計算機放樣在鋼結構工程中的應用研究

摘 要：根據計算機放樣技術的特點，并以實際工程為例詳細闡述了計算機放樣技術在鋼結構工程中的應用。

關鍵詞：計算機放樣；鋼結構；應用

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）02-0270-02

1 引言 

鋼結構工程在近幾年中越來越多地應用在建筑中，在實際工程中經常會遇到一些較為復雜的構造節點和各式各樣的結構外形。因為缺乏關于鋼結構施工技術方面的參考資料和圖書，使工程技術人員往往手足無措。隨著計算機技術越來越廣泛地應用在工程中，特別是一些專業軟件，如AutoCAD、3dsMAX等，這一難題正在得到有效的解決。

2 傳統放樣與計算機放樣技術的比較

放樣也就是鈑金展開，長期以來鈑金展開一直沿用比較落后的傳統方法，造成工作效率低下、加工精度偏低。而采用計算機放樣，就可以有效解決這一問題，可以對各種結構外形進行準確的放樣展開，提高了工作效率，保證了構件加工的質量。

展開放樣就是在不改變構件表面積的情況下，將其依次攤開在一個平面上。展開可分為可展曲面的表面展開和不可展曲面的近似展開兩種，可展曲面是指直紋面中的柱面、錐面和切線面等這些曲面上的相鄰接的兩條素線或平行或相交，因此兩素線越鄰近，則兩線所夾的小曲面越趨近于小平面，這些小平面能依次連接地畫在同一平面上。曲紋面和不可展的直紋面從理論上說都是不可展的。但是可以將它們分割成很多小塊，采用近似的展開法。傳統的構件表面展開的方法一般有作圖法、計算法、系數法等。這三種方法在結構工程中應用相當廣泛，是實踐工程經驗的積累，要求工程技術人員必須掌握的。

利用計算機進行構件表面展開的方法有程序法、計算機輔助設計法等。

程序法是建立在DOS系統下開發的，隨著近幾年計算機技術的飛速發展，已經無法直接適應圖形方面的需求。

計算機輔助設計法是在AutoCAD軟件環境下運行的，它將計算機屏幕顯示代替了傳統方法中的鋼平臺或樣板料，利用AutoCAD的實時縮放、實時平移、縮放窗口等顯示控制命令很容易地調節繪圖平臺和圖形顯示之間的關系。可以用鼠標移動來到達平臺的任意位置，使用計算機命令代替了劃規、鋼直尺、劃針等工具，大大降低勞動強度，提高了精度和工作效率。特別是AutoCAD的三維功能，使得鋼結構多樣外形的展開變得簡單。熟練運用這種方法可以把一些復雜的放樣做的非常出色。

3 計算機放樣技術在實際工程中的運用

計算機放樣的操作步驟主要分為“建模——放樣——展開”三步，現以上海金光外灘和北京燃氣集團指揮中心兩個工程為例作一分析，簡述計算機放樣的操作過程。

3.1 建模

較為復雜的鋼結構外表一般都是三維圖形，建模可在AutoCAD14或2000版三維視圖中進行，當然，也可以利用3dsMAX4.0更為快捷，這要視工程具體情況而定，當然，也要看個人應用軟件的熟練程度而定。

上海市金光外灘屋頂皇冠是一個外形極似花瓣形狀的鋼結構造型，花瓣分為三層，因為花瓣外形相同，將每個花瓣進行單獨建模，最后合在一起，其結構外形如圖1所示。

建模時，根據扭曲方管的原始坐標位置A0和方管最終位置A1確定該方管拉伸的路徑，（如圖2）曲線A2利用3dsMAX中的Extrude拉伸編輯器對方管A0沿曲線A2進行拉伸即得方管A，同理，對稱位置繪出另一根方管B，將A和B進行Boolean布爾運算A+B（即下拉菜單Operation中的Union），即可求得該扭曲方管的結構外形。

北京市燃氣集團指揮中心工程的難點在于七榀桁架和橢圓形鋼管的相貫節點的放樣，實景照片如圖3.所示，關鍵的節點樣式如圖4所示。

建模時，先繪出219管立柱A和橢圓形鋼管B，然后畫出桁架上下弦及腹桿，利用AutoCAD中布爾運算的SUB命令，即可輕松得出桁架與鋼管的相貫節點。

建模可以將鋼結構構件1：1的模擬出來，然后根據模型選擇放樣的方法。

3.2 放樣

計算機的放樣還是要依據傳統方法的作圖法來進行。金光外灘采用三角形法進行近似展開，即將方管的四個曲面分開進行單獨操作，將曲面等分成若干個小三角形，如圖5所示。

在模型中直接量取L1、L2、L3的長度，即是該曲面展開時的實際長度。同理，可以量出每個小三角形的邊長，并作一記錄，見表1。

燃氣指揮調度中心工程采用作圖法，步驟一中已經建立方管的實體，（如圖6）此步驟中只需測量出方管各邊的實際長度即可。但其與鋼管相貫的圓弧一邊需多測量幾點，將測量得到的數據整理即得表2：

3.3 展開

該步驟比較簡單，即將測量的數據畫在平面上，得出放樣的結果，如花瓣曲面展開后如圖7所示。

在Autocad中重新建立UCS坐標系，使得展開后的圖形各定位點均在該坐標系中，使得下料時知道Lmax和Bmax，從而達到節約用料和準確定位的目的。

4 結語

計算機放樣技術在鋼結構工程中的應用還很多，這里就不再一一列舉了。總之，計算機技術廣泛的應用，各種輔助設計系統的建立，適應了現代鋼結構發展的客觀要求，它不僅縮短了工作時間，提高了工作效率，節省了人力、物力和財力，把工程技術人員從繁重的操作中解脫了出來，更重要的是它提高了工作質量。 現代鋼結構的特點更向計算機應用技術提出了新的課題，并將推動該技術的不斷發展。

參考文獻

［1］范重.國家體育場鋼結構設計中的優化技術［J］.建筑科學與工程學報， 2006，（2）.

［2］郭江輝.計算機輔助設計在土木工程中的應用［J］.山西建筑.2006，（16）.

［3］鄒丹琦.計算機輔助設計在工程設計中的應用［J］.中國科技信息，2006，（13）.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。