[发明专利]基于BIM技术的超厚底板钢筋支撑体系设计优化系统

权利要求书

1.基于BIM技术的超厚底板钢筋支撑体系设计优化系统，其特征在于，包括：

1)基于项目施工CAD图纸，建立超厚底板BIM模型，进行超厚底板的钢筋排布，根据钢筋规格和间距计算单位面积钢筋荷载；

2)确定构成钢筋支撑体系的钢材制成的横梁、立柱的材质与规格以及连接方式，计算钢材的力学性能以及连接件的安全参数，在超厚底板的上下层钢筋之间布置临时钢筋支撑体系，安全验算横梁的强度与挠度、立柱的长细比与稳定性以及连接件的强度；

3)调整临时钢筋支撑体系的立柱纵横间距，重复进行安全验算，按照二分法求得最优解，得出力学计算满足安全要求的钢材用量最省的钢筋支撑体系；

安全验算横梁的强度与挠度、立柱的稳定性以及连接件的强度包括：

S1、分别对顶层横梁和中间层横梁按照三跨连续梁进行强度与挠度验算：

1)对于顶层横梁：

①按照静荷载和活荷载作为均布荷载计算横梁的最大弯矩和变形，

静荷载的计算值q₁＝1.2×G₁×L

活荷载的计算值q₂＝1.4×Q₁×L+1.4×Q₂×L

静荷载的标准值q₁’＝G₁×L

活荷载的计算值q₂’＝Q₁×L+Q₂×L

G₁为顶层钢筋的自重荷载，Q₁为施工人员荷载标准值，Q₂为施工设备荷载标准值，L为横梁的纵横间距，数值等同立柱的纵横间距；

②计算三跨连续梁均布荷载作用下的跨中最大弯矩和支座最大弯矩，

跨中最大弯矩的计算值M_1max＝0.08q₁l²+0.101q₂l²

支座最大弯矩的计算值M_2max＝-0.10q₁l²-0.117q₂l²

l为立柱的纵横间距；

取最大值[M_1max,M_2max]计算应力进行强度验算，

应力的计算值σ＝M_max/W

W为横梁的截面抵抗矩；

横梁的应力的计算值σ＜横梁的抗弯强度设计值f即为通过；

③计算三跨连续梁均布荷载作用下的挠度，

挠度的计算值ν_max＝(0.677q₁’+0.990q₂’)l⁴/(100EI)

E为横梁钢材的弹性模量，I为横梁的截面惯性矩；

挠度的计算值ν_max小于挠度阈值min(l/150，10mm)即为通过；

2)对于中间层横梁：

①按照静荷载作为均布荷载计算横梁的最大弯矩和变形，

静荷载的计算值q₁＝1.2×G₂×L

静荷载的标准值q₁’＝G₁×L

G₂为上方层钢筋的自重荷载；

②计算三跨连续梁均布荷载作用下的最大弯矩，

最大弯矩的计算值M＝0.1×q₁×l²

计算应力进行强度验算，

横梁的应力的计算值σ＝M/W

横梁的应力的计算值σ＜横梁的抗弯强度设计值f即为通过；

③计算三跨连续梁均布荷载作用下的挠度，

挠度的计算值ν_max＝0.677q₁’l⁴/(100EI)

E为横梁钢材的弹性模量，I为横梁的截面惯性矩；

挠度的计算值ν_max小于挠度阈值min(l/150，10mm)即为通过；

S2、立柱作为轴心受压构件进行长细比验算和稳定性验算：

立杆的长细比的计算值λ＝h/i

i为截面回转半径，h为立柱步距；

立杆的长细比的计算值λ小于长细比容许值[λ]即为通过；

计算立柱对每层横梁的最大支座反力，

最大支座反力的计算值N_max＝1.1×Σq₁×l+1.2×q₂×l

将每层横梁给立柱的轴力叠加可得到，立柱最底部的轴力为N＝∑N_max；

立柱的压应力计算值σ＝N/φA

φ为轴心受压杆件稳定系数，A为立柱的截面积；

立柱的压应力计算值σ≤立杆的抗压强度设计值[f]即为通过；

S3、分别对连接方式为焊接或扣件进行强度验算：

计算横梁最大支座反力，

横梁最大支座反力计算值R＝_max(R₁,R₂)

R₁为横梁最大支座反力，R₁＝1.1×q₁×l+1.2×q₂×l

R₂为中间层横梁最大支座反力，R₂＝1.1×q₂×l，

①扣件抗滑移验算

扣件抗滑移力计算值R_c＝k_c×8

k_c为扣件抗滑移验算折减系数；

横梁最大支座反力计算值R小于扣件抗滑移力计算值R_c即为通过；

②焊缝强度验算

焊缝强度值R/(0.7×h_f×l_w)

h_f为角焊缝焊脚尺寸，l_w为角焊缝计算长度，

焊缝强度值R/(0.7×h_f×l_w)小于焊缝强度设计值即为通过；

得出力学计算满足安全要求的钢材用量最省的钢筋支撑体系的具体方式为：

总用钢梁重量＝[(A’/La’+1)×B’+(B’/Lb’+1)×A’]×m×g+[(A’/La’+1)×(B’/Lb’+1)]×每根立杆长度×m×g，

其中，A’和B’为横梁的纵向长度和横向长度，单位米，La’和Lb’为立柱的纵距和横距，单位米，m为每米的质量，可以直接读值，g为重力加速度，取值为9.8N/kg。