谈炉顶某高炉炉身与炉顶结构三维设计

论文导读：
摘要：炉身框架和炉顶框架是高炉炼铁工程中的核心构筑物，其结构构造复杂、耗钢量巨大、设计难度高。为了提高设计效率、节约钢材，本文提出了“一体化设计方法”思想，减少了设计过程中的重复环节，并在某高炉炼铁工程中炉身、炉顶框架设计工作中实际应用，取得了较好的效果，为今后的设计提供了参考。
关键词：炉顶框架; 炉身框架; 一体化设计
0 前言
炉身框架和炉顶框架是高炉炼铁工程中的核心构筑物，两者承载着上料主皮带、料罐、热风围管等多个重、大的高炉附属设施，导致其结构构造复杂、耗钢量巨大、设计难度高。
目前，行业内结构专业对炉身、炉顶框架的设计大多还停留在比较原始的水平。即采用二维建模计算，计算结束后，再进行二维手工出施工图，最后根据二维施工图在详图软件中建模出详图。整个过程传递环节比较多，在不同的工作对象之间相接口时，即使是设计一般的框架、平台结构，也非常容易出错，对于炉身、炉顶框架这样的复杂结构，出错的隐患就更加大了。而这些错误往往造成材料浪费、工程返工和业主抱怨。
1 一体化设计思想
结构设计人员在长期的工作实践中，发现建模计算、绘制施工图、绘制详图三者之间有相当一部分重复工作或可相互利用的工作，如果相互整合，实现全过程“一体化设计”，将大大提高设计效率和水平。
目前许多国外大型商业软件公司均致力于一体化设计（比如Bently公司、Autodesk公司等）的研究，但这些BIM领域的领头羊将主要的精力放在三维协同和模型出图方面，由于流程习惯不同，他们对结构分析计算功能的集成力度不大。本文的研究内容，就是要将结构分析计算作为一体化集成的起点。
图1 一体化设计流程图
本文对一体化设计研究的步骤具体如下：
（1）在SAP2000中进行结构建模、计算、设计；
（2）模型设计完成后，通过接口程序导入TEKLA中，进行模型修正、调整，且加入计算模型中无法加入的模型元素，如果需要出KMD图，则对模型赋予相应节点形式；
（3）自动生成平、立面图、构件表，对需出节点详图的节点，从模型抓取后出图，最后对图纸进行后期手工处理、调整，使符合要求。
其中的关键点在于：
（1）接口 程序的编制。将SAP2000中形成的计算模型与详图软件TEKLA进行有效连接，并且导入的模型格式中需包含大量必要的信息：梁柱几何布置信息、连接信息、型钢截面属性，杆件方位及偏心信息、支座信息等，部分信息需要接口程序转化；
（2）模型在TEKLA中的修正。比如截面格式、梁顶对齐等等，解决这些问题，才能保证模型修正后可以满足TEKLA的出图要求；
（3）TEKLA出施工图。TEKLA来直接出施工图具有一定困难，比如构件如何表示、如何形成构件表、尺寸标注调整等等，特别是符合国内习惯的节点形式，这些均需要在TEKLA中进行二次开发和参数化设置，以保证在详图软件TEKLA中所出的图纸能达到施工图的要求。
2 问题及处理方法
一体化设计实施过程中，主要的工作和主要的问题处理方法如下：
（1）钢结构节点的构建。目前绘图软件中，自带节点类型十分有限，而且绝大部分采用螺栓连接，因此，需要绘制KMD图时，节点的构建工作非常大。
（2）立面图的方向。绘图软件中，轴线视图的方向是一定的，无法调整。传统的表示方法，钢架的立面图采用左到右，前到后的原则，而绘制墙皮时，则采用外到内的原则。处理该问题时，需要调整视图角度，来决定图纸产生的方向。
（3）斜面表示及分系统表示。绘图软件中，布置图是根据实际模型来的，传统的分系统表示法存在困难。此外表示斜面时，往往会有多余的信息出现，例如表示屋面系统时，随着屋面坡度不一致，布置图中会出现刚架等其他多余信息。处理该问题时，可以通过过滤构件来解决。
（4）特定文字及图例需要手工添加。
例如，上楼梯处，习惯的作图方式为“ ←— 上”；
例如，洞口处的阴影线；
例如，构件表中的构件名称“桁架、单轨吊、檩条……等等”；
例如，工艺、设备中心线；
（5）构件内力标注需要手工添加。软件无法自动标注构件的内力大小和类型。
此外，还有一些绘图习惯需要相应转变：
（1）绘图软件无法出单线图。因而，绘制布置图时，只有采用双线图的方式；
（2）绘图软件绘制布置图时，无法按国家制论文导读：
图标准指出节点所在的图纸号。为解决节点表示问题，只能采用标准库的形式，标号采用大流水。
（3）软件出图绘图时，部分图例与国标不一致。例如轴线号的图标，标高符号等。
（4）部分构件的表示习惯与通常的方法不同。
例如，组合构件通常按榀计数，而软件中则是按杆件计数。
例如，拉条通常用虚线表示，而软件中只能采用线表示。
经过处理以上问题，钢结构一体化设计的思想基本可以实现。
3 工程应用
某小型高炉炼铁工程，炉身框架柱网为16.000*16.000米，炉顶主平台标高3

