钢结构深化设计及其应用

钢结构深化设计及其应用

■文小科■Wen Xiaoke

[摘要] 钢结构深化设计图的绘制是一项耗费大量人力和物力的工作。为提高工作效率国内外开发了一批钢结构软件，极大地推动了钢结构建筑产业的发展。本文将采用Tekla 公司开发的一套钢结构3D 实体模型专业软件Xsteel进行钢结构深化设计。

[关键词] 钢结构深化设计钢结构展厅[Abstract] The steel structure deepen design drawing is a largemanpower and material resources work. In order to improvethe work efficiency at home and abroad a number of steel structureof software is developed, which greatly promoted the developmentof steel structure building industry. This article willuse the set of steel structure 3D solid model software Xsteeldeveloped by Tekla to deepen the design of steel structure

.[Keywords] steel structure, deepen design, steel exhibitionhall

随着建筑技术的发展，民用建筑也有向非常规化发展的趋势，如著名的奥运工程鸟巢和水立方。

这些项目没有相对固定的深化思路，必须就工程特点，与加工安装单位密切配合，同时必须具备良好的软件二次开发能力，如Xsteel 的3D 实体建模技术的运用、弯扭构件的曲面展开、复杂相贯曲线数学模型推算等内容。

一、 Xsteel 软件在钢结构深化设计的主要功能在中国国内开发较早的软件有建科院PKPM 系列STS 钢结构设计软件、同济大学3D3S 钢结构设计软件。虽然这些软件在钢结构详图的绘制上还有待完善，但相信国产软件会在不久的将来能一步步地走向成熟。

Xsteel 是由Tekla 公司开发的一套钢结构3D实体模型专业软件，拥有整合3D 及2D 之间的Database 物件导向功能。Xsteel 可自动产生2D Shopdrawing & BOM(数量计算自动化、电脑化)；提供完整的2D 图面编修功能；提供快速的动态收放功能；提供完整的组合干涉检查功能；可提高工作效率及品质，减少人为的错误及检查的时间；可适用于大型建筑物及厂房模板库；提供多种节点的建立及使用方式。能满足钢结构工程建设中从设计到施工制造全过程的要求。Xsteel 的型钢库可根据不同国家选择型钢生产国的各种类型、各种型号的型钢(包括国产的各种型钢)。同时用户可以根据自己工作的需要，方便地将自定义的型钢类型和型号添加到库中。

Xsteel 提供了许多专门的三维建模辅助工具，可以随时三维渲染视图从任意角度查看模型的整体和细部情况。并可以随时生成1:1 AutoCAD 格式图纸，对设计进行检查。节点库包含了六百多种节点类型，常用的节点都可以在节点库中直接选择，系统提供的节点允许进行编辑。可以自定义自己需要的节点，自动成图、自动生成材料表。Xsteel 可转出l:lSmall piece DXF 图档，配合自动排版及切割使用；Tekla Structures 是以模型为基础的建造系统。用户可设计和生成一个钢结构模型，包括了所有与工程相关的几何和结构信息。

二、钢结构深化设计必要性（1）现代化的项目管理体系对专业化分工提出了更高的要求。近年来，我国钢结构建筑得到飞速发展，项目管理水平得到极大的提高。项目管理者制定网络计划时对材料控制、施工工序控制、工期控制等要求越来越高，工厂化的生产和大规模的现场安装，也需要条理清晰地安装加工图纸。在大中型钢结构项目中，聘请专业的设计深化公司已逐渐成为主流。

（2）钢结构施工图节点深化设计的必要性。随着钢结构专业设计深化公司出现，以及设计院校中钢结构设计人才的紧缺，多数项目钢结构设计施工图只能达到构件设计和典型节点设计的深度。大量的节点需要深化设计单位进行简单计算并制图，交由设计单位确认。事实上，越来越短的设计周期，越来越复杂的建筑结构形式，也意味着必须有专业的深化公司配合才能顺利实施。

（3）施工过程仿真分析的重要性。工程的施工过程往往需要一些计算工作，大型项目的施工顺序、卸载方案等甚至成为施工中的关键因素，这些计算分析工作在民用建筑设计领域，习惯上不在施工图设计范围，而且往往需要贯穿施工过程的始终。选择对工程加工安装熟悉并可以全程服务的专业深化公司非常重要（4）钢结构构件详图设计的必要性。虽然施工图纸给出了构件截面和节点连接等信息，但施工过程中工厂内的构件加工制作和现场的安装连接是完全分开的。构件详图作为工厂的生产工艺图，是产品出厂的依据。

三、 Xsteel 在钢结构深化设计的应用（1）多高层钢结构：多高层钢结构的深化重点是结构布置和连接节点。以层为单位表达水平

构件(梁、桁架、水平支撑等)和竖向构件(柱、垂直支撑、钢板墙等)是通常的思路。以柱的运输或安装分段内包含的水平和竖向构件，划分为相对清晰的工作模块，是比较有效率的组织方式。此外，型钢混凝土等劲性构件还需要额外考虑栓钉、穿筋孔的布置和大量的埋件连接。

（2）门式刚架：门式刚架结构相对简单，刚架梁、刚架柱的设计通常按平面结构进行计算。深化详图也常常按榀来划分工作范围。除此之外，吊车梁系统，夹层梁系统和支撑、托架系统是深化工作需要重点关注的。

（3）空间桁架：空间桁架常常用于大面积的屋盖，如果处理好桁架的运输单元划分、桁架之间的连接或拼接节点，深化工作就事半功倍了。因为美观的需要，越来越多的空间桁架采用管桁架、索桁架或弦支杂交结构形式。这些桁架加工图本身并不复杂，如管桁架，甚至只需要给出三维CAD 单线模型，给出相贯顺序就可以自动加工切割。确定复杂节点的相贯次序或拉索的张拉过程是深化工作的难点所在。

（4）空间结构：这里的空间结构代表性的是空间网格结构。这些结构中的的螺栓球、焊接球、杆件和零配件等已有比较智能的设计深化一体软件。

深化工作一般着重与杆件、支座等与其它结构的碰撞校核、螺栓球非主结构的工艺孔的定位等方面。

四、 Xsteel 在钢结构工业展厅的应用案例东莞松山湖某公司建