1、 - 1 - 利用 BIM 软件理解建筑结构 摘 要 知识、技术和信息共享是影响第二十一世纪学生学习过程的重要领域之一。在这种环境下，计算机和先进技术发挥着重要的支撑作用。本研究提出一种方法来开发和提高认识的基本原理结构分析使用建筑信息模型（ BIM）工具。研究的重点是评估的影响，不同的重力和横向荷载对门式刚架和基本静力平衡方程的关系。 BIM工具促进结构分析等概念的理解力的平衡，支持反应，剪力和弯矩图。 数字工具，如 Revit Structure和 Robot，帮助简单的结构系统和静力平衡方程之间的调查及相关理解框架的概念行为。 通过概念理解负载组合的行为，各种复杂的结构计算可以近似静态平
2、衡方程或仅仅涉及到简支梁或全固定结构。这种方法将使工程的学生发展深的学习和长期保留环境，其中概念思维是一个核心活动。 简 介 本科工科学生结构分析主要集中在计算，没有强调理解结构系统概念行为的重要性。阿迪斯（ 1991）指出，在建筑工程史上有知识，有一些类型的知识相对容易储存和沟通给其他人，例如通过图表或模型、定量规则或数学形式。在同一时间，也有其他类型的知识，即使是今天，似乎仍然难以凝聚和传递给别人，他们必须学会重新每个年轻的工程师或architect-a的结构行为的感觉，例如。目前，在年轻的结构工程师和建筑师的教育，教育工作者倾向于特别专注于那些易于储存和交流的知识。不幸的是，其他类型的工
3、程知识已收到相当少对于他们的公平份额更少的关注。 为推进其他类型结构工程知识，这项研究的重点是概念和定性行为的结构，以及如何提高从事学生的想象力，并使用它产生不比于音乐家或艺术家生产少具有想象力的想法，除了构想一几何形状或材料类型，可以在很大程度上从记忆，也有可能在头脑中进行结构分析 -什么可以被称为概念分析。本研究旨在强调工程师和建筑师教育背景下的结构行为定性理解 的价值。虽然数据缺乏，但允许与早期的比较，警报已响起，青年结构工程师和建筑师在定性和概念上的理解过于薄弱。 随着最近的技术进步，学生有更多的工具来分析和演示负载组合如何影响结构的稳定- 2 - 性和行为。具体而言，建筑信息模型（
4、BIM）有协助实现不同类型的结构知识学习目标并不损害他们独特的要求的潜力。建筑信息建模，或 BIM，是一种通过创建要用于结构的所有方面的建筑物对象的数据库从根本上改变计算在结构设计中的作用的进程，不管是从从设计到施工和超越。 BIM具有革命性的设计和施工的建筑物主要是由于其基于支座和连接形式的变形 指定的应力，相互作用能力的截面特性，材料的强度的能力。本项目的研究主要集中在利用 Revit结构及其扩展包 Robot结构分析软件，了解建筑结构的基本知识并如何从概念上分析成员，如门户框架。这种结构行为的概念知识类似于通常与工艺技能相关的知识类型，或知道如何做某事的技巧（例如游泳，画画），制作码头，
5、演奏乐器）通常产生深刻的学习效果。 实验研究小组包括来自佛罗里达州工程学院的一名本科生和一名研究生和建筑学院建筑设计与工程学院的一名研究生探讨 BIM会提高对建筑结构学习和理解。研究小组介绍了BIM和 Revit结构基础 。本次介绍约八接触小时（见图 1）。 本文介绍的最后一个阶段是 Revit结构强调等新概念的模型元素，理解类，家庭概述、类型和实例。在开始分析之前，学生们被分配简单的项目练习使用 Revit结构建模单和两层钢木建筑 .下面的图 2说明了下面介绍的过程（ sharag埃尔丁和 nawari 2010）。版权 ASCE 2011土木工程中的计算 2011土木工程计算（ 2011）
6、 - 3 - 图 1： BIM 介绍块 介绍之后，学生们开始在 Revit了解分析工具结构。这些工具可作为基础版本的扩展。 本研究使用 BIM工具主要是梁、框架模拟 负载撤除，并与机器人结构分析的集成。负荷下降在建筑结构中引入负荷路径、负荷跟踪、反应的约束。学生能够理解这样的概念作为视觉交互方式的梁、梁和柱的分支区域（见图 2）极大地激发了兴趣和动机，探索其他工具的分析能力。 然后，研究集中在理解框架的概念行为的重力和横向载荷下使用这些工具。下一节说明的方法和取得的成果。 图 2。负载移除结果学生为例 - 4 - 研究的方法 目前结构工程课程主要集中在结构工程知识的量化和形式化方面以及这些组合
7、可以很容易地表示在数字和符号，这是在设计过程中使用和建议设计的说明和理由。然而，除了这些正 式的技术，重要的是要使用的文字和符号背后的概念，在更基本的水平上，为了帮助思考结构和大部分的思维进行不一定数量的，而且定性。例如，考虑有趣的由亚的例子（ 1990）：结构在其两端不铰接的梁，它必须维持的最大弯矩可能被计算为适当的简支梁，即 PL / 4（负载 x跨度 / 4）。另外，虽然已知没有固定的端部，它可以被设计使用适当的束的计算与完全约束的端部， PL / 8（可能是考虑到一些额外的刚度由地板系统提供）。上述两种情况下可能使工程师一点假设已知是不精确的使用。然而，他或她的惊喜将成为警报后，检查使
8、用公式 PL / 6的情况下，门户框架被认为是“部分约束”。不同于前两个公式，最后一个没有理论上的理由。然而，设计师可能会很高兴这样的做法后，他们的使用可以产生安全和经济结构！。正是这种能力的概念，标志着直接从结构工程基础有能力转变考虑 ,理解和沟通结构行为。 在结构工程以及在建筑的教育纳入行为和概念分析集中的集中作为一个活动是至关重要的。它应该包括这些作为识别不同的技能需要分别培育和发展。 朝着这个目标前进经常被许多研究者和实践者提出，比如 Beckmann1966, Pugsley 1980, Harris 1980, Cowan 1981, Dunican 1981, Lewin 198