5.100，炉顶框架柱网为8.000*16.000米，最大高度标高67.000米。

首先使用SAP2000对炉身、炉顶框架进行整体建摸计算，模型稳定后，进入TEKLA进行出图。由于利用计算时，炉身、炉顶框架整体建模计算，比传统的炉顶、炉身分开计算，通过包络图提荷载的方式所计算的荷载更加精确，最后节约钢材约150t。同时利用计算模型出图，绘图效率也大大提高。图2~3为软件自动绘制的图纸，经过调整后，可以达到工程图深度。

图2 炉顶部分的三维图纸图3 某平台的结构图纸
4 小结及展望

4.1 小结

本文提出了“一体化设计方法”思想，研究了三维建模计算并自动出图的标准设计流程，并应用于某实际高炉炼铁工程中炉身、炉顶框架的设计之中，源于：论文格式模板下载www.7ctime.com
整个过程，从计算到出图，只有一次建模工作，有效祛除了重复的工作，大大提高了设计效率和设计水平。该思想推广应用到一般的钢结构框架平台的设计中去，将发挥更大的优势。研究表明，一体化设计方法具有传统的设计方法以下不具有的优点：
（1）利用计算模型出施工图，提高了设计质量、设计效率；
（2）通过三维设计有效地避免了过程接口、模型碰撞等方面的错误；
（3）精确的空间分析计算，保证了结构的安全性和经济性；
（4）自动统计工程量。

4.2 展望

本文完成的一体化设计还存在一些需要改进的地方，这些问题得到解决后，设计效率将得到进一步的提高：
（1）多台桥式吊车的结构的空间分析方法；
（2）计算模型进入绘图软件后，部分偏移信息会丢失的问题；
（3）软件自动标注功能不够智能的问题，目前需要人工调整的工作还较大。
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Appilcation of 3D Design in Designing BF Shaft And Top Frames
LI Liang
ABSTRACT: BF Stack frame and Top framework are the core structures of BF iron- making project, as they are characterized in complex structures, huge steel consumption, and high level design difficulties. In order to improve design efficiency, and economize steel consumption, "Integrated Design Method" is demonstrated in this paper. This method has already applied in a furnace blast stack and top frame design and achieved in a good result. Thus it could be used as refere论文导读：nceforthedesignworkofsimilarprojectromnowon.Keywords:TopFrameofBFStackFrameofBFIntegratedDesign上一页123
nce for the design work of similar projects from now on.
Keywords: Top Frame of BFStack Frame of BFIntegrated Design