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作者：楊暉柱常治國(guó)滿延磊王軒張其林單位：同濟(jì)大學(xué)建筑工程系上海同磊土木工程技術(shù)有限公司

軟件基本思路與組織結(jié)構(gòu)

1基本思路

彎扭構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)的細(xì)部構(gòu)件都很復(fù)雜，而深化設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)與重點(diǎn)恰好能解決這些細(xì)節(jié)問(wèn)題。雖然從整體上看，各個(gè)工程中的這些彎扭構(gòu)件都是類似的，但它們的細(xì)節(jié)卻往往大不一樣，特別是節(jié)點(diǎn)細(xì)部構(gòu)造的不同，進(jìn)而導(dǎo)致在構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)層次上對(duì)象彼此不同，不能做到統(tǒng)一的軟件參數(shù)化。軟件要做到“通用”，則需要找到一個(gè)更一般性的、具有更強(qiáng)統(tǒng)一性的對(duì)象層次。基于這種思路，軟件CTD的基本對(duì)象確定為“彎扭板件”。彎扭板件最基本的定義是其2條(組)長(zhǎng)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(gòu)件都可以用彎扭板件拼組而成。多個(gè)彎扭板件可形成一個(gè)集合，即“構(gòu)件宏”層次;任何彎扭構(gòu)件的匯交節(jié)點(diǎn)都可以用彎扭板件拼組而成，“節(jié)點(diǎn)”的概念已經(jīng)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(gòu)件或節(jié)點(diǎn)中的彎扭板件可以被定義為一個(gè)組，用于向繪圖程序傳遞構(gòu)件組裝與預(yù)拼裝等集合信息，而零件圖的核心內(nèi)容即為基本對(duì)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(duì)象“彎扭板件”展開的，重點(diǎn)是彎扭板件的創(chuàng)建、編輯、定位及相關(guān)輔助線功能。軟件在“構(gòu)件宏”層次上的高級(jí)功能，在本質(zhì)上屬于提高軟件的使用方便性與快捷性范疇。通過(guò)彎扭板件的組拼，可以實(shí)現(xiàn)各類彎扭構(gòu)件及其復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的三維建模。

2功能組織結(jié)構(gòu)

軟件CTD在AutoCAD2007/2008/2009平臺(tái)上運(yùn)行。軟件有5個(gè)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(hào)與材料統(tǒng)計(jì)、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(shí)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(diǎn)的定位與查詢，是針對(duì)彎扭板件/構(gòu)件的幾何特征，對(duì)AutoCAD原有命令的功能擴(kuò)充。該模塊還有2個(gè)顯著的特色功能，一個(gè)是對(duì)于由樣條曲線形成空間曲面曲格，計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的曲面外法向量，即所謂的“節(jié)點(diǎn)外法向量”;另一個(gè)是給出彎扭板件棱邊線的各種偏移參考線，這些參考線對(duì)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(gòu)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(gòu)件的“宏命令”，本質(zhì)上是根據(jù)軸線或棱邊線計(jì)算每塊彎扭構(gòu)件的定義棱邊線，生成彎扭構(gòu)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(chuàng)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(chuàng)建任何形狀的彎扭構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)板件。

圖5，6所示的功能是創(chuàng)建箱形彎扭構(gòu)件橫向與縱向加勁肋，這是針對(duì)“宏構(gòu)件”的“宏命令”。縱向加勁肋其實(shí)也是彎扭板件，圖7的功能可在任何彎扭板件上設(shè)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(gòu)件連接耳板與吊裝耳板等標(biāo)準(zhǔn)套件的參數(shù)化快捷建模與定位，圖8是連接耳板的參數(shù)對(duì)話框。耳板零件本身很簡(jiǎn)單，這些功能最重要的作用是為了在展開圖上自動(dòng)標(biāo)識(shí)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(chuàng)建任意形狀的平板、把AutoCAD的3DSolid平板模型轉(zhuǎn)換為CTD平面板件對(duì)象，以及把CTD彎扭板件/構(gòu)件模型轉(zhuǎn)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(duì)于快速準(zhǔn)確選擇對(duì)象，以及查看區(qū)分不同模型對(duì)象帶來(lái)使用上的便利(見(jiàn)圖9)。

