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基于BIM技术推广的加拿大装配式多高层木结构建筑思考

日期:2022年03月24日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:86
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202203172053523425 论文字数:44525 所属栏目:建筑学论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇建筑学论文,本文以加拿大装配式多高层木结构建筑为研究对象,结合设计原则与相关理论,提出了应用单元模块化设计体系的方案对策,并结合实际案例进行了深入研究。

第 1 章 绪

1.1 研究背景

加拿大作为拥有大量林业资源的国家,有着先进的木结构技术与完备的产业结构。随着装配式建筑在加拿大不断的发展,装配式木结构的实践研究也随之发展,装配化的设计理念也愈发受到加拿大政府的关注与支持。

现今加拿大多高层木结构建筑的建造方式已趋近成熟,在现代科学技术的运用下,传统多高层木建筑产业已进行全面的升级改造;社会资源配置的优化,低碳减排节能降耗措施的实施,使其整体建造模式提高的同时,还培养出了一批拥有较高专业水平的相关从业人员,推动了加拿大对于建筑行业规划的可持续发展进程。此外,在建筑行业的各个角落,装配化设计与 BIM 这两种逐渐兴起的技术在理论成果和实际应用两个方面也取得了一定的成效。因此,多高层建筑想要寻求发展,完全可以采取这两种技术来实现信息化与工业化的同步突破。

此外,装配式建筑这种建造模式可以有效的解决施工现场对环境的影响问题,其原因在于装配式建筑的构件是由工厂预制生产,现场施工只需进行安装拼接即可完成。这种建造模式有助于建筑功能标准的保障,易于加工且质量稳定,有着更易把控的人工成本,它也随之成为了加拿大未来建筑行业难以替代的建造模式和发展方向。装配式建筑对于传统建造方式有着颠覆性的变革,其较于传统的建造方式大幅地缩短了所需的建设时间,并使工程质量得到了全面的提升,通过减少材料损耗及改善施工现场的方式对保护环境起到了积极的作用。

在 BIM 技术的支持下,二维图纸与三维模型信息的同步让装配式木结构建筑迎来了新的发展契机。在装配式建筑设计中,装配化构件的组装在其中占据较大比重,但在进行组装时仅靠二维图纸很难传递信息,即便同时使用二维图纸与三维模型,也易因为两者延时创作而产生的信息误差,为项目的设计和深化阶段带来不便。BIM 技术可以很好地解决这些问题,并能在此基础上将信息数据辐射到项目的全周期管理中,从而进一步建构完善的科学管理体系,使装配式建筑的信息化发展得以突破,有效地促进了建筑行业在可持续发展道路上的进程。

1.2 研究目的和意义

1.2.1 研究目的

发展装配式多高层木结构建筑可以推动一些国家的建筑产业,在林业资源发达的地区取材十分便利,规范化的工厂能够批量生产装配式木构件,这些工厂拥有成熟的木材使用流程,可以循环利用木产品,从而减低使用木材对生态环境造成的不良影响;其次,装配化的建造可以摆脱传统多高层木结构建造中施工周期长、不易安装、材料利用率低及投资成本高等缺点;最后,装配式多高层木结构建筑可以放大木材作为建筑材料的优势,例如降低能耗、吸音隔热、便于回收再利用等。许多国家通过发展装配式多高层木结构建筑在建筑领域实现了突破,这充分体现出了装配式多高层木结构建筑的研究价值。

BIM 技术与装配式建筑之间天然就有良好的相性,两者的结合使用可以促进彼此的发展。装配式建筑相比于传统建筑模式精细度会更高,而且构件都是采用集中预制的生产模式,一旦在构件设计环节出现问题,解决问题的成本将十分高昂。BIM 技术可以帮助装配化设计度过这一难关,针对当前项目建立对应的信息模型,可以有效地帮助装配式建筑的各个运行阶段做出总结。在实际施工中也能运用 BIM 模型发挥出提高工程质量以及缩短工程工期等优势,这肯定了将BIM 技术应用在装配式建筑中的应用价值,也为相应的实践研究发掘出更多的参考价值。实际施工中可以运用 BIM 技术来减少施工期间的安全隐患、增进项目建设速度,达到控制成本的效果。通过 BIM 软件生成出的模型可以提供大量有益于施工的模拟方案,BIM 的信息模型可以为施工方提供项目所需的各种参数,也能为施工单位更直观的展现各类信息。

第 2 章 基本概念与相关理论综述

2.1BIM 技术的概念与应用

2.1.1BIM 技术的应用方式

随着现代建筑技术的不断进步,设计师不再满足于原有的木结构建筑形式,开始向着拥有更高与更大跨度的木建筑结构发出挑战。但迎接这种挑战离不开相应技术软件进行的辅助,BIM 软件由于拥有强大的结构设计能力和信息整合能力,使得它在这场挑战中拥有难以替代的优势,大量的设计与施工人员开始研究与学习这一技术以应对这场挑战。

建筑的结构与方案设计都可以通过 BIM 软件来实现,通过建立 BIM 模型并用辅助软件的数值分析后,从而利用该模型在结构与方案设计间的信息匹配性,实现不同部门间项目进度掌控的高效性及准确性。同时,建筑构件设计中可以利用 BIM 软件中的构件库系统来完善,使设计后的构件便于管理并能于 BIM 模型中实时反馈,从而高效的更新 BIM 信息模型。

