Tekla Structure在空間異形鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用★

邵智華 聶志華

(南昌工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

1 概述

鋼結(jié)構(gòu)體型獨(dú)特，結(jié)構(gòu)受力合理，深受業(yè)主的青睞。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)建筑的要求越來越高，除了使用上的安全性之外，有的還對(duì)建筑物有其他特殊的要求，如美觀獨(dú)特的造型等。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越趨于多元化，涉及工業(yè)建筑、民用建筑、鐵路橋梁以及港口碼頭等各方面，結(jié)構(gòu)形式各異，推陳出新，連接方法復(fù)雜多變，在設(shè)計(jì)與施工過程中充滿了困難與挑戰(zhàn)。建設(shè)者在工作過程中必須滿足結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)過程中更高的要求以滿足業(yè)主對(duì)項(xiàng)目的期望。

Tekla Structure是由芬蘭Tekla公司開發(fā)的一款交互性鋼結(jié)構(gòu)3D建模分析設(shè)計(jì)軟件，集設(shè)計(jì)詳圖施工輔助于一體，其3D功能強(qiáng)大，在鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，除可用于傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)分析，還能夠進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化加工設(shè)計(jì)和三維建筑信息化管理等工作。Tekla Structure的材料庫內(nèi)容十分豐富，含有種類齊全的鋼結(jié)構(gòu)截面以及各種螺栓，同時(shí)具有強(qiáng)大的智能出圖功能。本文主要采用選取一工程范例，介紹如何運(yùn)用Tekla Structure準(zhǔn)確高效保質(zhì)保量地完成空間異形鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)。

2 軟件介紹

Tekla Structure軟件包含了各種模塊，能夠根據(jù)用戶的使用要求，滿足從設(shè)計(jì)深化到施工等不同方面的需要。其模塊包括：建模、設(shè)計(jì)分析、繪圖、模板與報(bào)告以及施工管理。Tekla Structure采用3D方式添加構(gòu)件，定義節(jié)點(diǎn)，在建模過程中能夠涵蓋進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析、構(gòu)件加工制造及施工現(xiàn)場管理等多方面的信息。Tekla Structure還是一款BIM軟件，按參與用戶的數(shù)量可分為單用戶模式和多用戶模式，既能為獨(dú)立用戶提供建模環(huán)境，也為復(fù)雜工程中多專業(yè)合作參與建模提供了可能。Tekla Structure同時(shí)具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)分析功能，不光可以通過自身建模分析，還支持導(dǎo)入其他專業(yè)軟件(如AutoCAD，Navisworks等)建立的模型，便于檢查設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)之間的碰撞。模型通過分析計(jì)算即可自動(dòng)繪制出工程所需的圖紙，包括總布置圖、鑄造構(gòu)件圖、單張零件圖及裝配圖等。另外不同于一般CAD繪圖軟件的是，Tekla Structure還具備鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計(jì)的功能，可以為工程的下料安裝提供準(zhǔn)確詳細(xì)的構(gòu)件詳圖，大大方便了工程實(shí)施。Tekla Structure可以以文本和圖形方式生成各類工程所需構(gòu)件材料報(bào)表，為工程實(shí)行提供了便利。Tekla Structure同時(shí)也擁有強(qiáng)大的施工管理功能，可以匯總項(xiàng)目類型、項(xiàng)目相關(guān)性等信息，給出項(xiàng)目清單與計(jì)劃圖，同時(shí)，Tekla Structure自帶的模型管理器可以收到項(xiàng)目信息并分類管理，當(dāng)不同專業(yè)存在沖突時(shí)，還可以找出沖突，對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，避免返工，提高工作效率。

3 工程應(yīng)用

本文選取了某一空間異形鋼結(jié)構(gòu)桁架工程作為研究對(duì)象，如圖1所示。該工程體型復(fù)雜，設(shè)計(jì)體量較大，含有較多的節(jié)點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。采用Tekla Structure軟件分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模、碰撞檢查和生成圖紙等步驟，不僅能快速方便的完成結(jié)構(gòu)深化工作，也能加深各專業(yè)人員對(duì)設(shè)計(jì)更感性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)建模過程就是模擬施工過程，建模過程中能夠不斷發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)施工方法，減少返工，提高工程效率。