4編號(hào)與材料統(tǒng)計(jì)

該子模塊完成構(gòu)件/節(jié)點(diǎn)(組)的定義，預(yù)拼裝單元的定義，構(gòu)件/零件的自動(dòng)與交互式編號(hào)，以及材料的凈重統(tǒng)計(jì)。在CTD中，沒(méi)有明確的構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)概念，它們都只是用彎扭板件拼成的一組集合體。

5自動(dòng)繪圖與CNC輸出

軟件根據(jù)模型自動(dòng)繪制的圖紙包括零件圖(彎扭板件展開圖)、構(gòu)件圖與預(yù)拼裝圖。自動(dòng)輸出的數(shù)據(jù)包括彎扭板件的平面套料坐標(biāo)，成型后的三維坐標(biāo)及安裝定位坐標(biāo)，關(guān)鍵控制點(diǎn)的距離檢測(cè)值，材料統(tǒng)計(jì)圖表等。坐標(biāo)與距離等數(shù)據(jù)繪在圖紙上，同時(shí)也輸出為MicrosoftExcel表格文件。對(duì)圖10的示例模型，軟件自動(dòng)繪制的部分圖紙如圖11所示。

典型實(shí)際工程應(yīng)用

1上海2010世博會(huì)陽(yáng)光谷鋼結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖12)

世博軸工程中的“陽(yáng)光谷”是單層曲面殼體鋼結(jié)構(gòu)，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(jié)點(diǎn)牛腿均出現(xiàn)不同程度的彎扭。匯交節(jié)點(diǎn)共有16000多個(gè)，且兩兩不同。CT－Detailing軟件完成了陽(yáng)光谷鋼結(jié)構(gòu)的全部深化設(shè)計(jì)工作，每套設(shè)計(jì)文件有80000多張圖紙，近12GB的數(shù)控加工數(shù)據(jù)。工程全部完工后，證明圖紙與數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)是繼“鳥巢”之后，國(guó)內(nèi)又一大型彎扭構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)工程。CT－De-tailing完成了曲面網(wǎng)殼中全部彎扭構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)工作(見(jiàn)圖13)。

3螺旋人行道

在一些富有建筑特色的中小型鋼結(jié)構(gòu)工程中，彎扭構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)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(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，螺旋道面寬2m，總高10m。

結(jié)語(yǔ)

1)定義彎扭板件為軟件的基本對(duì)象，以宏或組的概念形成構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的集合信息，從而實(shí)現(xiàn)從三維參數(shù)化建模到二維圖紙自動(dòng)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(shí)現(xiàn)任何彎扭構(gòu)件與復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的三維建模。

3)以彎扭板件作為基本對(duì)象，以彎扭板件的建模與編輯為基本操作，從而實(shí)現(xiàn)了該軟件通用的基礎(chǔ)。宏構(gòu)件與宏命令等高級(jí)對(duì)象與操作功能提高了軟件的使用效率與方便性。

4)與鋼結(jié)構(gòu)工程中的常規(guī)構(gòu)件/節(jié)點(diǎn)形式相比，彎扭構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)仍屬非常新穎，肯定還會(huì)出現(xiàn)很多新的形式與構(gòu)造。因此，軟件CTD的進(jìn)一步發(fā)展目標(biāo)，一方面是納入更多具有一般性的形式與構(gòu)造，另一方面是提高已有功能的性能。

5)通過(guò)軟件的架構(gòu)調(diào)整與基本功能擴(kuò)展，針對(duì)具體工程項(xiàng)目，能夠快速實(shí)現(xiàn)基于CTD的項(xiàng)目定制。