3D3S 軟件在扭曲鋼結構構件深化中的應用

吳 穎 葛禮中

（江西省富煌鋼構有限責任公司，江西 九江 333000）

1 工程概況

1.1 總體概況

本工程為寶安中心區(qū)濱海文化公園新建工程（一期） —寶安海濱文化公園景觀工程（異型構筑物） 鋼結構工程（含11 個子項），建筑結構安全等級為二級，防火等級為二級（室外構件不刷防火涂料），結構設計使用年限為50 年。本文以垂直海堤構筑物鋼結構深化設計為題材，討論3D3S 軟件在深化設計中的應用，“垂直海堤構筑物鋼結構”效果圖如圖1 所示。

圖1 垂直海堤構筑物鋼結構效果圖

1.2 鋼結構概況

鋼結構主體由橫向拱梁和縱向飄帶交叉組成空間結構體系。橫向拱梁及縱向飄帶均為雙曲彎扭異型構件。截面均為焊接箱型截面，板厚主要為12mm、8mm、6mm，局部25mm及20mm 主要用于橫向拱梁受力較大處且為變截面箱型構件。

結構圖如圖2 所示。

2 深化設計難點、現(xiàn)狀、思路

2.1 深化設計難點

雙曲異型構件建模中主要存在以下難點：1） 構件方位定位；2） 組成構件板件的相互關系；3） 節(jié)點連接；4） 構件加勁板創(chuàng)建及定位等方面，深化設計師往往無從下手，純CAD 建模基本很難實現(xiàn)（此時需借助CAD 二次編程開發(fā)，對深化設計人員要求高，很難普及）。

2.2 深化設計現(xiàn)狀

目前對雙曲異型構件建模深化設計主要使用Rhinoceros（犀牛軟件）、Solidworks 軟件，犀牛軟件是目前應用最多、最方便的建模工具、也容易實現(xiàn)各個板件創(chuàng)建；生成加工圖時往往需要導入到CAD 軟件中進行標注、調(diào)整，用鋼量統(tǒng)計需要手工完成，工作量相對較大。 Solidworks 軟件是一款主要用于機械領域，軟件功能豐富強大，操作簡單、學習撐握也容易，但是這個軟件適合對單個構件進行建模，對整個結構同時建立模型相對麻煩。

圖2 結構圖

市場面常用的鋼結構詳圖軟件Tekla Structure、BOCAD、Advance Steel、ProSteel 等均很難達到理想的效果，或操作繁鎖，往往需要借助幾款軟件同時使用及協(xié)調(diào)、模型互導帶來了不便利性。

2.3 深化設計思路

制作雙曲模型的方法有很多種，常用的創(chuàng)造方法如下：

1） 根據(jù)施工圖提供的節(jié)點坐標、單元桿件（線性模型）在AUTOCAD 軟件中建立構件的節(jié)點、單元線、法線；2）擬合單元線為樣條曲線；3） 導出樣條曲線模型，導入到Rhinoceros 中（第1 步、第2 步也可以直接在Rhinoceros 軟件中操作）；4） 在樣條曲線的法線上（或垂直平面） 建立構件的截面形狀、通過放樣得到單個構件的輪廓曲面；5） 對構件輪廓曲面進行加厚（根據(jù)構件的四邊厚度確定）；6） 重復第4 步和第5 步操作，得到所有構件；7） 對節(jié)點處就行切割、合并；8） 創(chuàng)建節(jié)點、加勁肋、吊耳、連接板等細部；9） 生成實體并導出實體模型；10） 在AUTOCAD 中進行編輯（標注尺寸、各投影繪制、工程量材料表統(tǒng)計） 等等。

3 3D3S 軟件深化設計解決方案

利用3D3S 制作雙曲模型將極大方便設計人員工作、減少大量工作量，由于3D3S 軟件是基于AUTOCAD 環(huán)境下開發(fā)的一款結構設計軟件，所有操作習慣和AUTOCAD 的操作習慣一致、上手快、容易掌握。模型創(chuàng)建主要步驟如下：1）建立節(jié)點、單元線（此步可以向設計單位索要結構模型的線模）；2） 擬合樣條曲線；3） 計算節(jié)點外法向量（曲面法線用來控制單個構件方位）；4） 建立異型構件（有3 種創(chuàng)建方式根據(jù)工程情況選用）；5） 創(chuàng)建節(jié)點、加勁肋、吊耳、連接板等細部；6） 定義構件組；7） 繪制展開加工圖。

軟件操作整個過程三維可視化（實體顯示），便于發(fā)現(xiàn)問題，智能化出圖滿足加工圖規(guī)范相求。軟件主要操作菜單見圖3。

圖3 軟件主要操作菜單圖

4 結語

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民對美好生活的追求以及科學技術的進步，近十年來我國出來了各種各樣異型結構、各小品建筑造型越來越奇特。專業(yè)的異型構件深化軟件顯得優(yōu)為重要，基于目前常用的幾款軟件雖然都可以實現(xiàn)達到深化加工圖的要求，但是不同的軟件對深化人員要求不一樣，通用軟件的雖說非常強大，在后期圖紙?zhí)幚硗枰斯じ深A調(diào)整，同樣給深化人員人為的錯誤了創(chuàng)造了機會；3D3S 軟件彎扭構件模塊是完全爭對此類結構加工圖放樣而開發(fā)的，已在多個工程項目中應用（世博會陽光谷等等） ，3D3S 軟件彎扭構件模型采用三維實體顯示（所見即所得），從建模（可視化） 到提取工程量（自動）、出具滿足加工要求的加工圖（自動） 整個過程可控，便于檢查。