Tekla Structures在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

倪 妮 許 淘 邵建華

(江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、重量輕、抗震性能優(yōu)越、裝配容易、外形美觀多樣、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，受到國內(nèi)外建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。然而，隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷增加，與其相關(guān)的工程事故也在不斷增長，給人們的生產(chǎn)生活造成巨大損失。因此，就設(shè)計(jì)方面而言，進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的效率和精度具有極其重要意義。

Tekla Structures是一款多模塊集成化的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件，自引入中國以來，在多項(xiàng)國家大型項(xiàng)目中都有用到該軟件，如中央電視臺(tái)新聞大樓、奧林匹克公園國家會(huì)議中心、上海環(huán)球金融大廈等[1,2]。Tekla軟件自帶的諸多功能能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)建筑從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—深化設(shè)計(jì)—施工管理等一系列要求。

1 Tekla Structures門式剛架建模

Tekla Structures軟件可以進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)三維精準(zhǔn)建模。其支持多用戶平臺(tái)，在大型項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用軟件的多用戶平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同建模，從而可以縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。以下以典型的輕型門剛為例，詳細(xì)闡述使用Tekla Structures軟件的基本步驟。圖1為門式剛架三維模型圖。

1.1 軸線和軸視圖

首先，根據(jù)模型的三維柱網(wǎng)尺寸創(chuàng)建x，y和z方向的軸。精確的軸網(wǎng)是保證模型正確建立的基礎(chǔ)。Tekla軟件不僅可以創(chuàng)建水平軸網(wǎng)和豎直軸網(wǎng)，還可以建任意角度創(chuàng)建曲線式軸網(wǎng)。軸網(wǎng)創(chuàng)建之后，可以創(chuàng)建各個(gè)軸線的軸視圖，為稍后的模型建立做準(zhǔn)備。

1.2 主體結(jié)構(gòu)

在正式建立模型之前，用戶需先對(duì)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，目的是在建模時(shí)對(duì)各構(gòu)件賦予相應(yīng)的名稱，以方便后期圖紙的自動(dòng)生成。結(jié)構(gòu)建模時(shí)，用戶需輸入相應(yīng)的構(gòu)件參數(shù)，其包括部件的幾何尺寸、材料規(guī)格、橫截面形狀、用戶注釋等。定義構(gòu)件屬性，用戶可以對(duì)不同構(gòu)件定義不同顏色，從而方便對(duì)不同部件進(jìn)行區(qū)分[3]。用戶可以按照從主到次的順序逐步建立模型。

1.3 節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建

Tekla Structures軟件中有約600多個(gè)節(jié)點(diǎn)類型，涵蓋了常見的絕大多數(shù)節(jié)點(diǎn)連接類型[4]。在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需在指定位置使用節(jié)點(diǎn)命令，填入相關(guān)參數(shù)，然后選擇主要部分和次要部分即可。Tekla Structures也是一個(gè)開放式系統(tǒng)。對(duì)于一些復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，節(jié)點(diǎn)庫中未包含相關(guān)節(jié)點(diǎn)時(shí)，用戶可以對(duì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，創(chuàng)建適用于項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)形式，以滿足不同類型的項(xiàng)目需求。

本次門式剛架建模部分節(jié)點(diǎn)如圖2所示。

1.4 碰撞檢測

碰撞問題一般分為以下兩種：一是實(shí)體構(gòu)件之間的交叉，為硬碰撞；二是構(gòu)件之間距離不滿足安裝需求，為間隙碰撞[5]。Tekla軟件自帶的碰撞檢查功能可以在建模過程中對(duì)部分模型或整體模型進(jìn)行碰撞檢測。及時(shí)對(duì)構(gòu)件的碰撞進(jìn)行檢查與修改，避免因施工時(shí)發(fā)現(xiàn)問題造成費(fèi)用的增加以及工期的增加。

