Tekla Structures在鋼結構設計中的應用

倪 妮 許 淘 邵建華

(江蘇科技大學土木工程與建筑學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引言

鋼結構具有強度高、重量輕、抗震性能優(yōu)越、裝配容易、外形美觀多樣、綜合經濟效益高等優(yōu)點，受到國內外建筑師和結構工程師的青睞。然而，隨著鋼結構建筑的不斷增加，與其相關的工程事故也在不斷增長，給人們的生產生活造成巨大損失。因此，就設計方面而言，進一步提高鋼結構建筑設計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構深化設計軟件，自引入中國以來，在多項國家大型項目中都有用到該軟件，如中央電視臺新聞大樓、奧林匹克公園國家會議中心、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構建筑從結構設計—深化設計—施工管理等一系列要求。

1 Tekla Structures門式剛架建模

Tekla Structures軟件可以進行鋼結構三維精準建模。其支持多用戶平臺，在大型項目設計時，可以利用軟件的多用戶平臺進行協(xié)同建模，從而可以縮短設計周期，提高設計效率。以下以典型的輕型門剛為例，詳細闡述使用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，根據模型的三維柱網尺寸創(chuàng)建x，y和z方向的軸。精確的軸網是保證模型正確建立的基礎。Tekla軟件不僅可以創(chuàng)建水平軸網和豎直軸網，還可以建任意角度創(chuàng)建曲線式軸網。軸網創(chuàng)建之后，可以創(chuàng)建各個軸線的軸視圖，為稍后的模型建立做準備。

1.2 主體結構

在正式建立模型之前，用戶需先對各個構件進行編號，目的是在建模時對各構件賦予相應的名稱，以方便后期圖紙的自動生成。結構建模時，用戶需輸入相應的構件參數，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。定義構件屬性，用戶可以對不同構件定義不同顏色，從而方便對不同部件進行區(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)點的創(chuàng)建

Tekla Structures軟件中有約600多個節(jié)點類型，涵蓋了常見的絕大多數節(jié)點連接類型[4]。在創(chuàng)建節(jié)點時，只需在指定位置使用節(jié)點命令，填入相關參數，然后選擇主要部分和次要部分即可。Tekla Structures也是一個開放式系統(tǒng)。對于一些復雜鋼結構項目，節(jié)點庫中未包含相關節(jié)點時，用戶可以對軟件進行二次開發(fā)，創(chuàng)建適用于項目的節(jié)點形式，以滿足不同類型的項目需求。

本次門式剛架建模部分節(jié)點如圖2所示。

1.4 碰撞檢測

碰撞問題一般分為以下兩種：一是實體構件之間的交叉，為硬碰撞；二是構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部分模型或整體模型進行碰撞檢測。及時對構件的碰撞進行檢查與修改，避免因施工時發(fā)現問題造成費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、構件詳圖、節(jié)點詳圖等。生成施工詳圖時，可以單張地生成，也可以批量生成，為了降低人為因素導致的圖紙問題，多用戶操作時，為保證最終圖紙質量與統(tǒng)一性，各操作人員需采用統(tǒng)一制圖模板與標準，提高設計的準確性。

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清單功能，自動生成所建模型的各項清單，如構件、材料、表面積、螺栓、焊縫清單等。生成清單時可以根據不同規(guī)格、用途、等級等進行分類，從而為稍后的采購和管理等工作提供依據。

2 Tekla軟件的優(yōu)勢分析

2.1 高效性

與傳統(tǒng)設計軟件相比，Tekla軟件內置集成多個模塊，大大提高了設計效率。在3D模型中，設計師可以更容易地發(fā)現構件之間的碰撞問題。由于圖紙和清單基于模型，可依據模型的變化對圖紙以及清單進行相應的更新，因此可以更好地確保設計的準確性。

2.2 協(xié)同設計

在主體結構建好后，可以進行相應附屬設施的建模，如：通風、消防、給排水等。利用軟件的整體碰撞檢查功能，可以及時發(fā)現不同專業(yè)設備之間是否存在碰撞問題，發(fā)現問題后可以及時糾正，提高了設計效率。

2.3 兼容性

Tekla軟件內置多種文件格式的轉換接口，可以實現與其他軟件模型導入導出，比如CAD,Revit，SAP2000等，在設計時，利用不同軟件的優(yōu)勢，各取所長，共同作業(yè)，從而提高結構設計的效率和準確性。

3 結論

將Tekla軟件引入鋼結構深化設計中，在結構設計→出圖→管理方面實現了巨大進步，取得良好的經濟效益。

1)確保設計質量，提高設計效率。

通過門式剛架的建模設計，對軟件的各項功能有了初步的了解。當模型發(fā)生改動時，可對相應改動的圖紙、清單等重新出圖，避免由于模型改動出現相互關聯改動的缺失，造成不必要的工期的延誤。在復雜項目設計時，運用多用戶操作平臺，協(xié)同工作，提高設計效率。

2)縮短工期，節(jié)約成本。

在項目前期的設計階段，利用Tekla軟件的碰撞檢測功能，對結構各部件之間以及不同專業(yè)設備之間進行全面碰撞檢查，通過及時的檢查與糾正，避免施工時發(fā)現問題引起的額外費用支出以及工期的延誤。

同時，結合建模進度，運用軟件的生成各項清單功能，可同步提供準確的備料清單。尤其是在工期緊張時，與傳統(tǒng)設計相比，可大幅縮短工期，同時也提高了清單的精度，減少了不必要的成本支出。

3)自動化加工是未來的發(fā)展趨勢。

利用Tekla軟件可以將構部件輸出用于加工的數控文件，從而在工廠自動化生產加工。目前，由于自動化技術還不成熟，其成本相對較高，自動化加工還不能完全實現。但是，自動化加工所帶來的高質量零件、高生產效率和良好的經濟效益是未來設計與制造的發(fā)展趨勢。

作為一款鋼結構深化設計軟件，Tekla Structures的服務范圍覆蓋了結構設計的全過程。隨著鋼結構建筑的不斷發(fā)展，軟件的應用與開發(fā)也得到進一步提升，具有廣泛的市場前景。