陈丽丽
上海绿地建设（集团）有限公司 上海市 200083
【摘要】：联合国地理信息管理-德清论坛会址是一个自由曲面的大跨度单层网壳结构体系，项目运用Tekla Structures软件在钢结构方面的建模、出图、加工制作进行介绍。
【关键词】：Tekla Structures，钢结构，网壳结构，三维建模，出图
一、工程概况
联合国全球地理信息管理德清论坛会址为自由曲面的大跨度空间单层网壳空间结构，由大小不一、平面形状不同的三角形钢结构组成不对称的几何曲面体。工程结构外壳采用钢结构结合不锈钢，表面为玻璃幕墙和铝单板幕墙，外壳内采用钢-混框架结构体系。
建筑物东区长度192米，西区长度160米，最大跨度128米。东、西两区建筑高度为31.1米，东区屋盖为地上三层，地下一层，西区屋盖为地上四层，地下一层。工程东、西区钢屋盖：由22榀大小尺寸不同的椭圆形、异型钢拱架、钢连梁、V形方管钢柱、V形圆管钢柱组成。钢材材质为Q345B，总用钢量为4600吨，单构件最大重量为22吨。
由于本工程钢结构构件规格种类较多，其中主结构钢梁为弧形结构，弧度的弯曲每一榀、每一个构件都不一样，其中有部分构件需要进行弯曲成型，钢桁架曲率多样，所以在工厂生产加工中钢管弯曲的施工工艺也不相同。自由曲面的大跨度空间单层桁架屋面钢结构，是目前国内少有的无规则，变截面自由曲面。
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二、工程特点、难点分析：
自由曲面的大跨度空间单层网壳空间结构呈椭圆形外壳，钢结构主梁拱架为椭圆曲线刚架，钢拱架之间连接方管次梁。钢结构形式有圆管Y型柱、箱形Y型柱组、箱形梁、箱形变截曲钢梁、箱型次梁组成，其中节点形式多样，连接形式较为复杂且每个杆件的斜率、曲率都不一样。
三、Tekla Structures建模前期准备工作
3.1技术设计组
成立详图深化设计组，指定深化设计人员与设计院结构设计师协调，熟悉结构设计图纸，领会设计药店，确保深化设计按照结构总体要求进行。
3.2制定深化设计工期计划表
根据项目总进度计划合理安排“钢结构深化进度”，明确项目批次计划、设计、加工生产、安装计划，确保项目总体进度的完成。
3.3熟悉结构设计图
熟悉业主提供的施工技术文件(结构设计图、技术要求规范、设计说明等资料)，制定制造工艺方案、制造验收规范、完成施工图设计、焊接工艺规范、切割工艺规范、涂装工艺规范、加工工艺文件和质量计划规范等技术准备工作。
四：深化设计工作内容
钢结构深化图设计是针对原结构设计图纸及相关的技术文件资料，将整个项目的主体结构拆分设计成各个单独的构件、零件逐步深化，所有工作全部采用Tekla Structures软件完成，钢结构深化图设计主要包括以下内容有：安装布置图（平面布置图、立面布置图、节点详细图、焊缝通图）构件图、零件图、清单（构件清单、零件清单、螺栓清单等）
每完成一个项目子项或者一个批次的时候，向设计院申报深化设计图纸的审批，待设计院反馈审核意见后，根据审核意见的内容及时进行修改，直到审批合格打印蓝图，在提交设计院签字敲章。
在深化设计过程中及时与设计院沟通、协调，使深化设计能满足设计要求的同时还能满足加工工艺以及现场安装的方便。
4.1简述Tekla Structures
Tekla Structures在钢结构市场中已经广泛运用，主要运用于钢结构深化。 Tekla Structures具备三维实体结构模型（包括钢结构、混凝土）、结构分析、钢结构细部设计。
Tekla Structures包含了设计、制造、构件安装的全部需求，所有加工图纸与清单事先完整整合在一个模型中。
4.2建立三维模型
创建一个完整的Tekla Structures三维模型具体步骤：创建轴线、依据结构设计图创建钢结构的主部件、 依据结构设计图节点大样图进行钢结构细部设计。
4.2.1艺术飘带：
艺术飘带的杆件排布没有规则不规则，本项目将结构设计CAD三维模型导入Tekla Structures的方法拉主杆件。导入时要注意飘带在整个项目的坐标位置。根据圆管截面的不同，分批次倒入Tekla Structures模型中。这样既保证结构设计意图，又能缩短工期，提高深化工作的效率。
艺术飘带的圆管之间采用相贯焊接，艺术飘带中同一节点处有多根圆管交汇，需分主次相贯，最后采用Tekla Structures软件的碰撞功能检查每一个节点。构件现场拼接节点采用内部衬管。
