计算机放样应用于钢结构工程
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摘要：根据计算机放样技术的特点，并以实际工程为例详细阐述了计算机放样技术在钢结构工程中的应用。
关键词：计算机放样；钢结构；应用
1引言
钢结构工程在近几年中越来越多地应用在建筑中，在实际工程中经常会遇到一些较为复杂的构造节点和各式各样的结构外形。因为缺乏关于钢结构施工技术方面的参考资料和图书，使工程技术人员往往手足无措。随着计算机技术越来越广泛地应用在工程中，特别是一些专业软件，如AutoCAD、3dsMAX等，这一难题正在得到有效的解决。
2传统放样与计算机放样技术的比较
放样也就是钣金展开，长期以来钣金展开一直沿用比较落后的传统方法，造成工作效率低下、加工精度偏低。而采用计算机放样，就可以有效解决这一问题，可以对各种结构外形进行准确的放样展开，提高了工作效率，保证了构件加工的质量。
展开放样就是在不改变构件表面积的情况下，将其依次摊开在一个平面上。展开可分为可展曲面的表面展开和不可展曲面的近似展开两种，可展曲面是指直纹面中的柱面、锥面和切线面等这些曲面上的相邻接的两条素线或平行或相交，因此两素线越邻近，则两线所夹的小曲面越趋近于小平面，这些小平面能依次连接地画在同一平面上。曲纹面和不可展的直纹面从理论上说都是不可展的。但是可以将它们分割成很多小块，采用近似的展开法。传统的构件表面展开的方法一般有作图法、计算法、系数法等。这三种方法在结构工程中应用相当广泛，是实践工程经验的积累，要求工程技术人员必须掌握的。
利用计算机进行构件表面展开的方法有程序法、计算机辅助设计法等。
程序法是建立在DOS系统下开发的，随着近几年计算机技术的飞速发展，已经无法直接适应图形方面的需求。
计算机辅助设计法是在AutoCAD软件环境下运行的，它将计算机屏幕显示代替了传统方法中的钢平台或样板料，利用AutoCAD的实时缩放、实时平移、缩放窗口等显示控制命令很容易地调节绘图平台和图形显示之间的关系。可以用鼠标移动来到达平台的任意位置，使用计算机命令代替了划规、钢直尺、划针等工具，大大降低劳动强度，提高了精度和工作效率。特别是AutoCAD的三维功能，使得钢结构多样外形的展开变得简单。熟练运用这种方法可以把一些复杂的放样做的非常出色。
3计算机放样技术在实际工程中的运用
计算机放样的操作步骤主要分为“建模——放样——展开”三步，现以上海金光外滩和北京燃气集团指挥中心两个工程为例作一分析，简述计算机放样的操作过程。
3.1建模
较为复杂的钢结构外表一般都是三维图形，建模可在AutoCAD14或2000版三维视图中进行，当然，也可以利用3dsMAX4.0更为快捷，这要视工程具体情况而定，当然，也要看个人应用软件的熟练程度而定。
上海市金光外滩屋顶皇冠是一个外形极似花瓣形状的钢结构造型，花瓣分为三层，因为花瓣外形相同，将每个花瓣进行单独建模，最后合在一起，其结构外形如图1所示。
建模时，根据扭曲方管的原始坐标位置A0和方管最终位置A1确定该方管拉伸的路径，（如图2）曲线A2利用3dsMAX中的Extrude拉伸编辑器对方管A0沿曲线A2进行拉伸即得方管A，同理，对称位置绘出另一根方管B，将A和B进行Boolean布尔运算A+B（即下拉菜单Operation中的Union），即可求得该扭曲方管的结构外形。
北京市燃气集团指挥中心工程的难点在于七榀桁架和椭圆形钢管的相贯节点的放样，实景照片如图3.所示，关键的节点样式如图4所示。
建模时，先绘出219管立柱A和椭圆形钢管B，然后画出桁架上下弦及腹杆，利用AutoCAD中布尔运算的SUB命令，即可轻松得出桁架与钢管的相贯节点。
建模可以将钢结构构件1：1的模拟出来，然后根据模型选择放样的方法。
3.2放样
计算机的放样还是要依据传统方法的作图法来进行。金光外滩采用三角形法进行近似展开，即将方管的四个曲面分开进行单独操作，将曲面等分成若干个小三角形，如图5所示。
在模型中直接量取L1、L2、L3的长度，即是该曲面展开时的实际长度。同理，可以量出每个小三角形的边长，并作一记录，见表1。
燃气指挥调度中心工程采用作图法，步骤一中已经建立方管的实体，（如图6）此步骤中只需测量出方管各边的实际长度即可。但其与钢管相贯的圆弧一边需多测量几点，将测量得到的数据整理即得表2：
3.3展开
该步骤比较简单，即将测量的数据画在平面上，得出放样的结果，如花瓣曲面展开后如图7所示。
在Autocad中重新建立UCS坐标系，使得展开后的图形各定位点均在该坐标系中，使得下料时知道Lmax和Bmax，从而达到节约用料和准确定位的目的。
4结语
计算机放样技术在钢结构工程中的应用还很多，这里就不再一一列举了。总之，计算机技术广泛的应用，各种辅助设计系统的建立，适应了现代钢结构发展的客观要求，它不仅缩短了工作时间，提高了工作效率，节省了人力、物力和财力，把工程技术人员从繁重的操作中解脱了出来，更重要的是它提高了工作质量。现代钢结构的特点更向计算机应用技术提出了新的课题，并将推动该技术的不断发展。
参考文献
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