基于Revit的輕鋼龍骨復(fù)合墻參數(shù)化建模研究

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(1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092； 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

引言

冷彎薄壁型鋼房屋建筑結(jié)構(gòu)體系是將冷彎薄壁型鋼構(gòu)件通過自攻螺釘連接形成輕鋼骨架，而后在輕鋼骨架上覆以建筑板材從而形成主體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系相比，冷彎薄壁型鋼房屋建筑結(jié)構(gòu)具有抗震性能好、用鋼量省、預(yù)制裝配化程度高、施工周期短、鋼材可回收利用等特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)，符合綠色建筑要求[1]。在新型建筑工業(yè)化政策的推動下，工業(yè)化建造成為建筑企業(yè)競相爭奪的高地，輕鋼龍骨體系工業(yè)化住宅是目前建筑領(lǐng)域最接近制造業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)方式的建筑，并且其建造管理也最有可能應(yīng)用制造業(yè)先進(jìn)的全過程信息化管理理念和技術(shù)[2]。

建筑信息模型(BIM)是對建筑物物理和功能的數(shù)字化表達(dá)。積極響應(yīng)BIM等新興技術(shù)，使用信息化手段，促進(jìn)我國新型工業(yè)化發(fā)展是我國建筑業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[3]。Revit作為當(dāng)前主流的BIM軟件和平臺，在民用建筑的BIM應(yīng)用中處于主導(dǎo)地位。模塊化和參數(shù)化的設(shè)計(jì)理念、全面的建筑信息和友好的操作界面符合當(dāng)前工業(yè)化發(fā)展的需要。

本文在Revit 2016和Revit API類庫[4]的基礎(chǔ)上，使用Visual Studio 2017軟件和C#語言，結(jié)合《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[5](GB 50018-2002)和《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》[6](JGJ 227- 2011)開發(fā)輕鋼龍骨復(fù)合墻體的參數(shù)化建模插件，對輕鋼龍骨復(fù)合墻體建筑建造中BIM技術(shù)的應(yīng)用具有一定意義。

1 輕鋼龍骨復(fù)合墻參數(shù)化建模要求

1.1 輕鋼龍骨復(fù)合墻組成

低層冷彎薄壁型鋼建筑的墻體，是由冷彎薄壁型鋼骨架、墻體結(jié)構(gòu)面板、填充保溫材料等通過螺釘連接組合而成的復(fù)合體，其中鋼骨架由立柱、頂導(dǎo)梁和底導(dǎo)梁、撐桿、結(jié)構(gòu)面板、螺釘?shù)冉M成如圖1所示。非承重墻可不設(shè)置支撐、拉條和撐桿。如墻體包含洞口，則需要在洞口上方設(shè)置過梁，洞口兩邊設(shè)置洞口柱。

1.2 輕鋼龍骨復(fù)合墻構(gòu)造

立柱構(gòu)造：立柱采用C型卷邊冷彎槽鋼構(gòu)件，立柱間距為400 mm～600 mm； 洞口處，立柱加強(qiáng)，當(dāng)洞口寬度<3 m時(shí)，洞口柱為2根，當(dāng)洞口寬度>=3 m時(shí)，洞口柱為3根，如圖2所示； 墻相交處，立柱加強(qiáng)，立柱形式如圖3所示。

圖1 輕鋼龍骨復(fù)合墻組成

(a)洞口寬度<3 m (b)洞口寬度>=3 m
2 洞口處立柱構(gòu)造

(a)L型相交 (b)T型相交 (c)十字型相交圖3 墻相交處立柱構(gòu)造

導(dǎo)梁構(gòu)造：頂導(dǎo)梁和底導(dǎo)梁采用U型冷彎槽鋼構(gòu)件，構(gòu)件壁厚不小于立柱壁厚。

撐桿構(gòu)造：在立柱間均采用剛性支撐，即使用U型冷彎槽鋼構(gòu)件作為支撐，支撐的垂直間距通過參數(shù)控制。

過梁構(gòu)造：過梁包括上下兩根U型冷彎槽鋼構(gòu)件和左右兩根C型冷彎槽鋼構(gòu)件，構(gòu)造形式如圖4所示，過梁與洞口柱的連接形式如圖5所示。

圖4 過梁構(gòu)造 圖5 過梁與洞口柱的連接

結(jié)構(gòu)板和螺釘構(gòu)造：結(jié)構(gòu)板左右邊緣搭接在豎向立柱上，上下邊緣搭接在導(dǎo)梁上或立柱間的剛性支撐上； 結(jié)構(gòu)面板與立柱連接的螺釘間距不大于300 mm。

1.3 復(fù)雜輕鋼龍骨復(fù)合墻

1.1和1.2中介紹了一般輕鋼龍骨墻體組成和各部分構(gòu)造要求。實(shí)際中需考慮更加復(fù)雜的情況，如不規(guī)則輪廓的墻體和弧形墻體等，如圖6所示。

