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基于BIM的木结构节点设计方法研究文献综述

 2020-05-16 20:18:28  

文 献 综 述

一、选题背景

木材作为传统的结构用材具有悠久的历史[1],早在远古时期,人们就通过简易木材搭建木构筑物居住。随着时间的推移,一直到封建社会,木结构建筑一直是中国古代社会建筑的主流,无论是寺庙、塔楼,还是民宅、宫殿无不展示了木结构建筑的魅力。木结构建筑结构性能好且具有很好的美学价值,比如中国山西的应县木塔建于1056年,至今已有近千年的历史,这充分彰显了木结构的优越的结构性能。并且,随着经济发展与环境问题矛盾的突出,国家提倡节能减排,对于建筑结构需要满足一定的环保功能。木材作为可再生资源,一方面可以减少环境污染问题,具有较好的保温隔热、吸湿除碳功能;另一方面木材具有一定的弹塑性,且属于轻质高强材料,作为结构用材具有较好的抗震性能。

但木结构建筑在其工业化道路上存在着不能忽视的一个局限,在木结构框架系统中,交汇构件间的连接,是一个很关键的问题,直接影响到木结构建筑的快速、可靠、便捷安装[2]。在过去,国内外的木结构住宅,木材构件之间的连接,多采用卯榫构造的连接形式。近些年来,国内外木造住宅,受欧美技术的影响,对木结构住宅,在许多方面进行了改进。现在国内外对于木结构节点多采用钢夹板装配式节点,通过螺栓与构件加以连接。但是其在构件的安装阶段较为繁琐,由于木结构截面厚度较钢结构要大很多,造成采用类似钢结构的螺栓连接在实际安装中出现种种问题,安装不上后需要对木结构孔洞进行扩孔等工作,而木结构相关规范是明令禁止在现场扩孔的。实际工程中,工人野蛮扩孔,造成很大的安全隐患。

现如今,BIM技术在我国乃至全世界发展的如火如荼。在我国,BIM技术经历了10多年的发展,已然在建筑行业掀起了一场新的变革[3]。从传统的二维绘图表达,到现今的三维可视化建模,再到5DBIM(包括协调计划时间和成本估算)的建筑全生命周期管理,BIM技术在很大程度上节约了建筑设计、施工、管理和维护成本[4-6]。BIM技术使得建筑生命周期的各个步骤有机的结合起来,与传统二维绘图表达相比,大大地节约了各个专业相互交流的时间和精力,并且有效避免了施工过程中可能出现的种种问题[7-11]。

因此,研究一种基于BIM的木结构节点设计方法对于促进木结构在我国的发展意义重大。

二、国内外研究现状

1.木结构连接

木结构连接节点形式主要有榫卯、钉、螺栓、齿板、填板和夹板等。

榫卯连接由榫头和卯孔组成,表现出较强的半刚性特征,具备一定的抗弯、抗拉压和抗扭能力。姚侃、方东平等[12、13]通过试验,分析了不同形式榫卯节点的受力机理及其动力特性和地震反应,得出了木结构抗震性能良好的结论。

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