邹城国际会展中心工程深化在TEKLA中的应用
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【摘 要】TEKLA是一个三维智能钢结构模拟、详图的软件。用户可以在一个虚拟的空间中搭建一个完整的钢结构模型，模型中不仅包括结零部件的几何尺寸也包括了材料规格、横截面、节点类型、材质、用户批注语等在内的所有信息。而且可以用不同的颜色表示各个零部件，它有用鼠标连续旋转功能，用户可以从不同方向连续旋转的观看模型中任意零部位。这样观看起来更加直观，检查人员很方便的发现模型中各杆件空间的逻辑关系有无错误。以邹城国际会展中心工程为例，介绍空间屋面定位点在tekla中的运用，轴销节点的搭建, 桁架快速建模等。
【关键词】TEKLA，弧形截面，箱形钢柱，销轴节点，桁架，分区建模, 核算
1、工程概况：
邹城国际会展中心工程，建筑面积5.3万m2，地上两层，局部四层，屋面波浪状建筑造型，整体建筑采用现代主流派风格，简约大气、唯美实用，功能齐全，布局合理，被列入“3311”重点工程，成为邹城市又一新的地标性建筑。
该建筑主体结构为空间斜拉索结构，主体建筑高度为21.948m,斜拉塔柱高39米。构件形式为钢管混凝土柱、箱形柱和屋面弧梁，桁架横向设置次梁保证主梁平面外稳定，下部钢管柱与大跨度主次桁架通过销轴形式连接。
本工程全部深化设计均采用tekla进行，建模、组装图、零件图、布置图、清单、排板，下料，相贯线切割数据等，三维操作，二维出图，直观实用。
2、空间屋面：
2.1空间屋面定位点在tekla中的运用：
屋面有若干不同曲率弧形构件构成，造型复杂，其中最大弧形屋面跨度达90米，圆弧半径249米，圆弧中间高21.948米。1-3轴和28-30轴的悬挑部分与整体屋面建筑风格相互辉映，形成一体化的流线型结构。在Tekla中利用辅助圆定位点，采用空间解析几何与向量投影定理将空间坐标与平面坐标进行转换，使用“曲面弧梁”搭建屋面梁，利用捕捉和定位功能,把起始点及中点控制在相应辅助圆的参考点上，而不是采用创建折梁然后变曲的这种方法，是为保证所有纵向方向的各个曲梁在同一标高上，保证屋面整体正确且统一的外观尺寸。
2.2弧形截面节点搭建：
弧形梁截面与圆管柱及箱形柱连接节点难点在于弧形截面坡口及鼠洞的形成，因弧梁的切割线在TEKLA中是沿杆件弧度方向的，是曲线，在节点区域内为满足构件的各项细部尺寸，需要多个切割线组合完成截面的切割，但TEKLA中当有切割线相交重合时，杆件就会被切虚，成为红色虚线框杆件，显示此截面不存在，重量为零，即完全被切掉，经过多次实践，可用下面方法来解决此问题，首先找到产生构件变虚的那一条切割线，选中节点处的一条切割线，删除掉，如此时构件不再显示为红色虚线框，则表明此条切割线是与其他切割线重合的那条，修改此切割线的尺寸，使其不与其他切割线交叉，构件就会恢复正常显示。
3、 弧形H型焊接钢梁的下料制作：
整个建筑呈波浪形，给加工制作安装带来了一定的难度,难点是控制弧形H型焊接钢梁断开位置及折弯以保证弯弧后线形，圆弧过渡节点需平滑过渡，防止出现折线影响美观。主要控制以下几个方面：
3.1 异形腹板下料：
因各个圆弧过渡节点均不相同，节点腹板规格多且数量大，为满足下料精度和生产能力要求，采用Tekla模型导出所有种类节点腹板精确数据，再用Autonest专业套料软件进行统一排料，既保证了节点腹板的精度，又满足了生产需要。
3.2 弧形梁下料：
