1.浙江建設職業技術學院,浙江 杭州 311231; 2.浙江中南建設集團鋼結構有限公司,浙江 杭州 310052;3.浙江東南建筑設計有限公司,浙江 杭州 310012; 4.杭蕭鋼構股份有限公司,浙江 杭州 311232)

分析了門式剛架、多高層鋼結構柱腳的主要節點形式，運用Tekla structures與Revit兩款軟件，建立了節點模型，探討了軟件在鋼結構柱腳節點建模過程中的優勢，進而實現基于BIM技術的深化設計管理。

鋼結構，柱腳節點，BIM技術，深化設計

1 概述

鋼結構柱腳節點設計的合理性直接影響鋼結構的可靠性，課題組通過對門式剛架輕型鋼結構及多高層鋼結構中常見柱腳節點的設計分析，運用Tekla structures和Revit軟件進行建模，分析鋼柱腳節點建模的各自優勢，指導設計團隊實現基于BIM技術的深化設計管理。

2 門式剛架柱腳的設計要點

門式剛架柱腳多數按鉸接支承柱腳設計，通常采用平板支座，設一對或兩對錨栓。當用于工業廠房且有5 t以上橋式吊車時宜將柱腳設計成剛接柱腳[1]。受力特點：柱腳處存在較小軸力和較大剪力，剛接柱腳還存在較大彎矩。按鉸接柱腳設計時剪力由底板與混凝土基礎間的摩擦力或抗剪鍵來承擔。按剛接柱腳設計時，柱腳承擔剪力、軸力和彎矩。設計建議：高勇在《門式輕鋼結構基礎設計》[2]，張宜輝在《淺談輕鋼結構門式剛架的設計體會》[3]的文章中均對門式剛架柱腳設計提出了建議，選用鉸接還是剛接柱腳，應根據房屋高度、風載大小、吊車噸位、地質條件等情況綜合考慮。

3 多高層鋼結構柱腳的設計要點

多高層鋼結構的柱腳形式復雜，鉸接柱腳設計時主要考慮軸力和剪力。剛接柱腳設計時考慮軸力、剪力和彎矩，形式有埋入式、外包式、支承式三類。

3.1 鉸接柱腳

受力特點：鉸接柱腳只傳遞軸力和剪力。軸力通過柱身和底板傳至基礎，剪力由底板與混凝土間的摩擦力承擔，底板與混凝土間的摩擦力有限時，設置抗剪鍵來承擔剪力。

構造要求：鉸接柱腳有軸承式、平板式、帶靴梁三種。錨栓直徑設置20 mm～25 mm，數目為2個或4個，端部設置彎鉤、錨板或錨梁，錨固長度不應小于25d。

3.2 剛接柱腳

剛接柱腳按構造形式分為埋入式、外包式、支承式三種。埋入式和外包式柱腳抗震性能較好，是高層鋼結構設計中常用形式，如圖1所示為埋入式和外包式柱腳。支承式柱腳則較多應用于多層鋼結構的設計。

1)埋入式柱腳。受力特點：鋼柱腳以一定深度埋入基礎，埋入的鋼柱表面設置栓釘。栓釘對柱腳受力的作用不大，柱腳內力傳遞主要依靠混凝土對鋼柱表面的承壓，壓力由柱腳底板傳給基礎，彎矩產生的軸向拉力由底板伸出部分傳給混凝土或由錨栓傳給基礎。埋置深度：埋入式柱腳受力的支配因素是埋置深度。JGJ 99—2015高層民用建筑鋼結構技術規程[4]中指出，H型鋼柱的埋置深度不應小于鋼柱截面高度的2倍。箱型柱埋置深度不應小于鋼柱截面長邊的2.5倍，圓管柱埋置深度不應小于柱外徑的3倍。構造要求：埋入部分應配置直徑不小于10 mm，間距不大于250 mm的箍筋。柱腳底板按抗彎連接設計布置錨栓，錨栓埋深不應小于25d，錨栓底部設錨板或彎鉤。

2)外包式柱腳。受力特點：外包式柱腳中栓釘起傳力作用，彎矩和剪力由外包鋼筋混凝土和鋼柱共同承擔，軸力通過底板傳給基礎，拉力通過底板伸出邊緣、錨栓及外包鋼筋混凝土傳遞給基礎。包腳高度：外包式柱腳受力支配因素是包腳高度，JGJ 99—2015高層民用建筑鋼結構技術規程[4]中指出，外包的鋼筋混凝土高度不應小于鋼柱截面高度的2.5倍。構造要求：包腳處縱向主筋配置應符合最小含鋼率要求，且不宜小于4根22的三級鋼筋，頂部縱筋處應設置加強箍筋。

3)支承式柱腳。支承式柱腳主要由底板、加勁肋、錨栓、支承托座等組成，如圖2所示為支承式柱腳。受力特點：豎向軸力經柱身和底板傳給基礎，剪力由底板與混凝土間摩擦力傳遞，剪力過大時設置抗剪鍵。彎矩由底板傳遞給基礎，通過基礎混凝土承壓來抵抗，彎矩產生的拉力通過錨栓受拉來抵抗。構造要求：柱腳底板厚度不應小于柱子較厚板件的厚度，且不宜小于30 mm，底板長寬根據柱子截面尺寸和錨栓設置的構造進行確定。

