Tekla structure軟件在滁州中學體育館屋蓋結構深化設計中的應用

周 偉 杜伸云

(中鐵四局集團鋼結構有限公司，合肥230021)

1 工程概況

滁州中學體育館總建筑面積為20 057m2，建筑高度為30.2m。屋蓋主結構16榀桁架，正中央1榀環形主桁架與16榀主桁架連接形成發散的結構形式(見圖1)，其外觀造型像一朵含苞待放、玉瓣金心的巨大“滁菊”[1]。

圖1 滁州中學體育館效果圖

2 深化設計

體育館屋蓋中間為圓形，四周為帶圓角的“正方形”。16榀桁架呈發散狀，導致16榀桁架之間的屋面坡度不一致。這為屋面及墻面的深化設計帶來了難度，尤其是在四周的拐角位置。為了解決深化設計的難點及最大限度地利用原設計的成果，采用了CAD協同Tekla Structure進行深化設計建模，然后通過三維信息模型為后續的加工制造、現場安裝服務[2]。下邊主要介紹屋蓋結構深化設計的步驟及要點:

2.1 主結構建模

按照原設計結果對三維線框模型按管材進行圖層分類[5]，然后分步導入Tekla軟件，從而得到屋蓋主結構的信息模型(見圖2)，然后在Tekla軟件中對導入的零構件進行編輯[3]。相比在Tekla軟件中重新建模，這樣的建模方式大大提高了建模的效率。

圖2 將CAD線框導入到tekla軟件進行主結構建模

2.2 主檁條深化

主檁條位于主桁架正上方，通過檁托與主桁架相連接。屋頂部分的主檁條為H型鋼，墻面部分為圓管，均呈直線型(見圖3)，深化設計相對容易。

圖3 墻面和屋面直線部分深化設計

墻面和屋面結合處的弧形區域，是主檁條深化設計的難點。以主桁架為基準，分別定位主檁條沿墻立面曲面及主桁架立面平面，并通過軟件的“線面交點”工具找出兩個面相交的關鍵點并連接成折線段，再擬合成曲線從而深化出部位的檁條(見圖4)[4]。

圖4 墻面和屋面結合處的弧形區域深化設計過程

檁托是檁條與主桁架之間的連接節點，屋面檁托呈“π”字形，墻面檁托的斷面為“十”字形(見圖5)。墻面檁托的形狀隨著結構的標高變化而變化，同一榀桁架上的墻面檁托形狀各不相同。通過主桁架上的檁托中心點作檁條中心線的垂線，然后以此為中心對檁托進行建模，主要用到的工具的“兩點創建視圖”，在對應的視圖平面內創建“多邊形板”，從而完成檁托的深化設計[6]。

圖5 檁托的深化設計

2.3 次檁條深化

次檁條連接在主檁條之間，將屋面及墻面的連接成空間的“曲面”。由于本工程空間結構復雜，導致次檁條種類繁多，形狀復雜，深化設計難度較大。通過Tekla Structure軟件，以主檁條為基準進行次檁條的深化設計，并對模型中有碰撞的部位進行局部調整，并基于模型輸出施工圖(見圖6)。

圖6 次檁條深化設計節點細部(含相貫線展開圖)及模型截圖

至此，基于Tekla軟件的整個屋蓋鋼結構部分深化設計全部完成。直觀的三維模型，準確的施工圖紙，提高了工廠加工的效率，實現了工廠構件零錯誤，從而保證了后期施工的順利進行(見圖7)[7]。

圖7 施工現場照片與模型對比

3 結語

利用Tekla Structure對本項目進行建模，通過信息模型輸出施工所需的各種數據，解決了復雜空間結構的深化設計難點及后期工程施工中的問題[8]。這種基于信息模型的工程施工方式較以往的二維CAD有著不可比擬的優勢，保證了工程建設的質量，節約了工程的成本，對類似工程的深化設計提供了一定的參考價值。

[1]徐莉.滁州中學體育館單層網殼施工安裝研究[J].安徽建筑，2013.03.

[2]丁一峰，陸華，李文杰.信息化預拼裝在鋼結構成品檢驗中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2012，4(1):52-56.

[3]《鋼結構工程施工驗收規范》(GB50205-2001).

[4]《鋼結構設計規范》(GB50017-2003).

[5]趙紅.AuoCAD中外部圖形引用的實現方法[J].甘肅科技，2003.03.

[6]蔣文雅，麻秀娟.采用Tekla Structure軟件進行異型結構建模[J].石油工程建設，2014.04.

[7]何關培，王軼群，應宇墾.BIM總論[M].中國建筑工業出版社，2011.

[8]傅筱.建筑信息模型帶來的設計思維和方法的轉型[J].建筑學報，2009.