由于各杆件长度均不相同，将各种长度、数量汇总后统一排料，用此方法材料综合利用率可达96%以上，可节约大量材料，降低成本。
3.3 圆弧过渡节点下料：
为实现圆弧过渡节点对接时的平滑过渡，制作圆弧过渡节点时将过渡节点对接处延长60mm，即弧形翼缘板两端各有60mm直线段，可以保证平滑过渡，达到美观效果。
4、箱型钢柱加工制作：
箱形截面有外观美观、结构牢固、制作快捷等优点。但截面尺寸大、单件构件重量大、制作要求质量级别高，加工较为困难，其几何尺寸控制关键是肩梁上顶面、钢柱顶到柱底板的距离及钢柱截面尺寸的准确性。焊接质量控制关键是钢柱翼缘板与腹板的焊接、隔板与翼缘板、腹板的焊接。由于隔板的数量较多，在翼缘板、腹板下料时要考虑横向焊接的收缩余量。翼缘板、腹板在下料时要根据翼缘板、腹板四条焊缝焊接的方法、坡口的几何尺寸考虑其纵向焊接收缩余量
5、销轴节点：
销轴节点深化设计复杂，难度大，是清华大学实验课题，首次在钢桁架的连接中使用销轴，本轴销节点为我司同同济大学合作，并提供试件，进行节点的各项受力实验和同比例模型缩放实验，并在清华大学实验室获得圆满成功。
5.1销轴节点建模：
销轴是为连接主次桁架在柱子处的连接形式，采用插板（多耳板）形式，这种结构形式由一根销轴将一侧耳板与另一侧耳板连接起来，销轴与耳板之间可以发生相对转动，需要精准定位，运用TEKLA软件精确搭建各连接板，控制各连接板的定位尺寸，完成主构件的切割，准确实现销轴复杂连接形式，避免尺寸错误。
6、主次桁架梁结构：
6.1桁架快速建模
桁架梁，主要特点是各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥。在TEKLA中搭建的过程中可以实现快速建模，即整理出桁架相同点，可先赋于特殊零件或构件前缀，与其他部分区别开，例如把此部分零件前缀统一改为H-，这样就能快速找到桁架及其相关连的杆件，方便的进行修改、复制或移动等操作，达到快速建模。
6.2桁架统一编号
灵活运用“比较零件”和“比较构件”命令，对于编号不同但实际应是同一种构件的桁架，运用构件内的零件清单来比较桁架的差别之处，修改模型中的遗漏或不一致的地方，再使用清除编号及采用与老的编号比较，使桁架产生的构件编号送到最少，可以减少调图量，为后期加工也可代来方便。
7、斜拉索创建：
斜拉索的设置，从而减轻主梁自身承担的恒载重量和有效提供了主梁的净空。斜拉索的应用，使得外形更加美观，同时减小屋面梁截面，使得整个工程用钢量减少，从而节约成本。斜拉索为空间三维结构，在TEKLA中可把三维空间形式，转化到二维状态，选用三维拉索，创建零件的默认视图、前面、顶面等适合视图，把当前视图放置在此视图，就可以在二维状态下创建拉索与柱或梁的连接节点，但要与三维视图结合着进行操作。
8、工程量核算：
此工程经设计院多次优化，蓝图相应变更及升版，手工核算很困难，灵活运用各种报表格式，统计各项构件清单，零件清单，喷漆面积，螺栓清单，就可以核算出准确工程量，为车间加工，运输，结算提供了数据。
钢结构详图深化是一个涵盖从概念设计到详图、下料、排板、购料、制造、安装，工程量核算的整个结构设计过程，是个要统一的BIM系统 。通过对本项目的顺利实施，充分证明了tekla的操作灵活性和功能强大，轻松并且准确地设计和生成任何尺寸或复杂的智能建造模型，并允许在深化、加工、运输和安装各工程工况之间实现时实协作，实现建筑结构和信息系统之间的完美衔接。