深圳湾体育中心屋面工程的三维建模与分析

来源:用户上传      作者: 王斌

　　本文根据工程实际情况，充分分析了不同功能部分的结构，针对各自的特点介绍了各功能部分的三维建模方法，注意事项以及一些建模技巧。
　　
　　1.工程概况
　　本工程为大型空间结构，由主体钢结构和屋面幕墙系统组成，其造型复杂，形状犹如“春茧”，整个屋面总体分为不透光系统和半透光系统，每个系统均有上层装饰铝板、中间铝板与玻璃组合防水层、吊顶装饰铝板层三层结构组成，整体形状为不规则弧形，屋面分格为4mx4m分大、中、小不同孔洞组成，其结构的不规则要求对每个孔洞进行清晰的三维建模，考虑到建模的复杂型，本次采用犀牛软件进行分析与建模。
　　2.不透光部分建模
　　不透光部分分上层装饰铝板层、中间铝板防水层、吊顶装饰铝板层，分格为4mx4m，上层装饰层和吊顶装饰层每大分格再分成8个小分格，中间层分成4个小分格。在对这一部分建模过程中，只针对其装饰面板进行建模与分析，其中间防水层及吊顶装饰面层的建模与半透光的方法一致，二者区别只是材料的应用不同。
　　2.1上层装饰曲面顶点的确定
　　以各分格单元作为分析对象，上层装饰面为弧形曲面，对整个屋面进行半径检测，在划分了各小单元后，圆弧面可简化为平面建模。对于可简化的曲面要确定四个角点固然比较容易，要确定简化后曲面的高点却不是件容易的是，经分析和验证我们确定：以空间单元四个角点为基础建立两条对角线；以其公共垂直线较高的点作为简化后分格单元的高点。
　　2.2确定上层装饰曲面的8个分格平面:
　　2.2.1以上述确定的顶点和四个为基点分别连线，并连接单元边线的中点与高点，完成上层装饰面板的8个分平面；
　　2.2.2以各个平面为工作平面偏移出胶缝，在对胶缝建模的过程中需要注意的是您需要变换八次坐标以定义不同的工作平面，在三维空间里，虽然其视角是立体的，但我们的操作仍然是在一个二维平面完成，在此单元中8个面是互成角度的平面，因此胶缝的偏移需要定义各自的工作平面；
　　3.半透光部分建模
　　半透光部分分上层装饰铝板层、中间铝板防水层、吊顶装饰铝板层分格为4mx4m，上层装饰层和吊顶装饰层中间开大、中、小三种空洞，每大分格再分成8个小分格，中间层由铝板和玻璃组成防水层，玻璃具有采光作用，构造为点驳接。对于这部分的建模难点和重点是面层装饰板和吊顶装饰板中洞口的建模以及玻璃拉索支撑点和中心筒的建模，这里建模大量运用到了面面相交，面线相交的实体建模，对于复杂模型的建模采用实体编辑功能是非常方便和直观的。
　　3.1上层装饰曲面建模中顶点的确定与不透光部分的建模方法相同，其难点在于中间空洞边界的确定，这需要借助中防水层的模型加以关联。
　　3.2中间防水层建模与分析：中间防水层的组成由玻璃和铝板胶缝打胶组成防水系统，同一单元的防水层在同一平面，而相邻单元之间的防水层是错开的，交错点在接近各临边中点的位置。
　　3.2.1仍然以上层曲面单元的四个角点做为基础点建立曲面，将坐标定义到此曲面，此时的坐标面为四个角点的中间平面， 经验证该平面到四点的距离绝对值是相等的，
　　3.2.2将坐标圆点沿法线向下偏移270mm，得到中间防水层面；
　　3.2.3以坐标圆点为圆心作一大圆面，将单元边界
　　线投影到该平面， 建立中间层投影线。
　　3.2.4以建立的投影线为母线向内侧偏移(大洞500mm，中洞750mm，小洞1000mm)得到玻璃边界线并倒圆角半径R=700mm，此为洞口的内边界线；
　　3.2.5以中间层投影线为母线偏移出玻璃和铝板相邻的分格线；
　　防水层建模效果图
　　3.2.6以相邻单元防水铝板的内角点建立中间平面，将面层铝板分格线（单元分割线）线影到此面，以投影线作出相应的中间平面的法面，铝板面与法面的交线为铝板转角线，法面与法面的交线为折边相交线，其高度以相邻四个单元交汇处的铝板面较低者下折25mm，其余折边折致与此等高处；
　　3.3吊顶装饰层建模与分析：在确立了面层装饰板和中间防水层的模型后，吊顶层的建模不能随意单独进行，它必须依据前面两层模型的位置关系对其限制，为达到上中下连贯一致，建模时须依据前面的模型进行：
　　3.3.1以面层铝板面为基础面，向内侧偏移出吊顶曲面的原始面；
　　3.3.2以玻璃面为工作平面，将拉索投影致吊顶曲面，得到交点作为吊顶曲面的顶点，并用主体钢结构实体内侧面截断投影线；
　　3.3.3连线顶点与钢结构实体内侧的交点及投影线
　　截断点，构成吊顶的8个面，在各自平面内偏移出胶缝；
　　3.4中心筒的建模与分析：中心筒是连接上层与吊顶层的中间部分，下部与吊顶层连接构成整体，上部与面层装饰板连接构成整体，形成一个桶状空心体，其建模与中间层和上下层紧密相连。
　　3.4.1将玻璃面定位工作平面，以洞口的内边界线为母线分别向面层铝板的8个面和吊顶铝板的8个面投影，得到相应的面层装饰面的洞口内边界线盒吊顶层装饰面的洞口内边界线。
　　3.4.2工作平面不变将上层面的洞口内边界线线下拉伸170mm的距离，同时将吊顶层洞口内边界线向上拉伸至距玻璃面150mm的位置；
　　中心筒建模效果图
　　3.5确定拉索的位置：在整个半透光的体系中，多个单元玻璃的承重是通过交叉的两根拉索体系来承受的，因此寻找拉索既能穿过不同单元又能保证拉索在驳接处的距离相近的点是建模的难点，整个拉索体系采用坚朗公司的产品，在建模过程中我们发现要想保证拉索能连接多个单元格，则两个交错的拉索夹角并非垂直并且其在各单元的驳接处两根拉索的垂直距离是不一致的，而市场上无现成的产品，后与坚朗公司技术人员沟通后，由他们为该工程专门设计了一套拉索配件系统，从而解决了实际困难。
　　3.5.1以玻璃面为工作平面，分别向下复制玻璃面至80mm和120mm的位置。
　　3.5.2分别作出80mm和120mm平面的交线，以防水层中间平面的法面与交线的交点作为相邻单元拉索的转接点，该点位置接近相邻单元边线的中点。
　　4.总结
　　此工程建模较为复杂，涉及到诸多面面相交，面线相交，其三层幕墙结构更是涉及到诸多相关尺寸，在考虑了施工方案的可行性、工艺难度及加工周期的影响下，建模初期我们对建模方法进行了不断优化，总结出了一套较为理想的建模方案，为随后的工作打下了良好的基础。
　　
　　（作者单位：深圳市方大装饰工程有限公司）

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