通过以上述对于 BIM 软件的介绍,可以归纳出 BIM 技术的三个特点:

①BIM 技术最大的优势就在于能够综合项目中的所有信息,且能根据信息的变化实现实时更新,这些更新也会立即反馈到对应项目的 BIM 模型之上。因此利用 BIM 技术来辅助项目进行,可以优化信息传递效率,方便设计人员随时进行设计上的调整,增强各部门间的协同性(如图 2-1 所示)。

②通过 BIM 技术完成的可视化三维模型,不仅能够在结构设计阶段帮助设计师完成碰撞试验,还可为施工阶段管理工作进行辅助。

③可利用 BIM 技术完成项目中各项信息的收纳工作,相关设计工作者就可以通过这些信息快速的完成数据分析等工作,为之后的设计工作提供可参考的信息数据,同时也是为施工图绘制过程中可能遗漏的各项信息进行补充,避免产生时间资源上的浪费。

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2.2 加拿大装配式木结构建筑发展概述

2.2.1 木材使用规范

为了更有效地将木材资源投入到建筑建设当中,加拿大修订了《木材手册》来作为木结构建筑设计建造的理论依据。该手册通过对木材的物理性质、木制构件的规范尺寸、木材整理维护、木结构建筑的设计要求等几个方面制定规范,指导建筑师更加高效的完成建筑设计与建设。

安全是所有类型建筑中最重要的问题,出台有关消防的限制条例反映了国家对消防安全的高度关注,在手册中也针对消防安全设计做出了规范和要求。不同于普通的建筑将具有较小尺寸的木构件应用于墙壁、地板和屋顶,例如木钉、木托梁、木桁架和木工托梁等连接性构件,重型木结构具有较小尺寸的构件都集中在木柱、梁、地板和屋顶,因此在重型木结构中外墙必须采用不可燃材料。但在轻型框架结构中,墙壁、地板和屋顶可以使用任何尺寸的木材,同时外壁可以采用可燃材料,在受保护的轻型框架结构中材料的耐火性一般没有要求[4]。

木材的自绝缘质量是提供一定程度的耐火性的重要因素,特别是在重型木结构的大型木建筑中(如表 2-1 所示)。在重型木结构建筑中,通过指定建筑物各个构件或部分的最小尺寸以及其他规定,可以在规范中满足防火要求,在这种类型的结构中,木构件不需要具有特定的耐火等级。重型木结构建筑的防火标准是基于其在实际火灾中的历史经验,可以适当的在重型木材结构中使用规范认可的紧固件,在内外墙增强建筑所需的耐火性。

第 3 章 加拿大装配式木结构多高层建筑设计关键技术及 BIM 技术应用...21

3.1 装配式木建筑的结构类型分析..................... 21

3.1.1 装配式木框架结构............................21

3.1.2 装配式轻型木结构..........................22

第 4 章 BIM 技术下的装配式多高层木结构建筑实践..........................42

4.1 不列颠哥伦比亚大学学生公寓项目研究应用......................42

4.1.1 基本信息........................... 42

4.1.2 木材使用与加拿大国家法规....................43

总结与展望.......................69

第 4 章 BIM 技术下的装配式多高层木结构建筑实践

4.1 不列颠哥伦比亚大学学生公寓项目研究应用

4.1.1 基本信息

不列颠哥伦比亚大学(UBC)作为在全球木结构学术领域首屈一指的研究机构,其在运用拓展木材用于多高层建筑的研究方向上处于全球领先地位。UBC以其领先的工程木制品和建筑技术创造了 UBC 温哥华校区的最新成员:BrockCommons Tallwood House。该建筑总高度 54m,共 18 层,可为 400 多位学生提供住宿。笔者在实习期间为更好的完成有关于多高层木结构建筑的项目,多次以该项目为研究素材进行分析,并总结论该项目对于装配式多高层木结构的研究价值。

项目位于 UBC 大学温哥华主校区住宿区的核心位置,地块为一块长方形的坡地,面向 Walter Gage 路,毗邻 Gage 住宅楼和 North Parkade(如图 4-1 所示)。项目为高年级学生的宿舍楼,设有单人间和四人间,所有房间配备厨房和浴室,公共服务设施布置在首层,顶层为公共休闲用房。

建筑学论文参考

总结与展望

一、总结

本文以加拿大装配式多高层木结构建筑为研究对象,结合设计原则与相关理论,提出了应用单元模块化设计体系的方案对策,并结合实际案例进行了深入研究,结论如下:

(1)对多高层木建筑装配化的可行性和经济性通过大量研究和工程实践进行了论证。经过对多高层木建筑案例的分析方案得出,未来多高层木建筑会向更大规模、更高高度的方向发展的同时,在 CLT 等工程木材料被广泛应用下,更多性能优越的新型工程木材料也得到呈现。木结构建筑高度的不断突破,木混结构体系在多高层建筑中的运用,也会在这一系列的变化中更加合理与多样。

(2)针对 BIM 技术在装配式多高层木结构建筑的应