浅析CAD技术在钢结构设计中的应用

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摘要：随着我国经济的快速发展,钢结构在工程中的运用越来越广泛，普遍用于建筑、道路、桥梁等工程中。传统的钢结构制图法已经不能满足当前社会的需要，cad三维制图技术已经成为当前钢结构技术的主导。本文针对CAD技术在钢结构设计中的应用做了详细的探究。

关键词：CAD；钢结构；应用；探究

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

1引言

近些年来建筑以及道路桥梁工程中，钢结构的应用越来越普遍，并逐渐的呈现出大型化和复杂化的趋势。CAD技术被引用到钢结构的设计中，可以使图像更加直观化、立体化、精确化，完全可以应对复杂的钢结构设计，使加工制造以及安装变得更加的简单明了，所以被广泛的采用。

2 CAD技术的概述及绘图技巧

2.1CAD技术概述

CAD制图技术发展于20世纪80年代，全称是计算机辅助设计（Computer Aided Design),是随着计算机技术的逐渐成熟而发展起来的一项新的设计技术。CAD的设计功能很全面包括草图设计、装配设计、零件设计、工程分析、真实感显示、自动绘图以及渲染的功能。CAD技术结合CAM（计算机辅助制造）技术可以完美的生产各种复杂的零部件以及钢结构，被广泛的应用于工程、机械领域。其发展方向向着智能化、精密化以及机电一体化的方向发展，生产组织方式也随之向着小批量、多品种、柔性生产结构发展。

2.2CAD绘图技术

CAD技术在钢结构的设计中的准备阶段由分析阶段、编制数据库组成。分析阶段也是数据收集的阶段要利用PKPM或STAAD PRO计算出钢结构中各个构建的剪切应力、弯矩、拉伸强度等基本数据，做设计前的最基本的最根本的工作，在设计时将数据分别填到钢结构截面的选择界面上。在界面的设计完成后要设计截面查询方式，采用VB编程中的OLE编程技术将设计的结果通过CAD直观的展示。编制数据库阶段，数据库是设计过程中的关键阶段，是设计的基础，所谓数据库就是存储钢材信息的资料库。在设计师软件会根据要求自动的选择合适的钢材当前在钢结构设计中最常用的数据库主要有DBASE、FOXBASE、ACCESS 97等。在编制资料库是可以采用VB汇编语言，当前我国使用的钢结构CAD软件的数据库中包含了槽钢截面、角钢截面、热轧工字钢截面、H刚截面、房管截面、钢管截面以及槽钢组合截面、角钢组合截面等钢材的数据可以满足基本的钢结构设计。

3 CAD技术在钢结构设计中的应用

3.1钢结构的设计分析阶段

CAD建模 在钢结构的设计的分析阶段有两个作用。首先建立钢结构的线性骨架模型，其次根据线性框架建立三维立体模型。在进行建模时要把握由低到高或者由高到低的设计顺序，根据控制点的个数以及复杂度选择合适的建模顺序。在建立精确地线性骨架时要首先建立坐标系，首先建立已知边界的控制点，并且在控制点设立坐标系。其次根据设计寻找未知点与已知点的的位置关系进而计算出其他点的坐标。最后，连接所有点建立线性骨架。使用这种方法在进行建模时要用到一些几何编辑手段例如投影、打断、偏移等。例如下图：

该图为实际的钢结构设计图,采用的则是由低到高的设计顺序进行设计。首先确立坐标轴,然后进行控制点的确定，之后进行各控制点的连线以及模型渲染。这种建模的方法适用于已知的控制点较多时，当已知的控制点较少时，就难以进行建模。对于已知的控制点较少时，需要采用由高到低的建模方法。由高到低的建模方法采用的是实体切割的方式得到控制点以及结构曲线。其具体的步骤如下：首先沿着三个坐标轴建立椭球体 ，然后进行整体坐标的旋转到位。其次进行椭球体的切割，采取三点确定一面的方式确定切割平面。这种方法的适用范围广泛，既可以完成结构复杂的模型的设计，又可以保证很好的精确度，并且操作性很强被广泛的应用于钢结构设计。

