Tekla Structure在空間異形鋼結構工程中的應用★

邵智華 聶志華

(南昌工程學院土木與建筑工程學院，江西 南昌 330099)

1 概述

鋼結構體型獨特，結構受力合理，深受業主的青睞。隨著時代的發展和科技的進步，現代社會對建筑的要求越來越高，除了使用上的安全性之外，有的還對建筑物有其他特殊的要求，如美觀獨特的造型等。鋼結構的應用越來越趨于多元化，涉及工業建筑、民用建筑、鐵路橋梁以及港口碼頭等各方面，結構形式各異，推陳出新，連接方法復雜多變，在設計與施工過程中充滿了困難與挑戰。建設者在工作過程中必須滿足結構深化設計過程中更高的要求以滿足業主對項目的期望。

Tekla Structure是由芬蘭Tekla公司開發的一款交互性鋼結構3D建模分析設計軟件，集設計詳圖施工輔助于一體，其3D功能強大，在鋼結構工程領域應用廣泛，除可用于傳統的工程設計分析，還能夠進行鋼結構深化加工設計和三維建筑信息化管理等工作。Tekla Structure的材料庫內容十分豐富，含有種類齊全的鋼結構截面以及各種螺栓，同時具有強大的智能出圖功能。本文主要采用選取一工程范例，介紹如何運用Tekla Structure準確高效保質保量地完成空間異形鋼結構工程深化設計。

2 軟件介紹

Tekla Structure軟件包含了各種模塊，能夠根據用戶的使用要求，滿足從設計深化到施工等不同方面的需要。其模塊包括：建模、設計分析、繪圖、模板與報告以及施工管理。Tekla Structure采用3D方式添加構件，定義節點，在建模過程中能夠涵蓋進結構設計分析、構件加工制造及施工現場管理等多方面的信息。Tekla Structure還是一款BIM軟件，按參與用戶的數量可分為單用戶模式和多用戶模式，既能為獨立用戶提供建模環境，也為復雜工程中多專業合作參與建模提供了可能。Tekla Structure同時具有強大的設計分析功能，不光可以通過自身建模分析，還支持導入其他專業軟件(如AutoCAD，Navisworks等)建立的模型，便于檢查設備與鋼結構之間的碰撞。模型通過分析計算即可自動繪制出工程所需的圖紙，包括總布置圖、鑄造構件圖、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還具備鋼結構詳圖深化設計的功能，可以為工程的下料安裝提供準確詳細的構件詳圖，大大方便了工程實施。Tekla Structure可以以文本和圖形方式生成各類工程所需構件材料報表，為工程實行提供了便利。Tekla Structure同時也擁有強大的施工管理功能，可以匯總項目類型、項目相關性等信息，給出項目清單與計劃圖，同時，Tekla Structure自帶的模型管理器可以收到項目信息并分類管理，當不同專業存在沖突時，還可以找出沖突，對施工進行指導，避免返工，提高工作效率。

3 工程應用

本文選取了某一空間異形鋼結構桁架工程作為研究對象，如圖1所示。該工程體型復雜，設計體量較大，含有較多的節點，采用傳統的鋼結構深化設計方法費時費力，且容易產生錯誤。采用Tekla Structure軟件分別進行結構建模、碰撞檢查和生成圖紙等步驟，不僅能快速方便的完成結構深化工作，也能加深各專業人員對設計更感性的認識。同時，結構建模過程就是模擬施工過程，建模過程中能夠不斷發現并改進施工方法，減少返工，提高工程效率。

由于Tekla Structrue對鋼結構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，空間異形鋼結構零件定位復雜，難以直接在Tekla Structure中建模，即使建模完成也會造成定位困難的問題。因此，針對復雜的空間異形鋼結構建議采用AutoCAD與Tekla Structure共同建模的方式，通過AutoCAD，3D3S先繪制出工程的結構圖紙，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入到Tekla Structure當中，然后按設計要求添加構件及節點，從而建立桁架的模型,如圖2所示。Tekla Structure包含各類鋼結構中常用的節點形式，在模型建立后，只需按設計內容選取正確的節點，填寫參數，然后添加進模型中并注意區分主部件次部件即可，若遇到個別特殊的節點庫中沒有的節點，還可以自己設置定義并命名，這樣方便隨時調用。Tekla Structure支持隨時查詢修改節點形式，即使模型已全部建立完成，當施工過程中有需要修改節點或構件時，還可根據圖紙修改模型，之后軟件便會自動修改會生成新的材料表與圖紙，避免了傳統設計軟件大量修改的繁瑣步驟。

Tekla Structure在建模同時即可進行碰撞檢查。Tekla BIMsight是Tekla提供的專業BIM模塊，能將各專業的三維模型整合到一個模型當中，可以完成審核模型和碰撞檢查的功能。鋼結構碰撞問題分為兩種：一種是實體構件因規格選擇而產生交叉，又稱為硬碰撞；另一種構件雖然不會交叉，但構件間間距不滿足安裝需要，稱為間隙碰撞或軟碰撞。若施工前不進行碰撞檢查而是在施工過程中才發現然后進行調整返工，既會增加不必要的成本，又會造成材料的浪費，還會拖慢施工進度。鋼結構設計碰撞產生的原因大致分為兩種：由于傳統的2D設計軟件并沒有碰撞檢查功能，在進行設計時大多只能靠設計人員的經驗手算復核，失誤率高效率低；一般的3D建模設計軟件在建模時構件節點較多，特別是本工程這樣的空間異形鋼結構，建模極其繁瑣，需要考慮的情況多且較一般規則結構更為復雜，很容易出現建模疏漏而產生碰撞。Tekla BIMsight支持在建模過程中隨時對模型整體或局部進行碰撞檢查，一旦發現碰撞錯誤即及時糾正而非等到建模完成之后才進行，這樣可大大減少因碰撞問題造成的返工，提高工作效率。

模型創建并檢查完畢后，即可生成鋼結構深化圖紙。鋼結構詳圖設計中，結構設計模型中的每一個細節都必須忠實體現結構設計方的設計意圖，準確傳遞給詳圖設計方，配合其進行放樣，詳圖設計方則需將加工工藝信息反饋給結構設計方，配合其給出切實合理的方案，完成鋼結構復雜的空間架構與節點設計。生成鋼結構深化圖紙是Tekla Structure一項重要的功能，Tekla Structure可以按照加工需要，從模型上快速自動生成鋼結構整體布置圖、構件圖以及零件圖，大大降低了手動繪制圖紙的錯誤率。在設計當中，由于種種原因時常需要做設計變更，傳統的深化圖紙修改往往需要從頭來過，費時費力，Tekla Structure支持在模型中直接進行修改，軟件自動按照修改后的模型重新生成圖紙，省時省力。對鋼結構的施工現場安裝，Tekla Structure也能起到很好的指導作用。不論結構如何復雜構件節點數量多么巨大，Tekla Structure都能通過結構上每一根構件和每一個零件進行編號，并生成報表清單，在深化圖紙中通過不同編號和顏色清楚地表示出來，便于現場安裝的核對，大大減少了圖紙交付時可能出現的失誤，保證了現場的安裝施工質量。

4 結語

Tekla Structure是一款功能非常強大的鋼結構3D建模深化設計軟件，能夠大大提高包括空間異形鋼結構在內的許多鋼結構工程的深化設計與現場安裝交接工作的效率，具有其他設計軟件所無法比擬的優勢，為鋼結構工程在建筑領域的推廣起到了極大的推動作用。