基于BIM软件对混凝土梁与型钢混凝土柱连接节点的探讨

基于BIM软件对混凝土梁与型钢混凝土柱连接节点的探讨

黄磊  王宏亮  陶磊  高远

中国建筑第六工程局有限公司

摘要：在工程建设项目中，混凝土梁与型钢混凝土柱的连接节点比较多，而且结构较为复杂，这无形中增加了项目的建设难度。为便于施工，加快建设进度，减少建设困难，需要提高对BIM软件使用的重视程度；作为目前被广泛使用的BIM技术，根据实际运用情况可以清晰的看到此技术在混凝土梁与型钢混凝土柱的连接节点设计中已经取得了良好成效，并且BIM技术的全面应用，能很好的保障建筑工程质量和作业效率，从多个领域和角度对工程项目内的各项程序进行管控，尽最大限度的在保障工程安全稳定性的同时提高工程项目经济效益。文章对基于BIM软件对混凝土梁与型钢混凝土柱连接节点作出探讨。

关键词：BIM；混凝土梁；型钢混凝土柱；连接节点；应用措施

滨海-中关村科技创新产业园一期工程新型产业用地建设项目（二标段），位于天津滨海中关村科技园内，用地总面积为57071.10平方米，总建筑面积为87495.66平方米。其中地上单体9栋，其中产业用房8栋，附属配套1栋。产业用房均为钢框架结构，装配率均为 72%。滨海-中关村科技创新产业园一期工程新型产业用地建设项目以自主创新为主攻方向，以“科创+工业+服务+生态”为规划目标，以建设低碳环保的绿色生态示范园区为宗旨，载体建设具有多样性、灵活性、定制化等多重特色。将构建 5 分钟消费圈和 20 分钟生活圈，按照生产和生活的差异化需求，进行科学分区，形成动静分离的规划特色。打造智慧智能体系，全面建设面向未来的智慧园区。

在建筑行业不断发展进程中，新型建筑形式日趋多样，空间较大的建筑也随之增多，为适应现代建筑大空间和大荷载的使用需求，型钢混凝土框架逐渐被应用于建筑设计中。该体系可充分利用型钢与混凝土的优势，相互弥补各自的不足，是一种具有广阔发展潜力的新型结构体系，近年来已被大量采用。该结构的建造工序多、流程复杂等特征，促使其对整体建筑的质量有很大影响，所以，通过大量的实践，将BIM技术应用其中，可以不断提高施工效益，减少混凝土梁与型钢混凝土柱连接节点中存在的问题。

一、BIM技术概述

BIM技术，其实就是建筑信息建模，它能对建筑工程项目的规划、设计、施工以及管理多个流程相互统一协调，并在此过程中将以上各元素理念转化成详细且直观的数据信息，这样一款软件，因为近几年建筑行业技术水平提升和各种工程项目要求的不断提高，促使其得到广泛使用[1]。其次就是这项技术所涉及到的信息既包含了几何信息，也涉及到一些非几何的信息，比如建筑材料的级别、结构造价、市场采购等。然后在实际使用时，将计算机作为承载数据的主体，并以此为基础来创建出一个虚拟化的数字模型，这个模型虽然单一，但是包含的数据却是完整且逻辑清晰的，还有就是作为计算机技术的核心，内部的三维数据信息库会将所有关于建筑信息以及建筑师信息等进行整合，以此来形成一个完整的数据库，然后在此技术上将建筑成本和工期等进行展示，并且所公示出的信息也是绝对全面且准确的。

在以往的建筑结构设计中，节点的计算一般都是根据经验或实验数据进行的，其可靠度很难通过实践加以检验。另外，由于其位于建筑底层，在设计和建造过程中极易受多种因素的干扰，使得计算与工程实践之间存在较大的差异。而采用 BIM进行衔接节点的设计，能够提供更为精确、统一、精细化的设计流程与设计成果，提高衔接节点的可靠性与实用性。

二、混凝土梁与型钢混凝土柱结构特点及主要技术指标

（一）型钢梁柱与钢筋混凝土柱的主要结构构件，其实分别由型钢梁柱、主筋、箍筋及混凝土构造相结合，构成了 T型钢梁柱混凝土的基本组成单元。在此基础上，提出了一种新型的钢筋砼框架体系，在该体系中，钢筋被设置成具有一定刚度的钢筋。SRC结构是一种新型的结构形式，它充分利用了 SRC结构中的型钢和钢筋和混凝土的共同工作特性，极大地改善了结构的承载能力、刚度和抗震性能[2]。将自密实砼用于 SRC柱结构，可有效地克服型钢结构中存在的浇筑不紧密、振捣难等问题。SRC是通过在 SRC中设置型钢来增强其受剪承载力，使柱梁截面尺寸变得更小。

（二）将型钢柱与混凝土梁相结合，在梁主筋遭遇十字形钢梁没有穿过截面的情况下，采用一种特殊的焊接套管（梁筋与套管相连）将其与钢梁腹板焊在一起，而梁主筋则与连接板进行焊接；对剩余梁的主要构件，则是在腹板开孔后，将梁角筋锚固在柱子上。

