上海正诚机电制造有限公司
摘要：按照我国政府规划，装配式建筑在2026年将达到新建建筑的30%以上，装配式钢结构作为装配式建筑体系中的一种，未来几年也将有更大的发展，装配精度的要求也将越来越严格，误差由传统的厘米计到现在的毫米计，传统的二维设计软件越来越难满足现场安装精度的要求。Tekla作为一款专业的钢结构三维深化软件能够很好的解决装配式钢结构桁架体系中遇到各种问题，本文以江苏泰州某项目为例，研究Tekla软件在装配式钢结构桁架工程中的应用，认为采用Tekla软件进行图纸深化，可以降低图纸的出错率，提高构件、零件的加工精度，具有二维设计软件无法比拟的优势。
关键词：Tekla软件；钢结构深化；碰撞检查；工程量计算
1.项目概况
泰州正大农水装配式钢结构桁架工程位于江苏省泰州市姜堰区，为畜牧养殖单层厂房，项目总建筑面积14183㎡，共有5栋厂房组成，本项目抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，基本地震加速度0.10g，建筑场地类别为Ⅲ类，风压取50年重现期值（0.4KN/㎡），雪压考虑结构对雪荷载敏感，采用百年重现期值（0.4KN/㎡），本工程建筑结构安全等级为二级，重要性系数1.0。
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本项目中跨度最大的一栋厂房建筑长129.3m，宽31.35m，建筑面积4053.56㎡，该厂房混凝土结构柱间距14.34m，钢屋架间距7.17米，柱中间的桁架通过托架与柱轴上的架连接，结构形式较复杂，另外，该项目采用全装配式，除柱采用120*4的方钢管外，其他杆件均采用冷弯薄壁C型、Z型钢，其中屋架上下弦采用C140*50*20*2.5，腹杆采用C100*50*20*2.0，屋面檩条采用XZ160*60*20*2.0，吊顶檩条采用C140*50*20*2.0，以上所有节点的连接均采用现场螺栓连接，本文以该栋跨度最大的厂房为例进行介绍。
2.项目实施难点
传统的钢桁架大多采用焊接的形式，以方钢管、圆钢管等为主在工厂内进行焊接加工，现场仅是吊装就位，局部采用螺栓拼接，一些杆件的之间的误差可以通过焊接解决，对杆件的下料及安装的精度要求较低。本项目采用全装配式桁架结构体系，所用材料除柱及连接板外均采用冷弯薄壁型材料，现场全部采用螺栓连接，屋架跨度及开间相对比较大，施工主要面临以下难点。
2.1螺栓数量多，精度要求高
该厂房除连接板工厂焊接加工外，其他的构件、零件均通过厂内辊压成型，现场螺栓连接，该厂房共计需要连接螺栓13706个，其中一品桁架的螺栓数量就有402个，要求预留的螺栓孔位置必须非常精准，否则现场螺栓孔无法对正影响安装质量及安装进度。
2.2依靠传统二维设计软件提供的数据放样误差大
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传统的二维审计软件进行放样，误差往往以厘米计算，应用于焊接形式尚可克服，但对于装配式钢桁架，由于齐构件、零件数量众多，要求的精度高，往往以毫米计。施工单位采用二维数据进行放样，一般会采取开大孔或者开长椭圆孔的形式，然而这对于桁架结构来说是致命的，开大孔或者椭圆孔的会导致腹杆在螺栓位置处沿着屋架上下弦滑动，在不受任何外加荷载仅屋架自重的情况下，即会出现向下挠度变形过大，在承受雪荷载或者其他竖向荷载时变形会进一步加大，在承受风荷载时，屋架可能出现向上的挠度变形过大，这种往复的变形会造成材料的疲劳破坏，进而影响结构的安全。左图为某项目开长孔出现的屋架下垂案例，在为加荷载的情况下，屋架最大下垂处达100mm，挠度为1/183，严重超出设计及规范标准。
2.3施工中易出现杆件碰撞及螺栓安装间隙不够的问题
