計(jì)算機(jī)放樣應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程

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

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)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(lái)越多地應(yīng)用在建筑中，在實(shí)際工程中經(jīng)常會(huì)遇到一些較為復(fù)雜的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)和各式各樣的結(jié)構(gòu)外形。因?yàn)槿狈﹃P(guān)于鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方面的參考資料和圖書(shū)，使工程技術(shù)人員往往手足無(wú)措。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)越來(lái)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(jì)算機(jī)放樣技術(shù)的比較

放樣也就是鈑金展開(kāi)，長(zhǎng)期以來(lái)鈑金展開(kāi)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(jì)算機(jī)放樣，就可以有效解決這一問(wèn)題，可以對(duì)各種結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行準(zhǔn)確的放樣展開(kāi)，提高了工作效率，保證了構(gòu)件加工的質(zhì)量。

展開(kāi)放樣就是在不改變構(gòu)件表面積的情況下，將其依次攤開(kāi)在一個(gè)平面上。展開(kāi)可分為可展曲面的表面展開(kāi)和不可展曲面的近似展開(kāi)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(huà)在同一平面上。曲紋面和不可展的直紋面從理論上說(shuō)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(kāi)法。傳統(tǒng)的構(gòu)件表面展開(kāi)的方法一般有作圖法、計(jì)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(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)的積累，要求工程技術(shù)人員必須掌握的。

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行構(gòu)件表面展開(kāi)的方法有程序法、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法等。

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

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法是在AutoCAD軟件環(huán)境下運(yùn)行的，它將計(jì)算機(jī)屏幕顯示代替了傳統(tǒng)方法中的鋼平臺(tái)或樣板料，利用AutoCAD的實(shí)時(shí)縮放、實(shí)時(shí)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(tái)和圖形顯示之間的關(guān)系。可以用鼠標(biāo)移動(dòng)來(lái)到達(dá)平臺(tái)的任意位置，使用計(jì)算機(jī)命令代替了劃規(guī)、鋼直尺、劃針等工具，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)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(kāi)變得簡(jiǎn)單。熟練運(yùn)用這種方法可以把一些復(fù)雜的放樣做的非常出色。

3計(jì)算機(jī)放樣技術(shù)在實(shí)際工程中的運(yùn)用

計(jì)算機(jī)放樣的操作步驟主要分為“建模——放樣——展開(kāi)”三步，現(xiàn)以上海金光外灘和北京燃?xì)饧瘓F(tuán)指揮中心兩個(gè)工程為例作一分析，簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)放樣的操作過(guò)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(jìn)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(gè)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(gè)外形極似花瓣形狀的鋼結(jié)構(gòu)造型，花瓣分為三層，因?yàn)榛ò晖庑蜗嗤瑢⒚總€(gè)花瓣進(jìn)行單獨(dú)建模，最后合在一起，其結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

建模時(shí)，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(duì)方管A0沿曲線A2進(jìn)行拉伸即得方管A，同理，對(duì)稱位置繪出另一根方管B，將A和B進(jìn)行Boolean布爾運(yùn)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(tuán)指揮中心工程的難點(diǎn)在于七榀桁架和橢圓形鋼管的相貫節(jié)點(diǎn)的放樣，實(shí)景照片如圖3.所示，關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)樣式如圖4所示。

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

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

3.2放樣

計(jì)算機(jī)的放樣還是要依據(jù)傳統(tǒng)方法的作圖法來(lái)進(jìn)行。金光外灘采用三角形法進(jìn)行近似展開(kāi)，即將方管的四個(gè)曲面分開(kāi)進(jìn)行單獨(dú)操作，將曲面等分成若干個(gè)小三角形，如圖5所示。

在模型中直接量取L1、L2、L3的長(zhǎng)度，即是該曲面展開(kāi)時(shí)的實(shí)際長(zhǎng)度。同理，可以量出每個(gè)小三角形的邊長(zhǎng)，并作一記錄，見(jiàn)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(shí)體，（如圖6）此步驟中只需測(cè)量出方管各邊的實(shí)際長(zhǎng)度即可。但其與鋼管相貫的圓弧一邊需多測(cè)量幾點(diǎn)，將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)整理即得表2：

3.3展開(kāi)

該步驟比較簡(jiǎn)單，即將測(cè)量的數(shù)據(jù)畫(huà)在平面上，得出放樣的結(jié)果，如花瓣曲面展開(kāi)后如圖7所示。

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

4結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛的應(yīng)用，各種輔助設(shè)計(jì)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(shí)間，提高了工作效率，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，把工程技術(shù)人員從繁重的操作中解脫了出來(lái)，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(diǎn)更向計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)提出了新的課題，并將推動(dòng)該技術(shù)的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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