彎扭板件的深化設計系統的研發范文
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作者：楊暉柱常治國滿延磊王軒張其林單位：同濟大學建筑工程系上海同磊土木工程技術有限公司
軟件基本思路與組織結構
1基本思路
彎扭構件及其節點的細部構件都很復雜，而深化設計工作的特點與重點恰好能解決這些細節問題。雖然從整體上看，各個工程中的這些彎扭構件都是類似的，但它們的細節卻往往大不一樣，特別是節點細部構造的不同，進而導致在構件與節點層次上對象彼此不同，不能做到統一的軟件參數化。軟件要做到“通用”，則需要找到一個更一般性的、具有更強統一性的對象層次。基于這種思路，軟件CTD的基本對象確定為“彎扭板件”。彎扭板件最基本的定義是其2條(組)長棱邊線加板厚，如圖1所示。任何截面形式及任何形狀的彎扭構件都可以用彎扭板件拼組而成。多個彎扭板件可形成一個集合，即“構件宏”層次;任何彎扭構件的匯交節點都可以用彎扭板件拼組而成，“節點”的概念已經大大弱化甚至消失，只能被看做是一些板件的有序組合體。三維模型構件或節點中的彎扭板件可以被定義為一個組，用于向繪圖程序傳遞構件組裝與預拼裝等集合信息，而零件圖的核心內容即為基本對象“彎扭板件”的展開。
軟件CTD的主要與基本操作功能都是圍繞基本對象“彎扭板件”展開的，重點是彎扭板件的創建、編輯、定位及相關輔助線功能。軟件在“構件宏”層次上的高級功能，在本質上屬于提高軟件的使用方便性與快捷性范疇。通過彎扭板件的組拼，可以實現各類彎扭構件及其復雜節點的三維建模。
2功能組織結構
軟件CTD在AutoCAD2007/2008/2009平臺上運行。軟件有5個功能子模塊，分別是軸線與輔助線、三維建模與編輯、模型顯示輔助、編號與材料統計、圖紙繪制與CNC輸出。
軟件主要功能
1軸線與輔助線
“軸線與輔助線”是建模時的模型定義線與定位參考線。該模塊主功能是樣條曲線的生成與編輯、樣條曲線特征點的定位與查詢，是針對彎扭板件/構件的幾何特征，對AutoCAD原有命令的功能擴充。該模塊還有2個顯著的特色功能，一個是對于由樣條曲線形成空間曲面曲格，計算節點處的曲面外法向量，即所謂的“節點外法向量”;另一個是給出彎扭板件棱邊線的各種偏移參考線，這些參考線對建模定位非常有用。
2三維建模與編輯
該子模塊的主要功能是彎扭板件與彎扭構件的建模與編輯，以及模型非幾何特征屬性的定義與查詢。圖2，3是生成彎扭構件的“宏命令”，本質上是根據軸線或棱邊線計算每塊彎扭構件的定義棱邊線，生成彎扭構件的箱形截面的4塊彎扭板，或H形截面的3塊彎扭板。圖4所示彎扭板件的創建與編輯/查詢是最具通用性和靈活性的功能。使用該功能可以創建任何形狀的彎扭構件及其節點板件。
圖5，6所示的功能是創建箱形彎扭構件橫向與縱向加勁肋，這是針對“宏構件”的“宏命令”。縱向加勁肋其實也是彎扭板件，圖7的功能可在任何彎扭板件上設置縱向立板，此功能具有非常高的通用性與靈活性。
CTD提供構件連接耳板與吊裝耳板等標準套件的參數化快捷建模與定位，圖8是連接耳板的參數對話框。耳板零件本身很簡單，這些功能最重要的作用是為了在展開圖上自動標識出零件的安裝位置。此外，軟件的功能還包括:彎扭板件的剪切、合并以及不同方式的延伸、彎扭板件類型編輯(如上、下翼緣板等)、創建任意形狀的平板、把AutoCAD的3DSolid平板模型轉換為CTD平面板件對象，以及把CTD彎扭板件/構件模型轉換為純粹AutoCAD的面片模型等。
3模型顯示輔助
軟件CTD的模型顯示輔助功能對于快速準確選擇對象，以及查看區分不同模型對象帶來使用上的便利(見圖9)。
4編號與材料統計
該子模塊完成構件/節點(組)的定義，預拼裝單元的定義，構件/零件的自動與交互式編號，以及材料的凈重統計。在CTD中，沒有明確的構件與節點概念，它們都只是用彎扭板件拼成的一組集合體。
5自動繪圖與CNC輸出
軟件根據模型自動繪制的圖紙包括零件圖(彎扭板件展開圖)、構件圖與預拼裝圖。自動輸出的數據包括彎扭板件的平面套料坐標，成型后的三維坐標及安裝定位坐標，關鍵控制點的距離檢測值，材料統計圖表等。坐標與距離等數據繪在圖紙上，同時也輸出為MicrosoftExcel表格文件。對圖10的示例模型，軟件自動繪制的部分圖紙如圖11所示。
典型實際工程應用
1上海2010世博會陽光谷鋼結構(見圖12)
世博軸工程中的“陽光谷”是單層曲面殼體鋼結構，桿件截面均為矩形。由于要求由桿件拼成光滑的曲面，因而所有的匯交節點牛腿均出現不同程度的彎扭。匯交節點共有16000多個，且兩兩不同。CT－Detailing軟件完成了陽光谷鋼結構的全部深化設計工作，每套設計文件有80000多張圖紙，近12GB的數控加工數據。工程全部完工后，證明圖紙與數據的正確率為100%。
2深圳灣體育中心
深圳灣體育中心“春繭”鋼結構是繼“鳥巢”之后，國內又一大型彎扭構件鋼結構工程。CT－De-tailing完成了曲面網殼中全部彎扭構件的深化設計工作(見圖13)。
3螺旋人行道
在一些富有建筑特色的中小型鋼結構工程中，彎扭構件可能會出現得更多。如圖14所示，CT－Detailing完成了某類似螺旋形的人行道鋼結構深化設計，螺旋道面寬2m，總高10m。
結語
1)定義彎扭板件為軟件的基本對象，以宏或組的概念形成構件與節點的集合信息，從而實現從三維參數化建模到二維圖紙自動繪制的功能。
2)軟件的基本操作功能主要是圍繞彎扭板件，從而實現任何彎扭構件與復雜節點的三維建模。
3)以彎扭板件作為基本對象，以彎扭板件的建模與編輯為基本操作，從而實現了該軟件通用的基礎。宏構件與宏命令等高級對象與操作功能提高了軟件的使用效率與方便性。
4)與鋼結構工程中的常規構件/節點形式相比，彎扭構件及其節點仍屬非常新穎，肯定還會出現很多新的形式與構造。因此，軟件CTD的進一步發展目標，一方面是納入更多具有一般性的形式與構造，另一方面是提高已有功能的性能。
5)通過軟件的架構調整與基本功能擴展，針對具體工程項目，能夠快速實現基于CTD的項目定制。