Habilidades BIM | Aplicación de la tecnología paramétrica en las losas mixtas prefabricadas

El siguiente artículo proviene de: Aprendizaje de BIM en Ingeniería

Resumen:

Tras completar el análisis del cálculo estructural, a la hora de dibujar los planos de construcción y los planos de fabricación, la división y la numeración de las losas de piso compuestas todavía se basan principalmente en trabajo manual; durante el proceso de división pueden aparecer problemas como una numeración con saltos grandes o paneles poco uniformes tras la división; además, estas tareas engorrosas ocupan gran parte del tiempo de los diseñadores, que no disponen de tiempo para hacer trabajos de diseño más importantes. Para mejorar la eficiencia y la precisión de la división, se ha introducido la tecnología paramétrica para llevar a cabo parte de la investigación y las aplicaciones.

Palabras clave:prefabricado, losa de piso compuesta, parametrización

0 Introducción

La aplicación de la tecnología paramétrica es cada vez más amplia, pero mucha gente cree erróneamente que la parametrización sirve solo para formas especiales, extrañas, muros cortina o propuestas arquitectónicas; en realidad, eso es solo uno de sus campos de aplicación: ni es todo, ni tampoco responde a su filosofía. Para aprovecharla mejor combinada con la prefabricación, se ha realizado con métodos paramétricos todo el proceso de división, numeración y estadística de las losas de piso compuestas; en comparación con el método tradicional, se pone de manifiesto su valor de aplicación en los edificios prefabricados. Las partes realizadas esta vez con parametrización son:

① Determinación de losas en una dirección y en dos direcciones

② División uniforme de los paneles

③ Acotación de las dimensiones de los bordes de división

④ Numeración de los paneles por zonas

⑤ Anotación del área y el peso de los paneles tras la división

⑥ Cálculo de las cargas de los muros del edificio sobre los paneles tras la división

Entre ellas, las ①②③ corresponden a la división de los paneles, la ③ a la numeración de los paneles y las ⑤⑥ a la estadística de los paneles

2 Descripción general del proyecto

El proyecto de la primera fase del lote sur n.º 3 de la avenida Industrial del distrito de Huadu se encuentra al norte de la avenida Kaiyuan y al oeste de la calle Yuyan, en el distrito de Huangpu de Guangzhou. Se trata de una obra complementaria de edificación residencial, con una superficie total de terreno de 25204 m² y una superficie total construida de 84738.6500m², de las cuales 61041.82m² son sobre rasante y 23696.83 m² bajo rasante; tiene 33 plantas sobre rasante y 2 plantas subterráneas.

3 Aplicación de la tecnología paramétrica a la división y numeración de las losas de piso compuestas

3.1 Determinación de losas en una dirección y en dos direcciones

En los edificios prefabricados, la determinación de si una losa trabaja en una dirección o en dos direcciones es muy importante^[1], porque afecta a las juntas entre losas, al armado, a la instalación, etc.; por ello, determinar con precisión si una losa trabaja en una o en dos direcciones es una cuestión muy importante. La determinación se realiza conforme al apartado 9.1.1 del «Código de diseño de estructuras de hormigón». Para una losa cuadrangular normal, basta conocer las dos dimensiones en las dos direcciones para determinarla con facilidad; en el caso de losas con dimensiones diferentes según la dirección, el programa calcula un rectángulo envolvente y realiza la determinación sobre él. Como se muestra en la siguiente figura, la parte verde es el panel y la zona azul es el rectángulo envolvente; la determinación se hace según las dimensiones del rectángulo envolvente. En esta aplicación, la determinación no presentó ningún error.

         

Determinación de la dirección del panel

3.2 División uniforme de los paneles

Una vez completada la lógica de división y extraído el contorno de las losas, se dividieron las 36 losas de piso compuestas de la planta primera de los edificios C1 y C2, y la división se completó en menos de un minuto. La división muestra todos los esquemas de división uniforme de cada panel dentro de la tolerancia establecida y dibuja el contorno de los paneles ya divididos; además, se crea una nueva capa para colocar el texto del esquema de división. Una vez elegido el esquema de división, basta con eliminar esa capa o configurarla como capa no imprimible para que no aparezca en los planos de fabricación finales. El efecto es el siguiente:

Efecto de la división

3.3 Acotación de las dimensiones de los bordes de división

Este trabajo se realiza al mismo tiempo que la determinación de losas en una o en dos direcciones; su objetivo principal es completar parte de la acotación de dimensiones y, además, permite revisar los paneles ya divididos. Esta acotación también se gestiona con una nueva capa, lo que facilita las operaciones por lotes.

