Tekla在2022卡塔尔世界杯教育城体育场项目中的应用

卡塔尔教育城体育馆，是2022年卡塔尔足球世界杯主场馆之一。此场馆由碗型混凝土看台，底层V型钢柱支撑上层钢结构主平台，轮辐式悬索钢屋盖和外立面幕墙组成。本文主要介绍TS在该项目深化设计中的具体应用及如何处理异面结构，辅助绘图，并达到提高生产力的目的。

1. 工程概况

卡塔尔教育城体育馆（QFS）位于卡塔尔首都多哈教育城，是2022足球世界杯比赛场馆之一，赛事期间，设计容纳44,000人。该项目结构形式为，碗型混凝土看台+轮辐式悬索钢屋盖，借鉴了伊斯兰教建筑特色，室内外均裹以半透明的三角板，其颜色和图案能根据太阳方位及人工照明的变化而改变。体育馆全年使用冷却系统，为卡塔尔教育城的学生、教职工及当地社区居民提供体育馆及周边设施，鼓励一代又一代的卡塔尔居民实现他们的健身目标。

该工程总用钢量约7000吨，拉索750吨，构件最大单重约32吨。钢屋盖为重力预应力轮辐式悬索斜撑主次梁结构。结构平面长轴250m，短轴200m，馆内檐口高50m，最高最大悬挑跨度约61m。索网体系由外环梁、内环索和内外环间径向索组成。环索空间成马鞍型，平面投影成环形，V形斜撑将屋面支撑于索夹节点上。在该项目中，武汉敦信承担的工作是除索结构外其他主钢结构的深化设计，深化工作全部在Tekla 中完成。

教育城体育馆 Tekla 3D 模型图

2. 结构及节点介绍

体育馆钢结构体系大致分为6个部分，包括底层 V 柱支撑结构、平台层框架钢结构、外立面幕墙钢结构、屋面支撑立柱、轮辐式悬索体系和屋面钢结构。如下图分解，V型圆管柱靠体育馆外侧支撑钢平台，主钢平台设钢柱支撑外立面幕墙钢结构，屋面钢结构由屋面支撑柱和轮辐式悬索体系互相支撑，组成整个体育馆的钢结构体系。

3. 深化设计重点及解决方案

3.1空间结构的放样定位

体育场馆类，多为不规则或异面结构，关键定位点和杆件定位极为重要。如果设计方可以提供完整的计算模型芯线则可以解决很多初级问题。但在实际施工中，多数提供计算分析模型会说明仅供参考，实际定位依图面提供3D坐标定位，而且也会有杆件不交于一点或后期有调整。这就需要我们自行定位并核查设计图提供的准确性和完整性。

V-Column，V柱是靠近场馆外侧支撑主钢框架的主柱，此部分定位依据设计方提供的3D座标放样，再结合混凝土层高定位V柱底标高。

钢结构框架部分通过定位圆环状轴线，明确杆件在圆环状轴线上同心、均匀分布。再利用提供的IFC混凝土模型，确定钢结构支撑外侧边缘。

3.2节点细部深化

钢结构平台为二维杆件，节点数量较多，我们通过自开发节点，通过Excel表格的形式控制不同类型、不同规格杆件节点的数据。同时，在节点计算修改节点数据后，只需修改对应Excel数据，刷新修改节点，就可实现节点的修改，提高了模型中节点修改的便利性。在工期紧张，节点计算未通过审核时可有效地前置模型工作，保证工期。

本项目的难点之一在于场馆外立面（Facade）矩形管杆件连接节点。Facade 主结构外表面要求精度极高，因为室内外均需裹以半透明的三角板，其颜色和图案会根据太阳方位及人工照明的变化而改变。但设计方提供的杆件均为外侧控制点交于一点，组成不同的三角面，但所有三角面均不会共面，每支矩形管的角度和旋转方向均不相同。所以，从美观考虑，业主方要求节点范围内杆件连接端不能超过钢柱外表面2mm，超过部分需要采用局部切割再填补三角板再打磨处理。

3D空间，人工找辅助面、空间点比较困难，且要在找到基准平面后再切割并补充三角板，工作量巨大。TS在有规则可依，且节点数量较多时，可有效发挥其优势。我们基于Tekla Open API针对性开发了模型插件节点，自动计算矩形管牛腿端部超出柱面尺寸，再依超出尺寸进行切割增补三角板。完美呈现了业主需求，极大的提高了生产效率和增加了可靠性。

3.3复杂杆件图面的辅助绘图

在处理二维杆件时，我们有标准顶视图或前视图可参考，采用二维尺寸可清晰表达。当然，对于3D杆件我们也可采用投影方式，来类似标注尺寸。但实际3D杆件叠加，端部投影重叠，无法清晰、准确的表达所需定位尺寸，且工作量大。

以下以本场馆外墙立面（Facade）矩形管钢结构立面为例说明复杂杆件图面的辅助绘图。Facade外立面为多个异面三角形组成，每个杆件均不在同一面内，立柱也是采用多个杆件焊接拼合而成。所以我们取立柱的一支杆件作为基准面，取端部向上1000mm作为基准原点，立柱长度方向为基准轴，再依此为基准点对其他3D牛腿采用3D座标点位标注（采用表格形式表达，且同时可生成Excel文档供工厂处理不同需求的数据）。同时，为便于工厂制作，对于二维立柱采用尺寸标注组立定位，局部剖面接触点定位尺寸仍然采用二维尺寸标注，同时增加局部3维图供参考。

以上做法满足了设计意图和工厂加工需求，但是对绘图来说工作量巨大，且工期紧迫。所以我们针对性的开发了不同类型杆件的图面辅助绘图。针对下述杆件主视图尺寸自动标注，剖面视图自动处理，3D座标表格自动生成。配合辅助绘图，这样就可以较大的解放生产力。

4. 结语

体育场馆多为异面结构，但如果可以找到异面间相似规律，通过Tekla提供的编程接口（API），用户可以按自身需求灵活开发便捷的插件工具，极大地提高建模及制图的效率和准确率，提高生产力。