1.5 生成施工圖

在碰撞檢測無誤后，可以利用軟件自動(dòng)生成施工詳圖。軟件可以生成各種圖紙，包括平立面布置圖、構(gòu)件詳圖、節(jié)點(diǎn)詳圖等。生成施工詳圖時(shí)，可以單張地生成，也可以批量生成，為了降低人為因素導(dǎo)致的圖紙問題，多用戶操作時(shí)，為保證最終圖紙質(zhì)量與統(tǒng)一性，各操作人員需采用統(tǒng)一制圖模板與標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

1.6 生成各種清單

確保模型正確無誤后，可以利用軟件生成各項(xiàng)清單功能，自動(dòng)生成所建模型的各項(xiàng)清單，如構(gòu)件、材料、表面積、螺栓、焊縫清單等。生成清單時(shí)可以根據(jù)不同規(guī)格、用途、等級(jí)等進(jìn)行分類，從而為稍后的采購和管理等工作提供依據(jù)。

2 Tekla軟件的優(yōu)勢分析

2.1 高效性

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件相比，Tekla軟件內(nèi)置集成多個(gè)模塊，大大提高了設(shè)計(jì)效率。在3D模型中，設(shè)計(jì)師可以更容易地發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間的碰撞問題。由于圖紙和清單基于模型，可依據(jù)模型的變化對(duì)圖紙以及清單進(jìn)行相應(yīng)的更新，因此可以更好地確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

在主體結(jié)構(gòu)建好后，可以進(jìn)行相應(yīng)附屬設(shè)施的建模，如：通風(fēng)、消防、給排水等。利用軟件的整體碰撞檢查功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)備之間是否存在碰撞問題，發(fā)現(xiàn)問題后可以及時(shí)糾正，提高了設(shè)計(jì)效率。

2.3 兼容性

Tekla軟件內(nèi)置多種文件格式的轉(zhuǎn)換接口，可以實(shí)現(xiàn)與其他軟件模型導(dǎo)入導(dǎo)出，比如CAD,Revit，SAP2000等，在設(shè)計(jì)時(shí)，利用不同軟件的優(yōu)勢，各取所長，共同作業(yè)，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

將Tekla軟件引入鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→出圖→管理方面實(shí)現(xiàn)了巨大進(jìn)步，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1)確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高設(shè)計(jì)效率。

通過門式剛架的建模設(shè)計(jì)，對(duì)軟件的各項(xiàng)功能有了初步的了解。當(dāng)模型發(fā)生改動(dòng)時(shí)，可對(duì)相應(yīng)改動(dòng)的圖紙、清單等重新出圖，避免由于模型改動(dòng)出現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)改動(dòng)的缺失，造成不必要的工期的延誤。在復(fù)雜項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用多用戶操作平臺(tái)，協(xié)同工作，提高設(shè)計(jì)效率。

2)縮短工期，節(jié)約成本。

在項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)階段，利用Tekla軟件的碰撞檢測功能，對(duì)結(jié)構(gòu)各部件之間以及不同專業(yè)設(shè)備之間進(jìn)行全面碰撞檢查，通過及時(shí)的檢查與糾正，避免施工時(shí)發(fā)現(xiàn)問題引起的額外費(fèi)用支出以及工期的延誤。

同時(shí)，結(jié)合建模進(jìn)度，運(yùn)用軟件的生成各項(xiàng)清單功能，可同步提供準(zhǔn)確的備料清單。尤其是在工期緊張時(shí)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，可大幅縮短工期，同時(shí)也提高了清單的精度，減少了不必要的成本支出。

3)自動(dòng)化加工是未來的發(fā)展趨勢。

利用Tekla軟件可以將構(gòu)部件輸出用于加工的數(shù)控文件，從而在工廠自動(dòng)化生產(chǎn)加工。目前，由于自動(dòng)化技術(shù)還不成熟，其成本相對(duì)較高，自動(dòng)化加工還不能完全實(shí)現(xiàn)。但是，自動(dòng)化加工所帶來的高質(zhì)量零件、高生產(chǎn)效率和良好的經(jīng)濟(jì)效益是未來設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢。

作為一款鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件，Tekla Structures的服務(wù)范圍覆蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷發(fā)展，軟件的應(yīng)用與開發(fā)也得到進(jìn)一步提升，具有廣泛的市場前景。