Acotación de las dimensiones de los bordes de división

3.4 Numeración de los paneles divididos por zonas

La división en zonas se basa principalmente en los hábitos habituales de lectura, de modo que la numeración sea continua en cada zona y no presente saltos. Basta con seleccionar cada zona con un marco o con clics para numerarla; al numerar la siguiente zona, la numeración continúa a partir del último número de la zona anterior. Por ejemplo, si la zona 1 tiene 7 paneles después de la división y se numera hasta C1C2-PCB-7, la zona 2 seleccionada comenzará automáticamente a numerarse desde C1C2-PCB-8, y así sucesivamente.

Acotación de las dimensiones de los bordes de división

3.5 Anotación del área y el peso de los paneles tras la división

Conforme al anexo A del «Código de cargas de estructuras de edificación», se adopta un peso específico del hormigón de 25KN/m³ para el cálculo del peso. También se calcula el área de los paneles, lo que facilita trabajos posteriores como el cálculo de la tasa de prefabricación. Con el contorno y el espesor de la losa, la anotación puede completarse con rapidez; la anotación del área y el peso también se gestiona con una nueva capa^[2]。

Anotación del área y el peso de los paneles

3.6 Cálculo de las cargas de los muros del edificio sobre los paneles tras la división

Con el contorno del panel y los muros del edificio en 3D, se puede extraer rápidamente el volumen de los muros de obra situados sobre el panel; tomando el peso específico según el anexo A del «Código de cargas de estructuras de edificación» o según las medidas técnicas unificadas del instituto de diseño, puede convertirse rápidamente en la carga superficial del muro sobre el panel, como se indica a continuación:

Intersección entre el sólido extruido a partir del contorno de la losa y los muros del edificio en 3D

Cálculo por iteración de la carga superficial del muro sobre la losa a partir de la intersección obtenida

4. Resumen de la aplicación

4.1 Ventajas de la aplicación

Dividir con métodos paramétricos mejora notablemente la eficiencia del trabajo y, a la vez, hace que los paneles resulten muy uniformes; además, muestra todos los esquemas de división posibles dentro de un cierto rango de dimensiones y de tolerancia, algunos de los cuales no son fáciles de concebir solo con el criterio humano. La división, la numeración y la estadística son tareas bastante tediosas; en las partes que pueden parametrizarse, la eficiencia mejora de forma evidente. A continuación se muestran dos gráficos comparativos: la curva representa el método paramétrico y la línea recta, el método tradicional. La primera vez que se utiliza la división paramétrica, la fase oa de la figura corresponde a la etapa de observación de las reglas, formación de la lógica y depuración, en la que la producción es cero; una vez formada la lógica, la computadora la ejecuta y puede producir con rapidez. Tras las pruebas, la segunda vez que se aborda otro proyecto ya no existe la fase oa: la curva puede desplazarse directamente al origen y usarse de inmediato, con una eficiencia muy alta.

Gráfico comparativo de la eficiencia antes de formarse la lógica

Gráfico comparativo de la eficiencia después de formarse la lógica

4.2 Limitaciones de la aplicación

Como en la mayoría de los casos reales los bordes de la losa tienen apoyos, solo se extrajo el contorno de la losa y no se asoció la condición de los apoyos; al dividir, se supone por defecto que todas las losas están apoyadas en sus cuatro lados, por lo que las losas apoyadas solo en dos lados opuestos o en voladizo, que claramente trabajan en una dirección, podrían determinarse de forma errónea. Si en el futuro hubiera casos que realmente requieran distinguirlas, se podrían cargar los elementos de apoyo como las vigas y hacer que cada borde de la losa colisione con los elementos de apoyo circundantes, para así satisfacer la necesidad de determinación.

4.3 Reflexiones sobre la aplicación

En esta aplicación se separó el trabajo en tres bloques (división, numeración y estadística) en lugar de fusionarlos en una única generación de una sola vez, porque el diseño estructural es un trabajo muy riguroso: prefiero que, cada vez que el programa genera un resultado, una persona lo revise y verifique, y solo si no se encuentra ningún problema se pasa al paso siguiente. En comparación con el método tradicional, en el que la persona debe tanto dibujar como revisar, con el método paramétrico la persona solo realiza parte de las operaciones y las revisiones, y el tiempo ahorrado puede dedicarse a trabajos de diseño más importantes. En la fase actual, el software de ingeniería es cada vez más maduro; conviene combinarlo más con el diseño y la construcción, seleccionar las partes en las que el BIM o la parametrización ofrecen ventajas claras y aplicarlas para mejorar la precisión y la eficiencia, de modo que se disponga de más tiempo para elevar el nivel del diseño.

Referencias: [1] Xie Zhongliang, Xu Yi, Zhang Qunli, Fang Bo, Gong Cong. Aplicación de la tecnología paramétrica BIM al diseño de la estructura de la cubierta del estadio de hockey de los Juegos Asiáticos de Hangzhou [J/OL]. Tecnología de la información en la ingeniería civil y la arquitectura

[2]Zhang Jilei, Qi Henghao. Aplicación de la tecnología paramétrica BIM en edificios de formas irregulares [J]. Materiales de construcción de Jiangsu, 2019(S1): 52-54.

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