该项目除屋架自身连接节点多外，屋架与屋架之间还有很多的支撑、拉条、檩条等，且该项目采用装配式螺栓连接，螺栓的安装间隙至关重要，而传统的二维设计没有碰撞检查的功能，空间的相对位置完全靠设计者的想象进行手工验算，受人的影响因素较大，工作过程效率低而且极容易出现失误。在实际施工过程中极容易出现碰撞的情况，在出现问题后再进行相应的变更调整，增加成本的同时也会对项目的整体进度造成影响。
2.4工程量统计量大而繁复，且数据往往不精准
本项目装配式钢屋架主要材料为冷弯薄壁C型钢、Z型钢，虽然材料种类少，但是不同长度的杆件数量多，共有构件6859个，零件8547个，安装螺栓13706个，采用人工计量要求统计者必须要有丰富的项目经验，且要一定的空间想象能力，在进行工程量统计事还必须要仔细，做到不遗漏任何构件、零件。由于整个统计、计算过程基本全靠人工汇总，工作量大而繁复，且受人为影响因素较大，不同的统计者往往得出不同的数据。
2.5结构体系相对复杂，施工前需确定各构件、零件安装顺序
该厂房内部分为9个独立单元，屋架跨度31.35m，受力柱间距14.34m，而钢桁架的间距为7.17m，与常规力由屋架→柱→基础的传导不同，中间一榀屋架力的传导由屋架→托架→两侧屋架柱→基础，受力体系相对复杂，安装之前需要安装顺序，避免出现质量安全事故。
经上述分析可以看出，对于装配式钢结构桁架体系来说，不能简单利用施工蓝图进行放样，需要依靠其他工具对装配式构件、零件进行空间定位，确定螺栓及预留孔的相对位置，同时在设计完成后要进行碰撞检查，避免施工过程发现问题进行变更。
3.Tekla软件应用
为克服项目实施工程中的上述困难，本项目采用Tekla软件对装配式冷弯薄壁桁架进行深化，通过三维放样，确定各构件、零件的空位相对位置，检查碰撞情况，将问题解决在施工之前。
Tekla软件作为一款市面上应用最广泛的钢结构深化软件，引入我国时间较晚，开始主要应用在一些大型的钢结构工程中，近年来开始在一些普通的装配式钢结构中逐渐推广应用，相较于传统二维设计软件，其具有明显的优势。
3.1三维建模
本项目在CAD施工图的基础上，采用Tekla软件进行三维建模深化，将构件、零件在三维空间予以体现，确定各构件、零件的相对空间位置。在深化过程中，设计者可以通过从不同角度观察节点情况，发现一些在二维图纸中很难发现问题，比如，屋顶圈梁的高度、柱顶标高及室内吊顶檩条三者之间相对高度的问题，避免了很多因设计者空间想象能力差造成节点遗漏或者错误。
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通过在三维模型中对各个构件、零件等进行检查校核后，利用软件的自动出图功能，直接创建二维构件大样图、零件大样图，图纸中会自动标注构件、零件的规格尺寸、预留洞口的大小及相对位置等信息。由于在出图前，已经在三维模型中对各构件、零件的相对位置经过确认，生成图纸中的尺寸非常精准，只要设备的加工精度满足要求。
通过三维建模解决了构件、零件、以及螺栓预留孔位置的精准问题，避免施工现场扩孔、开长孔等带来的桁架变形问题，减少结构安全隐患。
3.2碰撞检查
碰撞主要分两种情况，一种是构件、零件之间交叉硬碰撞，另一种是在安装过程中存在螺栓安装间隙不够，无法进行紧固，由于本项目所有的节点均采用螺栓连接，螺栓能否顺利安装至关重要。利用Tekla软件对用户开放的功能，我们在建模过程中对碰撞规则进行自定义，对螺栓的安装间隙根据螺栓的大小及常规紧固工具进行了限定，在出现不满足碰撞规则的情况下，正在放样连接节点凸显红色，提醒设计者即时进行修改，做到在建模的同时同步进行碰撞检查，避免模型完成后再进行修改，提高工作效率的同时提高了出图质量。
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3.3工程量统计