圖6 復(fù)雜輕鋼龍骨復(fù)合墻

2 輕鋼龍骨復(fù)合墻參數(shù)化建模插件實(shí)現(xiàn)流程

RevitAPI類庫通過實(shí)現(xiàn)外部命令接口IExternalCommand來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件創(chuàng)建功能，通過實(shí)現(xiàn)外部應(yīng)用接口IExternalApplication來定制功能面板。

定制的功能面板如圖7所示。

圖7 功能面板

基于Revit輕鋼龍骨復(fù)合墻參數(shù)化建模插件實(shí)現(xiàn)過程如圖8所示。

2.1 龍骨族創(chuàng)建

龍骨族包含龍骨柱和龍骨梁，龍骨柱為C型卷邊薄壁槽鋼，龍骨梁為C型卷邊薄壁槽鋼和U型薄壁槽鋼兩種。

2.2 插件界面設(shè)計(jì)

插件界面使用WPF創(chuàng)建，如圖9所示。

圖8 輕鋼龍骨復(fù)合墻參數(shù)化建模插件實(shí)現(xiàn)過程

圖9 復(fù)合墻創(chuàng)建界面

其中，Vertical Stud為立柱類型； Vertical Spacing為立柱間距，區(qū)分直線墻和弧形墻； Horizontal Spacing為剛性支撐的間距； Studs Break Bridgings為是否創(chuàng)建剛性支撐，其他參數(shù)為無關(guān)設(shè)置，此處不作說明。部分參數(shù)由程序通過獲取模型信息自動生成，如導(dǎo)梁類型，會根據(jù)立柱類型進(jìn)行匹配等。

2.3 獲取墻體幾何信息

此插件中需要獲取的墻體信息為墻體的定位線LocationCurve，墻體輪廓線(外部輪廓和洞口形成的內(nèi)部輪廓)，墻體的相交信息。墻體輪廓線如圖10所示。墻體的相交信息為與該墻體相交的有哪幾面墻，在哪個地方相交，以及相交型式，考慮L型、T型和十字型三種型式，如圖3所示。

2.4 創(chuàng)建立柱

首先，處理墻體輪廓線，將其拆分為外部輪廓和內(nèi)部輪廓，如圖11所示。

在外部輪廓中根據(jù)龍骨間距布置立柱，上下分別與外部輪廓相交，遇到內(nèi)部輪廓則截?cái)啵?在內(nèi)部輪廓的邊緣，根據(jù)輪廓寬度布置洞口立柱； 如果墻體與其他墻體相交，則在相交部位布置如圖3所示的加強(qiáng)柱。生成立柱如圖12所示。

(a)墻實(shí)例 (b)墻輪廓圖10 墻體輪廓線

(a)墻輪廓 (b)外部輪廓 (c)內(nèi)部輪廓圖11 輪廓拆分

2.5 創(chuàng)建導(dǎo)梁、過梁和支撐

根據(jù)外部輪廓的頂部和底部輪廓線創(chuàng)建頂部和底部導(dǎo)梁，若輪廓線為不規(guī)則形狀，則分段創(chuàng)建導(dǎo)梁，如圖6所示； 在內(nèi)部輪廓的頂部創(chuàng)建過梁，過梁組成和構(gòu)造如圖4-5所示； 在立柱間創(chuàng)建剛性支撐，如果遇到洞口則不創(chuàng)建。生龍骨如圖13所示。

圖12 創(chuàng)建立柱 圖13 創(chuàng)建導(dǎo)梁、過梁和撐桿

2.6 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)板和螺釘

結(jié)構(gòu)板使用墻類型來創(chuàng)建，左右邊緣搭接在立柱上，上下邊緣搭接在剛性支撐或?qū)Я荷希?螺釘在創(chuàng)建族龍骨柱時(shí)，使用嵌套族在龍骨柱上創(chuàng)建，這樣既能保證復(fù)合墻的完整性，又不會使模型過于復(fù)雜而不易使用。

3 輕鋼龍骨復(fù)合墻參數(shù)化建模實(shí)例

圖14為一棟別墅模型中的墻體，選擇所有墻體，點(diǎn)擊生成龍骨按鈕，彈出如圖9所示界面，點(diǎn)擊確定，即可生成如圖15所示模型。

圖14 墻體模型

圖15 輕鋼龍骨模型

4 總結(jié)

本文介紹了Revit插件程序開發(fā)設(shè)計(jì)流程，通過RevitAPI類庫實(shí)現(xiàn)了輕鋼龍骨復(fù)合墻體的參數(shù)化建模插件。實(shí)例表明，通過參數(shù)化建模可以大大節(jié)省輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)建模過程，提高精度，檢查錯誤，且符合規(guī)范，讓設(shè)計(jì)人員更加專注于建筑本身的功能和結(jié)構(gòu)性能。該插件在工業(yè)化建筑的推廣和應(yīng)用中具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

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[6] JGJ 227-2011.低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程[S].中國建筑工業(yè)出版社， 2011.