钢结构BIM建模与计算分析

从厂房、体育馆等传统的钢结构建筑形式，到现代住宅、别墅等一些民用建筑中，都能看到钢结构的身影。钢结构作为主要的建筑结构类型之一，存在着安装便利、造价成本较低等优势。



近年来，装配式建筑的发展与国家政策的推广，使得国内各省市对装配式建筑提出了更高的要求，钢结构作为最能实现建筑工业化的产品被重视起来。

由于装配式建筑的预制生产和拼装，需要钢结构提供精确的设计与参数，因此钢结构前期设计的要求非常高。BIM技术的引入，不仅能可视化钢结构设计，还能利用钢结构参数，进行各种抗震性能分析和计算统计，提高结构算量的准确性和建筑质量。



钢结构BIM建模

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钢结构计算分析

1.结构稳定性分析考虑因素

为了提高钢结构抗震性能，我们需要对钢结构进行结构稳定性分析。

结构稳定性是指结构或构件在荷载作用下，外力和内力保持平衡的状态。判断结构是否稳定，要看处于平衡状态下的结构或构件，在没有外界干扰后，是否回到初始平衡状态的位置。能回到初始平衡位置的结构是稳定的，反之即不稳定。

下面，我们一起来看下结构内力和外力对结构产生的影响。



内力分析

结构内力指的是因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力。建筑构件通常承受的内力有轴力、剪力、弯矩、扭矩等。

1）轴力：指与杆件轴线相重合的内力。当杆件受拉时，轴力为拉力，当杆件受压时，轴力为压力。

2）剪力：又叫剪切力，指垂直于杆件的力。剪力会产生弯矩。对一个建筑杆件截面而言，剪力主要分布于截面中性轴。增加抗剪性能最直接的方法就是增加杆件宽度。

3）弯矩：一般由剪力产生，多余有偏向的轴力也会产生。是使建筑构件产生挠度的主要原因。主要分布在建筑杆件截面远离中性轴的两端。故增加抗弯最直接的方法就是增加杆件高度。

4）扭矩：造成杆件转动的内力。由于刚度及荷载不均产生。对建筑物而言是非常不利的内力。《高层建筑混凝土结构技术规程》中也规定，建筑前两阶振型中不应出现扭转，应通过调整杆件刚度避免建筑受扭。



动力分析

结构动力研究的是结构在动力荷载作用下的振动问题。在动力荷载作用下，我们要考虑惯性力影响，和位移、内力、速度、加速度均随时间变化的影响。在动力分析中，结构一般包块特征值分析、反应谱分析、时程分析三大块。

1）特征值分析也称结构自振特性分析，主要求解结构的自振周期和振型向量。

2）反应谱分析基于振型分解反应谱理论，是一种工程上最常用的计算地震作用下结构动力响应方法，但这种方法只限于线弹性结构，弹塑性阶段振型分解法不再适用。

3）时程分析包括线弹性时程分析和弹塑性时程分析两大类，与振型分解法的主要区别在于采用实测的地震波输入结构计算结构的响应，弹塑性时程分析具体还可分为静力弹塑性时程分析（也称Pushover分析）和动力弹塑性时程分析两类。

上述结构动力分析中，特征值分析和反应谱分析比较常用。而时程分析一般仅针对重要建筑以及体型非常复杂的建筑。小震水准下可进行结构线弹性时程分析，大震水准下需要采用结构弹塑性时程分析方法。

2.结构稳定性分析方式

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