基于BIM技术的钢结构柱脚节点模型的建立★

胡轶敏 洪兵锋 黄维燕 蒋 韬

(1.浙江建设职业技术学院,浙江 杭州 311231; 2.浙江中南建设集团钢结构有限公司,浙江 杭州 310052;3.浙江东南建筑设计有限公司,浙江 杭州 310012; 4.杭萧钢构股份有限公司,浙江 杭州 311232)



基于BIM技术的钢结构柱脚节点模型的建立★

胡轶敏1洪兵锋2黄维燕3蒋 韬4

(1.浙江建设职业技术学院,浙江 杭州 311231; 2.浙江中南建设集团钢结构有限公司,浙江 杭州 310052;3.浙江东南建筑设计有限公司,浙江 杭州 310012; 4.杭萧钢构股份有限公司,浙江 杭州 311232)

分析了门式刚架、多高层钢结构柱脚的主要节点形式，运用Tekla structures与Revit两款软件，建立了节点模型，探讨了软件在钢结构柱脚节点建模过程中的优势，进而实现基于BIM技术的深化设计管理。

钢结构，柱脚节点，BIM技术，深化设计

1 概述

钢结构柱脚节点设计的合理性直接影响钢结构的可靠性，课题组通过对门式刚架轻型钢结构及多高层钢结构中常见柱脚节点的设计分析，运用Tekla structures和Revit软件进行建模，分析钢柱脚节点建模的各自优势，指导设计团队实现基于BIM技术的深化设计管理。

2 门式刚架柱脚的设计要点

门式刚架柱脚多数按铰接支承柱脚设计，通常采用平板支座，设一对或两对锚栓。当用于工业厂房且有5 t以上桥式吊车时宜将柱脚设计成刚接柱脚[1]。受力特点：柱脚处存在较小轴力和较大剪力，刚接柱脚还存在较大弯矩。按铰接柱脚设计时剪力由底板与混凝土基础间的摩擦力或抗剪键来承担。按刚接柱脚设计时，柱脚承担剪力、轴力和弯矩。设计建议：高勇在《门式轻钢结构基础设计》[2]，张宜辉在《浅谈轻钢结构门式刚架的设计体会》[3]的文章中均对门式刚架柱脚设计提出了建议，选用铰接还是刚接柱脚，应根据房屋高度、风载大小、吊车吨位、地质条件等情况综合考虑。

3 多高层钢结构柱脚的设计要点

多高层钢结构的柱脚形式复杂，铰接柱脚设计时主要考虑轴力和剪力。刚接柱脚设计时考虑轴力、剪力和弯矩，形式有埋入式、外包式、支承式三类。

3.1 铰接柱脚

受力特点：铰接柱脚只传递轴力和剪力。轴力通过柱身和底板传至基础，剪力由底板与混凝土间的摩擦力承担，底板与混凝土间的摩擦力有限时，设置抗剪键来承担剪力。

构造要求：铰接柱脚有轴承式、平板式、带靴梁三种。锚栓直径设置20 mm～25 mm，数目为2个或4个，端部设置弯钩、锚板或锚梁，锚固长度不应小于25d。

3.2 刚接柱脚

刚接柱脚按构造形式分为埋入式、外包式、支承式三种。埋入式和外包式柱脚抗震性能较好，是高层钢结构设计中常用形式，如图1所示为埋入式和外包式柱脚。支承式柱脚则较多应用于多层钢结构的设计。

1)埋入式柱脚。受力特点：钢柱脚以一定深度埋入基础，埋入的钢柱表面设置栓钉。栓钉对柱脚受力的作用不大，柱脚内力传递主要依靠混凝土对钢柱表面的承压，压力由柱脚底板传给基础，弯矩产生的轴向拉力由底板伸出部分传给混凝土或由锚栓传给基础。埋置深度：埋入式柱脚受力的支配因素是埋置深度。JGJ 99—2015高层民用建筑钢结构技术规程[4]中指出，H型钢柱的埋置深度不应小于钢柱截面高度的2倍。箱型柱埋置深度不应小于钢柱截面长边的2.5倍，圆管柱埋置深度不应小于柱外径的3倍。构造要求：埋入部分应配置直径不小于10 mm，间距不大于250 mm的箍筋。柱脚底板按抗弯连接设计布置锚栓，锚栓埋深不应小于25d，锚栓底部设锚板或弯钩。

2)外包式柱脚。受力特点：外包式柱脚中栓钉起传力作用，弯矩和剪力由外包钢筋混凝土和钢柱共同承担，轴力通过底板传给基础，拉力通过底板伸出边缘、锚栓及外包钢筋混凝土传递给基础。包脚高度：外包式柱脚受力支配因素是包脚高度，JGJ 99—2015高层民用建筑钢结构技术规程[4]中指出，外包的钢筋混凝土高度不应小于钢柱截面高度的2.5倍。构造要求：包脚处纵向主筋配置应符合最小含钢率要求，且不宜小于4根22的三级钢筋，顶部纵筋处应设置加强箍筋。