（三）在纵向受力钢筋节点位置不能通过的地方，可以根据设计的需要，对其进行焊接板，以增强其核心部分的受力，使得其受力呈直线状，从而防止了型钢构件的翼缘板因应力集中而出现劈裂失效。此时可以在拉结钢板上提前预留出混凝土浇筑孔，但是要把直径控制在八十毫米以上。

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三、BIM技术在混凝土梁与型钢混凝土柱连接节点优化设计中的应用

混凝土梁与型钢混凝土柱以型钢、钢管、混凝土为主，其连接部位是整个结构系统的重要组成部分。而在这种情况下，接头是最主要的受力部位，因此在设计与建造时，应综合多种影响因素，以确保接头的质量与可靠性[3]。利用 BIM建立 SRC框架结构的节点模型，对 SRC结构中各节点的应力状态进行仿真，从而对其进行最优设计。为了便于以后同类工程的重复使用，可以减少开发周期，提升开发效率。，在此基础上，对建设项目进行全面、全面的质量监控。

（一）利用BIM技术对梁柱节点钢筋密集部位合理优化

在实际建筑工程中，根据 BIM3D建模，可以梁外筋与型钢翼缘板是否存在相互影响因素，此时就需要与设计单位联系，按设计需求对其进行分层布置，如：6/6/4排，最里面2个钢筋向下移动，使其与型钢柱之间的连接更加便利；将钢板焊在型钢柱的翼缘板上，避免了钢筋不能通过的难题；钢接头与钢管翼缘的水平方向是平行的，既能在不影响型钢的强度、刚度的情况下，又能在不影响钢材的强度和刚性的情况下，使主梁的钢筋能够正确地进行绑扎和锚定。为确保工程的质量，确保工程的顺利进行，还需要对钢板的焊接部位及部件的尺寸进行合理的选择。

（二）利用BIM技术模拟箍筋安装过程，制定箍筋外形

通过BIM技术分析可以发现型钢柱箍筋与钢柱腹板是否存在冲突问题，一旦问题存在，就会导致钢筋混凝土梁不能通过腹板进行约束，降低钢筋混凝土构件的强度，此时需要对钢筋混凝土构件进行加强、补强，确保工程的顺利进行[4]。可以选择尽可能减少穿过型钢梁的布局，将箍筋换成拉伸筋向外缠绕，把拉钩制成 C字型，两端弯钩135度，中部穿过第3个柱筋。在 SRC柱芯处，当拉钩处遇到牛腿腹板时，将拉钩分作两个部分，一部分通过牛腿腹板，而另外一部分则是单向焊接。

（三）利用BIM技术对型钢套筒进行定位

采用 BIM软件对 SRC梁柱连接处的钢筋进行三维建模和动画演示，明确 SRC梁柱连接处的接触位置，从而准确地确定 SRC梁柱的位置，并对 SRC梁柱的标高位置和尺寸进行准确定位，在型钢柱的生产中，对焊接套管的位置进行工艺指导，确保其焊接质量[5]。

（四）利用BIM技术设计型钢钢管混凝土框架连接节点数据库

通过对型钢钢管混凝土框架连接节点的分析，可以构建出一种基于数据存储角度的产品结构模型，通过对型钢钢管混凝土框架连接节点的分析，对建筑结构进行优化，从而达到主体结构的可持续发展。该方法能使系统自动进行，并能按照建筑物的结构系统进行自动调节。同时，利用 BIM进行型钢钢管混凝土框架连接节点的设计，能够使整个项目的整体工作协调起来，达到对整个建设项目进行全程监控，提升项目的品质与效率。

结束语

综上所述，BIM在建筑业中得到了越来越多的运用，使建筑结构设计也逐渐从传统的平面制图转变为3D数字化造型。而在建筑工程设计中，混凝土梁与型钢混凝土柱连接节点是一个非常关键的环节，应引起足够的重视，利用 BIM技术建立 SRC结构节点设计数据库，对 SRC结构设计、施工及管理具有积极意义。它既能有效地提高设计速度与品质，又能减少建设费用，减少建设的风险，该技术在今后建设中将会有更大的发展与应用。

参考文献

[1]张宇本,周明荣,罗志敏. 型钢-混凝土组合柱的抗震性能及其影响因素研究[J]. 工程抗震与加固改造,2023,45(05):1-10.

[2]张子炜. 非对称截面超高性能型钢混凝土柱抗震性能影响因素分析[J]. 住宅与房地产,2023,(23):104-106.

[3]马辉,干秀英,赵艳丽,席嘉诚. 圆钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能非线性分析[J]. 实验力学,2023,38(03):403-414.

[4]赖柄霖,温安平,舒赣平,王斌. 超高强型钢混凝土组合柱受力性能及设计方法[J]. 建筑结构学报,2023,44(08):139-148.

[5]陈紫云. 型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点连接设计[J]. 江西建材,2022,(05):143-144.