4 BIM建模軟件的比較

鋼柱腳節點建模的思路：運用核心建模軟件Autodesk Revit和Tekla structures建立模型，比較軟件各自的優勢，將建模結果反饋回設計軟件，輔助設計人員完成項目的深化設計。

4.1 Tekla structures的主要功能及建模優勢

Tekla structures的主要功能包括3D模型建立、結構分析、細部設計、材料表生成。3D模型中包含設計、制造、安裝的信息，圖形與報告都能整合在模型中形成輸出文件。Tekla structures軟件涵蓋結構分析、構件加工、施工安裝的信息。軟件分單用戶和多用戶版本，便于多人參與建模，交流模型包括主模型和工作模型，多用戶模式下工作模型信息會反饋到主模型中進行修改。

4.2 Revit的主要功能及建模優勢

Revit系列軟件包含Revit Architecture,Revit Structure,Revit MEP，即建筑、結構、機電，通過Revit創建建筑、結構、機電的模型，通過模型生成圖紙、表格、工程量的清單。基于同一平臺創建的模型，設計變更時只需修改模型，Revit會自動更新信息，通過軟件實現項目的信息互傳，能同時查看三維圖、平面圖、剖面圖、統計表，Revit軟件創建的三維模型可通過插件或其他軟件，如3D max,Tekla,Archicad等實現數據的互傳。

5 鋼結構柱腳節點的模型實現

5.1 運用Tekla structures建立柱腳節點模型

柱腳建模的正確率是建筑整體模型建立的關鍵。通過Tekla structures建立的模型導入設計軟件進行數據交互，與其他專業模型進行碰撞校核，可提高制造與安裝的準確性。通過軟件能將柱腳部件與基礎鋼筋的關系清晰地呈現出來，提高柱腳安裝的合理性，提前防止鋼筋與底板產生碰撞、底板錨栓孔位偏差、錨栓位置偏離等情況。如圖3所示為運用Tekla structures軟件建立的柱腳節點模型。

5.2 運用Revit建立柱腳節點模型

運用Revit進行柱腳節點的模型創建，按照參數化的思路建立柱腳節點族。參數化是指創建族的同時，通過參照平面、參照線、參數公式，輸入具體的數據庫，使構件按構造要求進行協同變化。支承式柱腳的部件包括H型鋼柱、箱型截面柱、圓鋼管柱、方鋼管柱、十字型截面柱、柱腳底板、靴梁、加勁肋、錨栓、錨栓支承托座、螺母、螺母墊板等。建模時盡量減少族的參數，將柱腳底板和鋼柱模型作為母族，錨栓單獨建立子族，在母族中添加子族的位

置參數形成柱腳節點模型。如圖4所示為運用Revit軟件建立的支承式柱腳節點模型。

埋入式、外包式柱腳的鋼構件與基礎相連，根據基礎外部尺寸調整鋼筋的位置，型鋼柱腳節點建立完成后插入鋼筋，建模過程將中心參數與各構件進行關聯，選擇中心參數控制其余參數。圖5為運用Revit軟件建立的埋入式和外包式鋼柱腳模型。

6 結語

鋼結構柱腳節點是鋼結構建筑中的核心節點，本文通過對門式剛架輕型鋼結構、多高層鋼結構柱腳節點的設計分析，運用基于BIM技術的Tekla structures,Revit這兩款軟件建立模型，分析軟件在建模過程中各自優勢，將柱腳模型反饋回設計軟件，指導設計人員實現基于BIM技術的深化設計管理。

[1] CECS 102:2002,門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[S].

[2] 高 勇,馬宏星,王俊敏，等.門式輕鋼結構基礎設計[J].西部探礦工程,2009,21(3):159-160.

[3] 張宜輝.淺談輕鋼結構門式鋼架的設計體會[J].四川建材,2011,37(5):36-37.

[4] JGJ 99—2015,高層民用建筑鋼結構技術規程[S].

The establishment of steel structure column base model by BIM★

Hu Yimin1Hong Bingfeng2Huang Weiyan3Jiang Tao4

1.ZhejiangCollegeofConstruction,Hangzhou311231,China;2.ZhejiangZhongnanSteelStructureCo.,Ltd,Hangzhou310052,China; 3.ZhejiangSoutheastArchitecturalDesignCo.,Ltd,Hangzhou310012,China; 4.HangxiaoSteelStructureCo.,Ltd,Hangzhou311232,China)

Design and analysis of the column base node form through the portal frame, and the column base node form of the multi-storey and high-rise steel structure. Using two software Tekla structures and Revit to build the column base model. Analyze the advantages of modeling process, to realize the design management based on BIM.

steel structure, column node, BIM technology, deepen design

1009-6825(2017)10-0038-02

2017-01-20

胡軼敏(1973- )，女，碩士，講師

TU391

A

★：浙江省住房和城鄉建設廳建設科研項目(2015K85)；浙江建設職業技術學院教研教改項目(JGB201603)