3.2在加工以及安装过程中的应用

CAD三维制图技术，给钢结构的加工制造带来了许多的便捷之处，并且极大地提高了加工构件的精密度，并且使之与CAM相结合可以很好的设计制造各种复杂的构件。这种技术可以完全的替代传统的钢结构设计流程，将复杂的钢结构设计变得简单化，易操作化，可以节省大量的时间和人力资源，符合当前快节奏的生产工作，并且能够创造出更精美、更精确的钢结构构件。CAD制图技术引入到钢结构的生产制造过程中有以下几个优点：首先，利用CAD三维制图技术可以完全替代了传统的绘图技术，在进行线性骨架以及实体的绘制时，不必再进行大量的计算分析，节省了设计时间，大大的提高了工作效率。其次，CAD三维制图技术比以往的三视图相比更具有直观性，可以很好地观察设计图的缺点与不足，能够及时的进行改正与调整。并且直观的设计图更容易被客户所接受和理解使客户满意。最后，CAD三维制图技术在图形的修改上较以往的制图技术更具有便利性。当模型建立后如果出现问题进行修改时，通过修改节点的数据值就可以很容易的改变三维图。不像以往的图纸在更改时与之相关的线和点都要进行修改，往往牵一发而动全身，一旦出错修改量巨大。引入CAD制图技术可以实现灵活的制图设计，可以随时的修改参数来获得最满意的设计图。使用CAD三维制图法还可以做到无图纸生产的技术，CAD结合CAM可以实现无图制造工艺，直接将信息传出给数控加工设备进行制造，实现了高度的智能化，是未来的工业发展方向。早在上世纪美国的波音747飞机的生产制造就已利用CAD技术实现了无图纸生产的技术。

3.2在施工过程中的应用

CAD制图技术在施工中的应用主要体现在两个方面：施工放样和工程量的计算。在钢结构的施工放样过程中，需要有节点的放样以及构件的整体拼装。CAD制图技术在节点的放样上非常的简洁，可以通过数据库自动的生成所需材料的相关信息，在构件的拼装时可以采用CAD技术进行整体的拼装，可以合成动画效果，可以宏观的展示拼装的顺序，使工程的施工更标准、更科学、更精确。CAD技术在曲线的设计上更具有优势，其数据库中储存着双曲线、抛物线、螺旋线等复杂的曲线，在钢结构的生产制作中作用很大，可以应对许多不规则的钢结构曲线的设计。当前最主要的钢结构施工放样软件有TEKLA STRUCTURE和PROSTEEL。在工程量的计算过程中CAD技术可以很好的兼容与结合三维算量软件，可以直接进行工程量的统计与计算，不但节省了人力资源，而且工程量的计算更加的精确。计算工程量的软件有设计妙算三维算量软件、清华斯维尔三维算量软件。这些软件结合CAD软件进行工程量的运算节省了大量的人力资源，能有效地控制工程施工的成本。

4在钢结构设计中的应用CAD的注意事项

一、CAD软件的技术要求很高，对于设计人员要加强技术培训才能运用这一技术，才能满足设计的要求。二、需要建立一个完善的网络资源共享机制，实现资源共享与信息的交流，可以节省设计环节中的大量资金。三、在CAD计算机软件应用的过程中设计人员不能过度的依赖软件技术，还要实地了解工程结构的具体要求。四、钢结构的设计人员要更新设计观念，提升设计的创新能力，要脱离开传统的设计思路，大胆地进行结构设计的创新，以满足钢结构工程日益呈现的结构复杂化、精密化的要求。

5结语

随着CAD技术的不段的发展成熟，CAD技术将应用到更多的领域。钢结构领域的CAD技术也会不断的开拓创新，向着更加智能化、简洁化、高科技化发展。利用CAD技术，工程师将设计出稳定性更好、强度更高、质量更好的钢结构产品，为我国的经济建设做出贡献。

参考文献

[1]杨晖柱，常治国，杨宗林．世博轴阳光谷钢结构CAD/CAM集成信息系统．《施工技术》 ．2009年8期

[2]翁江．浅谈钢结构CAD软件STS的功能和应用．《大陆桥视野(下半月)》．2012年4期