計算機放樣應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程

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摘要：根據(jù)計算機放樣技術(shù)的特點，并以實際工程為例詳細(xì)闡述了計算機放樣技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計算機放樣；鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

1引言

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

2傳統(tǒng)放樣與計算機放樣技術(shù)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(tǒng)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(jié)構(gòu)外形進行準(zhǔn)確的放樣展開，提高了工作效率，保證了構(gòu)件加工的質(zhì)量。

展開放樣就是在不改變構(gòu)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(tǒng)的構(gòu)件表面展開的方法一般有作圖法、計算法、系數(shù)法等。這三種方法在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是實踐工程經(jīng)驗的積累，要求工程技術(shù)人員必須掌握的。

利用計算機進行構(gòu)件表面展開的方法有程序法、計算機輔助設(shè)計法等。

程序法是建立在DOS系統(tǒng)下開發(fā)的，隨著近幾年計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)無法直接適應(yīng)圖形方面的需求。

計算機輔助設(shè)計法是在AutoCAD軟件環(huán)境下運行的，它將計算機屏幕顯示代替了傳統(tǒng)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(diào)節(jié)繪圖平臺和圖形顯示之間的關(guān)系。可以用鼠標(biāo)移動來到達平臺的任意位置，使用計算機命令代替了劃規(guī)、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(jié)構(gòu)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(fù)雜的放樣做的非常出色。

3計算機放樣技術(shù)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(xiàn)以上海金光外灘和北京燃?xì)饧瘓F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(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)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(dāng)然，也可以利用3dsMAX4.0更為快捷，這要視工程具體情況而定，當(dāng)然，也要看個人應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

建模時，根據(jù)扭曲方管的原始坐標(biāo)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(jié)構(gòu)外形。

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北京市燃?xì)饧瘓F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(jié)點的放樣，實景照片如圖3.所示，關(guān)鍵的節(jié)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(jié)點。

建模可以將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件1：1的模擬出來，然后根據(jù)模型選擇放樣的方法。

3.2放樣

計算機的放樣還是要依據(jù)傳統(tǒng)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?xì)庵笓]調(diào)度中心工程采用作圖法，步驟一中已經(jīng)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(shù)據(jù)整理即得表2：

3.3展開

該步驟比較簡單，即將測量的數(shù)據(jù)畫在平面上，得出放樣的結(jié)果，如花瓣曲面展開后如圖7所示。

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

4結(jié)語

計算機放樣技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用還很多，這里就不再一一列舉了。總之，計算機技術(shù)廣泛的應(yīng)用，各種輔助設(shè)計系統(tǒng)的建立，適應(yīng)了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的客觀要求，它不僅縮短了工作時間，提高了工作效率，節(jié)省了人力、物力和財力，把工程技術(shù)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(zhì)量。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的特點更向計算機應(yīng)用技術(shù)提出了新的課題，并將推動該技術(shù)的不斷發(fā)展。

參考文獻

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

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