钢结构节点设计中模板技术的研究和应用田景成“虎嵩林2）刘晓平3）唐卫清”刘慎权“泛的一种工程结构，在工业与民用方面都有出色的表现。

　　钢结构计算机辅助设计系统的主要任务有以下几个部分：结构布置健模）、内力分析、节点设计（见）和施工图纸绘制，如图所示。其中节点设计的工作量约占总工作量的三分之二，是钢结构整个设计工作中一个非常重要的环节。节点设计是否得当，对保证钢结构的整体性和可靠性，对整个建设周期和工程成本都有着直接的影响。

　　目前已有的国内外钢结构设计软件都没有很好地解决节点设计问题61.它们或者没有节点设计7‘81；或者不是真正意义的设计91，只是利用预先制定的节点图库中的节点去匹配实际工程中的节点；或者节点类型少，不符合国内标准1，111. 2模板技术141―词起源于铸造，本意为铸造器物的模子。在建筑行业中，人们用一组模板构造出所要浇筑混凝土的形状。

　　模板不仅在建筑、铸造中得到了广泛的应用，而且在计算机领域也得到了普遍应用。如办公自动化软件中的信函模板、日历模板、简历模板；Visio中的流程图模板、地图模板；程序设计语言中的类模板、函数模板；知识工程中的认知框架等等。

　　模板就是一种规范，是定义某一类事物的标准，它使这一类事物依据这个标准产生、变化，具有一定的约束性131.本文定义的模板是一个三元组：〈/D，O，R〉，其中ID是模板所刻划事物的标识、类别；O是模板所刻划事物中包含的对象；R是规则集合，是对象构成模板所刻划事物必须遵循的规则和满足的约束。

　　如信函模板，它定义了信函的标准。ID为信函模板；O为公司名称、称呼、内容、签名、日期；R包括位置规则和样式规则，位置规则要求组成信函的对象有相对固定的位置，如称呼要写在信的开头，样式规则要求它们的排列要满足一定的要求，如典雅型、现代型、专业型等。

　　模板可以根据规则集合中的规则建立模板层次。设模板T具有R项规则，根据其中的规则ri建立了模板，子模板集合中的每个个体都遵守父节点T的规则集R中除ri以外的规则。于是模板T与集合Ti形成模板层次，模板T为父节点，基于用户使用的方便性和实现难度等条件综合来考虑在哪个级别上给出实现。如Word中没有直接给出总体信函模板（把样式规则作为用户的选项），而是直接给出了基于样式规则的典雅型、现代型和专业型种信函子模板。

　　模板可以嵌套。一个新的模板可以是由其它已知模板按照一定的规则组合而成的。组合模板对象集合是对象和已知模板所定义对象的混合体。如一封可以邮寄的信模板，它的对象集合是邮票、信封、信封中封装的内容。信封由信封模板定义，其中封装的内容可以是商务信件、传真明信片等等，它们分别是由商务信件模板、传真模板、明信片模板定义的对象；于是在新的层次规则（邮票粘贴在信封上，内容封装如信封）上它们组成了一封可以邮寄的信。

　　可见，用模板可以提供事物完备的个体集合，并且容易扩展，灵活，易于操作，易于实现。

　　2节点设计的难点2.1节点类型繁多如所示，一个未设计的节点是由空间中不少于两根杆件，或者由一根杆件与设备等支撑物相交形成的。每个节点中都有一个在工程意义上处于主要位置的杆件，称这个杆件为主杆件，其余的杆件为次杆件。一个节点中有且只有一个主杆件。杆件根据自己在空间中的位置分成柱、梁撑三种，称为杆件类型。杆件空间中具有一定长度的型钢。目前在国内大致有r= 36种不同形状的型钢。一个型钢在世界坐标系中有d= 4种摆放方法。

　　一个设计好的节点中除杆件以外的物理部件统称为连接件，如节点板、加劲肋、焊缝螺栓等。它们是由连接方式和连接手段决定的。连接方式就是杆件连接的方式，如上盖板方式（在次杆件上加一块节点板，用它将两个杆件连接固定起来，的节点中就采用了这种连接方式）等，大致有s=56种连接方一个节点包含的杆件数目*少为m= 2个，*多为m=18个，分别为2个柱、Z=0平面的4个梁和4个撑、X= 0和7=0平面的8个撑。节点设计需要考虑的节点类型共有1，t=20+t1，t之1，d=4，代入。这种方法大幅度降低了我们需要考虑的节点类型。

　　题空间，而模板库构成了节点设计的求解空间。

　　翻节点模板的设计想类节点模板的实地洛杆件和连接板组成节刚接铰接主杆件三角支架-支撑连接悬臂支架柱脚3.2节点模板的总体思想从基本节点分类树和节点流程中可以看到，当用户选定了设计基本节点的连接方式之后，这个基本节点的样式就确定了，剩下的任务就是利用此连接方式对应的规则来确定连接件的参数和对杆件的加工。结合1. 2节中对模板技术的分析，可以发现节点问题非常适合用模板来解决。

　　一种连接方式对应了一个设计节点的标准：一个模板。基本节点分类树中的每个叶子节点对应多个节点模板，一个节点模板对应多个叶子节点。所有的模板组成模板库，模板库和基本节点分类树是多对多的关系。基本节点分类树构成了节点设计的问现确定在连接方式层次上，使我们可以很好地解决节点设计的一系列难点：节点模板代表了一种连接形式，模板库包含了全部连接形式，节点模板提供了基本节点树中包含的节点类型的完备的设计方案。

　　可以方便地添加新的节点模板、新的连接方式，以满足用户和工程不断扩展的需要。

　　行重组。

　　对于复杂的计算模式匹配，可以针对不同的模板进行简化和描述。

　　对于复杂的节点设计规则，可以根据模板来进行提炼，对于不能统一的规则和标准可以制定不同的模板。

　　3节点模板节点模板的具体定义如下：O表示杆件，连接件。杆件是一种型钢。连接件包括连接板、焊缝螺栓。连接板分成节点板、加劲肋两类，是一个平面图形的拉伸体。焊缝分成角焊缝和对接焊缝两种。焊缝是一种柱状体，角焊缝的截面是三角形，对接焊缝的截面是矩形或梯形。螺栓分成安装螺栓锚栓高强螺栓三种，它们在工程上就形状和型号都有严格的定义。

　　和约束，包括：空间位置关系；连接板的形状规则；连接板的强度验算规则；焊缝的计算规则；螺栓的排列和计算规则；加工特征的添加、形状和计算规则；加劲肋的添加规则；出错处理规则（连接件和模板更换规则）。

　　和是PDsoft钢结构设计软件利用节点模板设计而设计出的节点，它是由两个基本节点组节点类型完备，易于扩展；本文提出的基于模板的设计思想，还需要在许多方面作进一步的研究。如：就钢结构节点设计来说，模板实现层次还有待提高，基本节点的碰撞组合算法还没有形成一种通用的算法，节点计算中还存在大量的优化问题；模板技术在其它工程CAD领域进一步应用的研究和实现。合而成的，是的计算机版。

　　4结论我们将模板技术应用到PDSoft钢结构中的节点设计，很好地解决了这一难题，得到了有关专家和工程人员的认可。PDSoft钢结构节点设计具有如下特点：