由于Tekla Structrue對(duì)鋼結(jié)構(gòu)零件定位采用的是切割三維平面生成二維平面，在二維平面中定位零件的方法，空間異形鋼結(jié)構(gòu)零件定位復(fù)雜，難以直接在Tekla Structure中建模，即使建模完成也會(huì)造成定位困難的問題。因此，針對(duì)復(fù)雜的空間異形鋼結(jié)構(gòu)建議采用AutoCAD與Tekla Structure共同建模的方式，通過AutoCAD，3D3S先繪制出工程的結(jié)構(gòu)圖紙，以桁架弦桿和腹桿的中心線作為參考線，然后將其作為參考模型導(dǎo)入到Tekla Structure當(dāng)中，然后按設(shè)計(jì)要求添加構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)，從而建立桁架的模型,如圖2所示。Tekla Structure包含各類鋼結(jié)構(gòu)中常用的節(jié)點(diǎn)形式，在模型建立后，只需按設(shè)計(jì)內(nèi)容選取正確的節(jié)點(diǎn)，填寫參數(shù)，然后添加進(jìn)模型中并注意區(qū)分主部件次部件即可，若遇到個(gè)別特殊的節(jié)點(diǎn)庫中沒有的節(jié)點(diǎn)，還可以自己設(shè)置定義并命名，這樣方便隨時(shí)調(diào)用。Tekla Structure支持隨時(shí)查詢修改節(jié)點(diǎn)形式，即使模型已全部建立完成，當(dāng)施工過程中有需要修改節(jié)點(diǎn)或構(gòu)件時(shí)，還可根據(jù)圖紙修改模型，之后軟件便會(huì)自動(dòng)修改會(huì)生成新的材料表與圖紙，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件大量修改的繁瑣步驟。

Tekla Structure在建模同時(shí)即可進(jìn)行碰撞檢查。Tekla BIMsight是Tekla提供的專業(yè)BIM模塊，能將各專業(yè)的三維模型整合到一個(gè)模型當(dāng)中，可以完成審核模型和碰撞檢查的功能。鋼結(jié)構(gòu)碰撞問題分為兩種：一種是實(shí)體構(gòu)件因規(guī)格選擇而產(chǎn)生交叉，又稱為硬碰撞；另一種構(gòu)件雖然不會(huì)交叉，但構(gòu)件間間距不滿足安裝需要，稱為間隙碰撞或軟碰撞。若施工前不進(jìn)行碰撞檢查而是在施工過程中才發(fā)現(xiàn)然后進(jìn)行調(diào)整返工，既會(huì)增加不必要的成本，又會(huì)造成材料的浪費(fèi)，還會(huì)拖慢施工進(jìn)度。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)碰撞產(chǎn)生的原因大致分為兩種：由于傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)軟件并沒有碰撞檢查功能，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)大多只能靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)手算復(fù)核，失誤率高效率低；一般的3D建模設(shè)計(jì)軟件在建模時(shí)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)較多，特別是本工程這樣的空間異形鋼結(jié)構(gòu)，建模極其繁瑣，需要考慮的情況多且較一般規(guī)則結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，很容易出現(xiàn)建模疏漏而產(chǎn)生碰撞。Tekla BIMsight支持在建模過程中隨時(shí)對(duì)模型整體或局部進(jìn)行碰撞檢查，一旦發(fā)現(xiàn)碰撞錯(cuò)誤即及時(shí)糾正而非等到建模完成之后才進(jìn)行，這樣可大大減少因碰撞問題造成的返工，提高工作效率。

模型創(chuàng)建并檢查完畢后，即可生成鋼結(jié)構(gòu)深化圖紙。鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都必須忠實(shí)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方的設(shè)計(jì)意圖，準(zhǔn)確傳遞給詳圖設(shè)計(jì)方，配合其進(jìn)行放樣，詳圖設(shè)計(jì)方則需將加工工藝信息反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方，配合其給出切實(shí)合理的方案，完成鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間架構(gòu)與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。生成鋼結(jié)構(gòu)深化圖紙是Tekla Structure一項(xiàng)重要的功能，Tekla Structure可以按照加工需要，從模型上快速自動(dòng)生成鋼結(jié)構(gòu)整體布置圖、構(gòu)件圖以及零件圖，大大降低了手動(dòng)繪制圖紙的錯(cuò)誤率。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于種種原因時(shí)常需要做設(shè)計(jì)變更，傳統(tǒng)的深化圖紙修改往往需要從頭來過，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，Tekla Structure支持在模型中直接進(jìn)行修改，軟件自動(dòng)按照修改后的模型重新生成圖紙，省時(shí)省力。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的施工現(xiàn)場安裝，Tekla Structure也能起到很好的指導(dǎo)作用。不論結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜構(gòu)件節(jié)點(diǎn)數(shù)量多么巨大，Tekla Structure都能通過結(jié)構(gòu)上每一根構(gòu)件和每一個(gè)零件進(jìn)行編號(hào)，并生成報(bào)表清單，在深化圖紙中通過不同編號(hào)和顏色清楚地表示出來，便于現(xiàn)場安裝的核對(duì)，大大減少了圖紙交付時(shí)可能出現(xiàn)的失誤，保證了現(xiàn)場的安裝施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

Tekla Structure是一款功能非常強(qiáng)大的鋼結(jié)構(gòu)3D建模深化設(shè)計(jì)軟件，能夠大大提高包括空間異形鋼結(jié)構(gòu)在內(nèi)的許多鋼結(jié)構(gòu)工程的深化設(shè)計(jì)與現(xiàn)場安裝交接工作的效率，具有其他設(shè)計(jì)軟件所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，為鋼結(jié)構(gòu)工程在建筑領(lǐng)域的推廣起到了極大的推動(dòng)作用。