9、1, Brohn1982, and Addis 199, Hills & Tedford 2002). 在讨论和解释工程行为能够成功运用结构分析和设计的概念对学生的理解，和思考结构的能力提供了一个非常直接的指示。然而，要做到这一点，不要只从事客观的和单纯的描述性活动。概念的使用，更普遍地，语言，在思想和讨论上指定一个工程师是看问题的角度。 本研究采用结构化信息建模与分析和设计工具的概念理解结构行为的工具。 BIM工具用于分析结构在整个研究项目 的一部分，主要利用之间的集成结构和机器人的结构设计分析。重力和横向荷载施加到各种混凝土门式框架，以发展和提高对剪切和弯矩的行为及基本原理以及边界条件如何
10、影响结构行为的理解，。 一般的钢筋 20英尺 x 20英尺混凝土框架作为研究过程中的一个参考点（图 3）。一个固定的和钉住的帧经历一个单一的重力点荷载分析通过改变梁和柱构件尺寸。第一分析允许的光束的大小保持恒定的列的宽度和深度逐渐增加的时间间隔为 6。研究的第二部分保- 5 - 持恒定的列尺寸和不同的光束尺寸仅增加 6的高度。 重复分析，除去重力荷载并以一点侧向荷载代替。 图 3。钢筋混凝土框架 研究实例 下面以确定的行为对固定和固定钢筋混凝土门式框架经历各种重力或横向荷载进行了分析： 表 1分析的框架型号大小 1基普重力和横向集中荷载作用下 20英尺 x 20英尺框架 对 12inX 12i
11、n恒定梁大小。 对 12inX 12in恒定柱大小。 变列柱尺寸： 变列梁尺寸： 1.12 in. x 12 in. 1.12 in. x 12 in. 2.18 in. x 18 in. 2.12 in. x 18 in. 3.24 in. x 24 in. 3.12 in. x 24 in. 4.30 in. x 30 in. 4.12 in. x 30 in. 5.36 in. x 36 in. 5.12 in. x 36 in 结果及讨论 进行结构分 析时，几何结构、性能使用的材料，支持条件，和承受负载都必须采取考虑。每个方面在任何结构的平衡中起着重要的作用。结构分析的主要关注的是内力
12、系统的- 6 - 计算和应力分析中所涉及的相应内部应力的测定。 本文主要研究非静定框架不能用力平衡方程求解的问题，为了了解结构的行为和定性确定相应的剪切和弯曲及这种结构的弯矩图，本研究利用简单梁概念的研究，即简支，悬臂和全固定梁（图 4）。 图 4。简单的梁柱概念 固定和固定门架受 1基普重力荷载进行分析时，他们表现出同样的剪力和弯矩图。当梁相对于柱尺寸增大时，弯矩逐渐向框架中心移动。门户框架成员的行为更像一个简支梁。另外，当柱相对于梁的尺寸增大时，弯矩逐渐远离中心，表现得更像一个完全固定的结构。当柱和梁的大小是相同时弯矩是平均的简支和完全固定梁（弯矩 = 1 / 2（ PL / 4）（ PL
13、 / 8） = PL / 6）。下面的图 5直观地描述了剪切和弯矩图不同条件下结果的一部分。 框架在 1基普侧向荷载中的作用下，柱尺寸的变化（梁的大小是固定的）上的剪切和弯矩，在排架的情况下图表是无关紧要的。另一方面，在一个刚架情况下，随着柱尺寸的增加，该柱的表现更 像一个悬臂梁在支撑部位的最大 PL。考虑排架时，随着梁的尺寸逐渐增大，而柱的尺寸是固定的，不同尺寸的柱的排架的行为是不同的。然而，在刚架的情况下，较大的梁与关的柱相连时，柱的行为像一个半悬臂的最大弯矩 PL / 2两端。下面的图 6演示了排架和刚架的相应的剪切和弯矩图。 随着柱尺寸的增加，在刚架上的侧向荷载，梁上的弯矩和剪力几乎减
14、小到零。对于排架，在承受相同侧向荷载时梁的弯矩或剪力时梁的尺寸的变化不影响弯曲的幅度。 - 7 - 图 5。一个 1 基普重力荷载作用下的框架 图 6。一个 1 基普侧向荷载作用下的框架 结 论 研 究工作的重点是发展关于哪些结构行为和分析可以判断，改进，沟通，学习和教学更有效的方法。本研究强调开发更有效的技术，其中结构工程知识，在其最广泛的意义上，包括对设计技巧至关重要的结构行为的理解，是可以教育和学习的。建筑业中工程结构教育将注意力集中在行为和概念分析应作为中心活动。 理解结构行为的直接方法是强调的 ,而不是依靠怀疑的假设，这样的理解是学习结构分析的教学必然要遵循的。最终，这种类型的知识是
15、检查使用结构设计过程中的工程理论与计算机辅助设计软件的合法性的唯一途径。 - 8 - 提高 BIM工具在反射模式中的使用，使学生 在学习基本结构概念能够欣赏结构的完整行为因此，这种方法促进了对结构行为深刻的学习 /理解。 引 用 Adis, W. (1991). “ Structural Engineering the nature of theory and design” . Ellis Harwood, New York. Beckman, P. (1966). “ Education lost have been misled” , Arup Journal 1, No.3, 7. B
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