CAD在上海虹桥二层步廊工程的应用

2021-06-10徐海峰

建材与装饰 2021年16期

王宇，杨锋，杨杰，徐海峰，杨敖

（1.上海建工（江苏）钢结构有限公司，江苏海门 226100；2.南通理工学院，江苏南通 226000）

0 引言

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）是美国欧派克公司在1982年开发的一款自动计算机辅助设计软件，常用于二维绘图、详图绘制、设计文档和基本三维设计，如今已经成为国际上广为通用的绘图工具。尽管它在某些专业领域不如Tekla、Tribon等软件那么实用，但在某些特定的情况下，可以发挥很好的作用。

1 CAD在三维建模中的应用

随着我国建筑业的积极发展，钢结构桥梁不断的推广应用。而且伴随着新技术、新工艺、新材料、新设备的不断涌现，钢结构桥梁得到进一步的发展，朝着大跨度、高强质轻、美观等方向发展，这也给钢结构桥梁的制作和施工带来全新的挑战。目前绝大部分的设计院出的图纸都是二维图纸，而且所提供的图纸不能直接用于钢结构的加工制作，安装的精确性也无法得到保障，但是利用CAD三维技术，可以最大限度提高工程的设计甚至制造质量。

CAD三维技术的优势如下：①可以使空间结构在平面上展开，确保下料尺寸的正确性；②可以保证钢结构安装的精确性，当然也包括钢结构桥梁安装的准确性；③钢结构以及零件图的设计更加方便快捷，使用三维CAD，可以用相临两零件的位置和形状来生成新零件，如采用三维镜像、三维阵列等；④工程类软件价格昂贵，采购正版软件是一大笔费用，加大了企业的负担，而AutoCAD是我国企业的常见软件，几乎所有工程类企业都在使用，故使用该软件进行三维建模可以节约特定软件的采购费用，降低工程设计成本；⑤可先使用CAD绘制二维图形，随后使用放样操作，将二维图放样转换为三维图，这样操作可以大幅减少绘图建模的工作量。

2 项目简介

国家会展中心（上海），英文名“National Exhibition and Convention Center（Shanghai）”，简称“NECC（Shanghai）”，位于中国上海，是一个集展览、会议、办公及商业服务等功能于一体的综合性会展体，也是上海市的标志性建筑之一。上海虹桥商务区核心区（一期）与国家会展中心之间的二层步廊工程（下面统一简称为：二层步廊工程）位于上海虹桥商务核心区与中国博览会会展中心之间，在上海虹桥机场的西侧，穿越小涞港、规划小涞港、嘉闵高架、外环铁路，并与地铁2号线相邻。全长约343m。上海虹桥二层步廊工程采用钢箱梁，梁高1.5~2.0m，标准桥宽分为25m、18m和15m（图1为标准横断面）。主桥采用连续钢箱梁、简支钢箱梁结构，桥面设置横坡和纵坡。底板设置纵向加劲肋，顶板设置纵向加劲肋和横向T型加劲，腹板设置纵向及竖向加劲肋，桥墩处和中间均布设置实腹横隔板，两侧顶板采用纵向加劲肋和横向T型悬挑加劲，两侧下部采用弧形装饰底板并设置纵向加劲。

3 CAD三维建模

图1 桥梁典型横断面

图2 桥梁弯曲段三维视图

上海虹桥二层步廊钢桥梁长度长，而且由于处在上海虹桥商务核心区与中国博览会会展中心之间，避免和其他建筑的碰撞，钢桥梁在平面上两次拐弯，拐弯点处正是该工程的难点。为保证整个桥梁三维模型的正确性，在平面上画二维图时，就要保证尺寸与设计院蓝图一一对应，随后使用放样，将二维转化为三维，桥梁弯曲段部分的三维模型如图2所示。

4 双曲面结构在平面上展开

在二层步廊钢桥梁尾端，有类似于球面结构的装饰钢板，这种双曲面形式的钢板通常在加工制作时，将其分模块展开。对于这种造型的钢板，展开原理是把曲面的板分成无数接近曲面的平面，再找出决定每个平面的三个点，然后通过数学计算的方法把相邻的平面组合在一起就形成精确的展开图。这一原理类似于数学中的微积分，利用这个原理，将二层步廊工程项目尾端装饰板分成八个接近曲面的模块，找出决定这八个模块平面的三个基点，并将这八个模块分别在平面上均匀的标记十一个工作点，其中最上部及最下部模块的平面图。

随后将八块展开图放在同一平面内，并通过数学计算的方法把相邻的平面组合在一起，让模块与模块之间相互靠拢，直到有正好结合，再将外轮廓连接起来，就是我们所要得到的一块完整的双曲面展开平面图（如图3所示）。