3)支承式柱脚。支承式柱脚主要由底板、加劲肋、锚栓、支承托座等组成，如图2所示为支承式柱脚。受力特点：竖向轴力经柱身和底板传给基础，剪力由底板与混凝土间摩擦力传递，剪力过大时设置抗剪键。弯矩由底板传递给基础，通过基础混凝土承压来抵抗，弯矩产生的拉力通过锚栓受拉来抵抗。构造要求：柱脚底板厚度不应小于柱子较厚板件的厚度，且不宜小于30 mm，底板长宽根据柱子截面尺寸和锚栓设置的构造进行确定。

4 BIM建模软件的比较

钢柱脚节点建模的思路：运用核心建模软件Autodesk Revit和Tekla structures建立模型，比较软件各自的优势，将建模结果反馈回设计软件，辅助设计人员完成项目的深化设计。

4.1 Tekla structures的主要功能及建模优势

Tekla structures的主要功能包括3D模型建立、结构分析、细部设计、材料表生成。3D模型中包含设计、制造、安装的信息，图形与报告都能整合在模型中形成输出文件。Tekla structures软件涵盖结构分析、构件加工、施工安装的信息。软件分单用户和多用户版本，便于多人参与建模，交流模型包括主模型和工作模型，多用户模式下工作模型信息会反馈到主模型中进行修改。

4.2 Revit的主要功能及建模优势

Revit系列软件包含Revit Architecture,Revit Structure,Revit MEP，即建筑、结构、机电，通过Revit创建建筑、结构、机电的模型，通过模型生成图纸、表格、工程量的清单。基于同一平台创建的模型，设计变更时只需修改模型，Revit会自动更新信息，通过软件实现项目的信息互传，能同时查看三维图、平面图、剖面图、统计表，Revit软件创建的三维模型可通过插件或其他软件，如3D max,Tekla,Archicad等实现数据的互传。

5 钢结构柱脚节点的模型实现

5.1 运用Tekla structures建立柱脚节点模型

柱脚建模的正确率是建筑整体模型建立的关键。通过Tekla structures建立的模型导入设计软件进行数据交互，与其他专业模型进行碰撞校核，可提高制造与安装的准确性。通过软件能将柱脚部件与基础钢筋的关系清晰地呈现出来，提高柱脚安装的合理性，提前防止钢筋与底板产生碰撞、底板锚栓孔位偏差、锚栓位置偏离等情况。如图3所示为运用Tekla structures软件建立的柱脚节点模型。

5.2 运用Revit建立柱脚节点模型

运用Revit进行柱脚节点的模型创建，按照参数化的思路建立柱脚节点族。参数化是指创建族的同时，通过参照平面、参照线、参数公式，输入具体的数据库，使构件按构造要求进行协同变化。支承式柱脚的部件包括H型钢柱、箱型截面柱、圆钢管柱、方钢管柱、十字型截面柱、柱脚底板、靴梁、加劲肋、锚栓、锚栓支承托座、螺母、螺母垫板等。建模时尽量减少族的参数，将柱脚底板和钢柱模型作为母族，锚栓单独建立子族，在母族中添加子族的位

置参数形成柱脚节点模型。如图4所示为运用Revit软件建立的支承式柱脚节点模型。

埋入式、外包式柱脚的钢构件与基础相连，根据基础外部尺寸调整钢筋的位置，型钢柱脚节点建立完成后插入钢筋，建模过程将中心参数与各构件进行关联，选择中心参数控制其余参数。图5为运用Revit软件建立的埋入式和外包式钢柱脚模型。

6 结语

钢结构柱脚节点是钢结构建筑中的核心节点，本文通过对门式刚架轻型钢结构、多高层钢结构柱脚节点的设计分析，运用基于BIM技术的Tekla structures,Revit这两款软件建立模型，分析软件在建模过程中各自优势，将柱脚模型反馈回设计软件，指导设计人员实现基于BIM技术的深化设计管理。

[1] CECS 102:2002,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[2] 高 勇,马宏星,王俊敏，等.门式轻钢结构基础设计[J].西部探矿工程,2009,21(3):159-160.

[3] 张宜辉.浅谈轻钢结构门式钢架的设计体会[J].四川建材,2011,37(5):36-37.

[4] JGJ 99—2015,高层民用建筑钢结构技术规程[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

胡轶敏(1973- )，女，硕士，讲师

TU391

A

★：浙江省住房和城乡建设厅建设科研项目(2015K85)；浙江建设职业技术学院教研教改项目(JGB201603)