Tekla Structure在空间异形钢结构工程中的应用★

邵智华 聂志华

(南昌工程学院土木与建筑工程学院，江西 南昌 330099)

1 概述

钢结构体型独特，结构受力合理，深受业主的青睐。随着时代的发展和科技的进步，现代社会对建筑的要求越来越高，除了使用上的安全性之外，有的还对建筑物有其他特殊的要求，如美观独特的造型等。钢结构的应用越来越趋于多元化，涉及工业建筑、民用建筑、铁路桥梁以及港口码头等各方面，结构形式各异，推陈出新，连接方法复杂多变，在设计与施工过程中充满了困难与挑战。建设者在工作过程中必须满足结构深化设计过程中更高的要求以满足业主对项目的期望。

Tekla Structure是由芬兰Tekla公司开发的一款交互性钢结构3D建模分析设计软件，集设计详图施工辅助于一体，其3D功能强大，在钢结构工程领域应用广泛，除可用于传统的工程设计分析，还能够进行钢结构深化加工设计和三维建筑信息化管理等工作。Tekla Structure的材料库内容十分丰富，含有种类齐全的钢结构截面以及各种螺栓，同时具有强大的智能出图功能。本文主要采用选取一工程范例，介绍如何运用Tekla Structure准确高效保质保量地完成空间异形钢结构工程深化设计。

2 软件介绍

Tekla Structure软件包含了各种模块，能够根据用户的使用要求，满足从设计深化到施工等不同方面的需要。其模块包括：建模、设计分析、绘图、模板与报告以及施工管理。Tekla Structure采用3D方式添加构件，定义节点，在建模过程中能够涵盖进结构设计分析、构件加工制造及施工现场管理等多方面的信息。Tekla Structure还是一款BIM软件，按参与用户的数量可分为单用户模式和多用户模式，既能为独立用户提供建模环境，也为复杂工程中多专业合作参与建模提供了可能。Tekla Structure同时具有强大的设计分析功能，不光可以通过自身建模分析，还支持导入其他专业软件(如AutoCAD，Navisworks等)建立的模型，便于检查设备与钢结构之间的碰撞。模型通过分析计算即可自动绘制出工程所需的图纸，包括总布置图、铸造构件图、单张零件图及装配图等。另外不同于一般CAD绘图软件的是，Tekla Structure还具备钢结构详图深化设计的功能，可以为工程的下料安装提供准确详细的构件详图，大大方便了工程实施。Tekla Structure可以以文本和图形方式生成各类工程所需构件材料报表，为工程实行提供了便利。Tekla Structure同时也拥有强大的施工管理功能，可以汇总项目类型、项目相关性等信息，给出项目清单与计划图，同时，Tekla Structure自带的模型管理器可以收到项目信息并分类管理，当不同专业存在冲突时，还可以找出冲突，对施工进行指导，避免返工，提高工作效率。

3 工程应用

本文选取了某一空间异形钢结构桁架工程作为研究对象，如图1所示。该工程体型复杂，设计体量较大，含有较多的节点，采用传统的钢结构深化设计方法费时费力，且容易产生错误。采用Tekla Structure软件分别进行结构建模、碰撞检查和生成图纸等步骤，不仅能快速方便的完成结构深化工作，也能加深各专业人员对设计更感性的认识。同时，结构建模过程就是模拟施工过程，建模过程中能够不断发现并改进施工方法，减少返工，提高工程效率。

由于Tekla Structrue对钢结构零件定位采用的是切割三维平面生成二维平面，在二维平面中定位零件的方法，空间异形钢结构零件定位复杂，难以直接在Tekla Structure中建模，即使建模完成也会造成定位困难的问题。因此，针对复杂的空间异形钢结构建议采用AutoCAD与Tekla Structure共同建模的方式，通过AutoCAD，3D3S先绘制出工程的结构图纸，以桁架弦杆和腹杆的中心线作为参考线，然后将其作为参考模型导入到Tekla Structure当中，然后按设计要求添加构件及节点，从而建立桁架的模型,如图2所示。Tekla Structure包含各类钢结构中常用的节点形式，在模型建立后，只需按设计内容选取正确的节点，填写参数，然后添加进模型中并注意区分主部件次部件即可，若遇到个别特殊的节点库中没有的节点，还可以自己设置定义并命名，这样方便随时调用。Tekla Structure支持随时查询修改节点形式，即使模型已全部建立完成，当施工过程中有需要修改节点或构件时，还可根据图纸修改模型，之后软件便会自动修改会生成新的材料表与图纸，避免了传统设计软件大量修改的繁琐步骤。

Tekla Structure在建模同时即可进行碰撞检查。Tekla BIMsight是Tekla提供的专业BIM模块，能将各专业的三维模型整合到一个模型当中，可以完成审核模型和碰撞检查的功能。钢结构碰撞问题分为两种：一种是实体构件因规格选择而产生交叉，又称为硬碰撞；另一种构件虽然不会交叉，但构件间间距不满足安装需要，称为间隙碰撞或软碰撞。若施工前不进行碰撞检查而是在施工过程中才发现然后进行调整返工，既会增加不必要的成本，又会造成材料的浪费，还会拖慢施工进度。钢结构设计碰撞产生的原因大致分为两种：由于传统的2D设计软件并没有碰撞检查功能，在进行设计时大多只能靠设计人员的经验手算复核，失误率高效率低；一般的3D建模设计软件在建模时构件节点较多，特别是本工程这样的空间异形钢结构，建模极其繁琐，需要考虑的情况多且较一般规则结构更为复杂，很容易出现建模疏漏而产生碰撞。Tekla BIMsight支持在建模过程中随时对模型整体或局部进行碰撞检查，一旦发现碰撞错误即及时纠正而非等到建模完成之后才进行，这样可大大减少因碰撞问题造成的返工，提高工作效率。

模型创建并检查完毕后，即可生成钢结构深化图纸。钢结构详图设计中，结构设计模型中的每一个细节都必须忠实体现结构设计方的设计意图，准确传递给详图设计方，配合其进行放样，详图设计方则需将加工工艺信息反馈给结构设计方，配合其给出切实合理的方案，完成钢结构复杂的空间架构与节点设计。生成钢结构深化图纸是Tekla Structure一项重要的功能，Tekla Structure可以按照加工需要，从模型上快速自动生成钢结构整体布置图、构件图以及零件图，大大降低了手动绘制图纸的错误率。在设计当中，由于种种原因时常需要做设计变更，传统的深化图纸修改往往需要从头来过，费时费力，Tekla Structure支持在模型中直接进行修改，软件自动按照修改后的模型重新生成图纸，省时省力。对钢结构的施工现场安装，Tekla Structure也能起到很好的指导作用。不论结构如何复杂构件节点数量多么巨大，Tekla Structure都能通过结构上每一根构件和每一个零件进行编号，并生成报表清单，在深化图纸中通过不同编号和颜色清楚地表示出来，便于现场安装的核对，大大减少了图纸交付时可能出现的失误，保证了现场的安装施工质量。

4 结语

Tekla Structure是一款功能非常强大的钢结构3D建模深化设计软件，能够大大提高包括空间异形钢结构在内的许多钢结构工程的深化设计与现场安装交接工作的效率，具有其他设计软件所无法比拟的优势，为钢结构工程在建筑领域的推广起到了极大的推动作用。