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4.2.2东西屋盖主拱梁：
根据结构设计立面图，在Tekla Structures软件中用钢板模式采用以折代弧的方法模拟圆弧进行放样。
4.2.3东屋盖异型不规则弧梁的建模：
由于东屋盖最后2榀主拱梁是不规则弧形梁，采用200mm长的三角板形式一点一点模拟圆弧箱梁。在加工图中，用三角板拼接成构件图、零件图再由工厂加工。
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4.2.4东西屋盖次梁倾角设置：
每根次梁中轴线的倾斜角度取自左右两个三角面夹角的角平分钱。
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4.3构件编号
根据项目中构件的分类按序编号。分类有柱、梁、撑、埋件。如屋面主拱梁采用GB-1，次梁采用DCG-1，以此类推。
4.4创建布置图、构件图、零件图、清单
三维模型创建完成后，根据需要生成布置图、构件图、零件图以及各种形式的报表，Tekla Structures软件可以根据需要分批次出图，根据工期、安装顺序出图。避免工厂加工混乱也避免现场构件没必要的堆积。
Tekla Structures软件可生成软件自带的报表也可根据自己需要创建报表模板。本项目弧形钢板在自动生成的报表中有较大的数据偏差，屋面拱梁在自动生成的报表基础上，进行了从新计算。
五、TEKLA建模过程中的注意事项
5.1.东、西屋盖构件编号
由于项目构件数量众多，尤其是屋面次梁。在Tekla Structures建模编号过程中，要求屋面主拱梁、屋面次梁的构件编号由一端向另一端连续编号，不得有跳号的情况。构件在加工制作过程中标明屋面次梁一端与轴线的关系，避免次梁反向安装。
5.2. 东西屋盖屋面主梁圆弧要求
圆弧梁采用以折代弧的形式建模加工，16米以下折线距离不得大于300mm。要视觉观察为圆弧。16米以上，折线距离为两根次梁之间节点的1/4距离。
5.3. 东西屋盖分段要求
分段距离保证汽车运输尺寸，构件最大长度不大于17.5米，宽度不大于3米。主拱梁中间左右分段不大于7吨，中间各第二段不大于8吨。
5.4. 东西屋盖主拱梁分段间隙的控制
分段间隙由主拱梁截面板厚来确定，板厚≥40mm间隙为15mm、板厚＜40mm间隙为10mm。另外板厚≥60mm后的板材才有Z25要求。
5.5.飘带节点、构件分区方案的制定
飘带由不同圆管截面组成，圆管与圆管之间采用相贯焊处理。飘带分区块吊装，区块与区块之间采用散件现场焊接处理。两根圆管相贯焊在制作加工图时预留1mm间隙。
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六、加工制作：
6.1相贯面构件制作工艺
6.1.1艺术飘带钢结构典型相贯面焊接节点以及切割成型的相贯面剖口
6.1.2冷弯弯曲加工
本工程钢管构件大多为不规则圆弧形，弧形构件的加工大部分曲率较大，工厂加工使用冷弯加工完成。
冷弯加工设备：弯曲加工设备采用数控液压钢管弯曲机加工弯曲成型；根据构件的截面尺寸来设计专用模具。
6.2焊接箱型构件制作
6.2.1本工程箱型构件主要为钢梁。根据截面尺寸工程箱型构件可全部采用在生产流水线进行制作
6.2.2焊接H型钢柱、梁工艺要点
焊接H型钢柱、梁，生产下料时翼缘板、腹板长度须适量增加焊接收缩、铣削余量，长度方向需要拼接的情况时应在材料拼接完成后再下料。拼接位置应在剪力最小处。
焊接H型钢柱、梁的翼缘板和腹板下料后进行矫正。在H型机械组装机上进行拼装，拼装后按焊接工艺进行焊接和矫正。
焊接H型钢柱、梁矫正及长度铣削后，须在翼缘板、腹板上标出中心线位置，并做好标记，以此为安装零件和开孔的基准。（梁腹板上的开孔以上翼缘板为基准）H型钢在长度方向的开孔孔距不得有累加的方式计算。针对H型钢端部的开孔不能根据边距尺寸划线，实测构件长度后再进行修正划线。
七.结语
合国全球地理信息管理德清论坛会址积极开展创新、创优和QC活动，《扭曲型双曲面异形钢箱梁制作加工工法》新工艺的推广应用取得了实效。《用于焊接紧固件装置》、《一种焊缝测温笔初稿》、《一种焊缝检验尺》获得国家三项实用新型专利，《一种鹅蛋形钢结构建筑安装方法》已受理申报国家发明专利。
本工程荣获中国钢结构金奖”
参考文献：
1. 《钢结构焊接规范》 GB 50661-2011
2. Tekla Structures钢结构深化发布说明
3.《钢结构设计规范》 GB50017-2003