为克服人工统计工程量的一些缺点，本项目采用Tekla软件自带的报表功能提供的数据，直接或间接作为工程量。
3.2.1直接利用报表数据
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三维模型完成后，通过软件自带的报表功能生成备料清单、构件清单、零件清单、螺栓清单等，可以及时精准显示各构件、零件的数量、净重、毛重、规格尺寸等，本案例中厂房材料用量共68111.5kg，高强螺栓7638个，普通螺栓6068个，在有效避免人工算量的误差的基础上，大大提高效率。
3.3.2间接计算涂层量
钢结构工程中不可避免伴随防腐、防火两个分项工程，由于构件、零件的规格尺寸、数量繁多，统计工作费时费力且误差大、准确度低。对构件或者零件进行表面积统计时，往往只统计展开面积，厚度方向的面积往往忽略不做统计，对一些异形构件或零件，要精确统计其表面积往往十分困难，实际操作中往往进行估算。
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利用Tekla软件的面积统计功能，可以快速统计不同构件、零件的外表面积，特别对一些异形构件或零件。
根据软件计算出的表面积，结合施工图设计的涂层厚度即可算出防腐或防火分项工程的工程量，整个计算过程效率高且出错率低。
3.4指导备料、运输
本项目主要材料种类虽然仅有冷弯薄壁C型钢、Z型钢两种，但是构件、零件的规格较多，利用Tekla软件生成构件大样图、零件大样图(右图)，图纸中详细体现每个构件、零件的规格、尺寸，利用其自带的报表功能，可以快速分类汇总不同构件、零件的数量，可以指导加工厂进行备料生产。
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同样利用上述数据，根据构件、零件的形状、重量、数量、规格尺寸等，选择合适的运输车辆。
3.5变更管理
项目施工过程中或多或少的存在项目变更，利用二维软件进行修改工作量大而繁琐，修改一个节点往往需要将对应的平面、立面、剖面图进行对应修改，大的变更甚至整套图纸都会发生变化，本项目实施过程中利用Tekla软件有效的解决了上述问题，在三维模型中直接对需要变更的构件、零件进行编辑修改，后台会自动将修改更新对应部位的二维图纸，大大提高了变更效率。
3.6指导施工
Tekla软件对用户开放的特性，任何使用者可以在模型的基础上进行编辑，施工单位可以在模型中添加构件、零件的信息，如自身特性、位置信息、安装顺序、注意事项、安装进度安排等，施工操作者可以在生成的二维图纸中可以清晰、直观看到上述信息。本项目中我们采用三维模型进行技术交底，施工前在三维模型对所有构件、零件按照安装顺序进行编号，对吊装顺序进行在三维模型中进行了模拟，减少了施工过程可能遇到的困难。
Tekla软件除具有上述功能外，对于熟练的操作者，还可以直接利用结构模型及结构计算的材料断面直接搭建三维模型，结合设计者的设计经验确定合适的构件、零件连接节点，在三维模型中规避二维设计中容易出现的缺陷，生成三维模型后导出二维施工图，从而节省二维图纸设计时间，提高设计效率。
4.结束语
本文通过江苏省泰州市某装配式钢结构桁架工程为例，认为仅仅依靠传统的二维设计软件已经不能满足项目的实施的需要。Tekla作为一款专业的钢结构三维深化软件能够很好的解决装配式钢结构桁架体系中遇到各种问题，通过图纸深化，将施工可能遇到的问题在施工之前即在三维模型中解决，降低了图纸的出错率，提高了构件、零件的加工精度，具有二维设计软件无法比拟的优势，对于降低投资成本，缩短工期等具有重要指导意义。
参考文献
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