钢结构构件设计的CAD技术

第卷第期年月东南大学学报（自然科学版）（）钢结构构件设计的技术舒赣平 范圣刚（东南大学土木工程学院，南京）摘 要 介绍了在钢结构构件设计中的一些技术主要是通过利用来编制钢结构软件，并与建筑结构设计软件（如，等）接口，使钢结构的构件计算与截面选择均由计算机来自动完成，从而大大减少了在钢结构设计中的大量繁琐计算，进而提高了钢结构的设计效率为了便于计算机直接选择钢结构构件截面，该过程还将利用来编制钢结构材料库关键词 钢结构；建筑结构设计软件；构件计算；材料库分类号 收稿日期： 第一作者：男，年生，博士，副教授国内有关钢结构设计方面的软件较少，除了少数比较专业化的钢结构软件外（如同济大学开发的空间杆系钢结构软件），国内几乎没有关于钢结构设计方面的软件，尤其是关于钢结构构件设计方面的软件在钢结构设计中，构件计算（如构件强度、稳定及刚度计算）和构件截面选择等方面均是一项比较繁琐的工作，有关钢结构构件设计计算的软件有待开发目前，随着计算机技术的迅猛发展，出现了和等面向对象式的高级语言，这些高级语言均克服了过去过程化语言（如，等语言）的缺陷，即克服了所谓的“软件危机”的缺陷在语言中主要是以对象为实体，利用这种语言来编程可以非常容易地使程序实现界面化，再通过截面窗体很方便地将结构设计计算的结果提供给用户因此，可以在钢结构设计计算中引入来编制一套钢结构软件该软件编制主要通过利用，等建筑结构软件作为前处理过程，调用它们计算出的数据结果然后，再通过由编制的程序进行钢结构构件的强度、稳定及刚度等计算，并从材料库中选出构件的型号，同时将该型号构件的截面尺寸和截面特性以一定格式输出到某一输出文件中最后再利用中（对象链接与嵌固）技术将该结果连接到中，从而实现与接口 程序编制的思路过程首先，利用建筑结构软件（如，等）计算出钢结构中的各种构件内力及一些计算信息；然后，将这些信息以一定格式读取到该程序的界面部分中在程序的界面部分，通过一定的人机对话方式来利用这些内力及计算信息进行截面设计计算，并根据计算结果从事先编制好的钢结构材料数据库中选择一个较接近的截面尺寸；同时，以窗体的方式向用户提供该截面的截面尺寸和一些截面特性在所有构件截面均已设计计算完之后，该程序又以种方式向用户提供查询截面信息：一种方式是以一定格式将计算结果输出到指定的数据文件中；另一种方式是通过中技术将计算结果以图形形式在中显示出通常用户是比较喜欢后者，因为该方式很直观该程序编制的整个思路可以用图直接显示图 程序编制思路图 数据库的编制要想用计算机来实现自动选择截面，必须要用数据库软件编制出钢材的材料库目前，常用的数据库软件有，等材料库的编制可以说是用进行数据库编程的基础同时，在材料库的编制过程中还要利用技术，通过该技术可以在材料库中形成钢结构各种构件的截面几何尺寸图形目前，国内使用的钢结构构件截面形式主要有：热扎工字型截面、槽钢截面、槽钢组合截面、角钢截面、角钢组合截面、型截面、圆管截面、方管截面针对上述各种不同截面形式，在材料库的编制过程中，采用了数据库软件来编制出其对应的钢结构截面材料库，并在各种截面的材料库中，按一定的顺序将各种不同的截面型号、截面尺寸、截面特性排列起来，以方便在中采用数据库编程技术并按一定的判别条件从材料库中选择一个最佳的截面型号 建筑结构设计软件的接口技术该程序的编制思路是：首先，利用建筑结构设计软件计算出钢结构中的各种构件内力及信息其次，如何将这些内力及信息读取到本程序中来这将涉及到与建筑结构设计软件的接口技术该接口技术主要是利用中没有启动窗体的启动过程，在编制的应用程序启动时不加载任何窗体，即利用过程为启动过程在的标准模块（）中创建一个名为的子过程，其形式如下：（）第期舒赣平等：钢结构构件设计的技术该过程通过调用一个函数过程来检验用户状态（如，等系列状态），其中是从由建筑结构设计软件（如，等）计算的数据文件中获得这里的是对应于建筑结构软件的窗体，将在下面介绍同时，在子过程中，利用中读写文件方法可将有关的各种钢结构构件内力及信息从建筑结构设计软件计算出的数据文件中读到相应的窗体中，以便于后面的构件计算图 用户截面窗体图 用户界面的编制，钢结构构件设计用户界面的编制过程是整个编制过程中最为核心的一部分，也是最为关键的一部分该过程主要是采用人机对话的方式进行，利用来编制各种不同的窗体（如），参见图的窗体通过这些窗体形成各种不同的用户界面，在这些用户界面上可以实现人机对话在这部分程序的编制过程中，对钢结构中轴心受拉、轴心受压、拉弯及压弯等各种构件受力形式分别给予考虑结合钢结构构件设计的知识，对构件的强度、整体稳定、局部稳定、刚度及挠度等各方面均进行计算和分析，并通过中数据库编程技术，调用材料库，通过不断的比较和判断之后，从材料库中选择一种既安全可靠又经济的截面型号在这个过程中，主要是在窗体上采用了控件和约束数据控件来实现与钢结构构件材料库连接的该计算过程可以分别对轴心受拉、轴心受压、拉弯、压弯等不同受力构件进行截面设计，其中可供选择的截面形式包括：热扎工字型截面、槽型截面、槽型组合截面、角钢组合截面、型截面及圆管截面等为了使用户更方便地获得构件截面的型号和截面尺寸与特性，可有种方法将该结果提供给用户通过编制的用户界面向用户提供截面尺寸和截面特性，见图压弯柱的型截面窗口通过按某一种格式将构件截面的尺寸、型号及特性写到某一输出数据文件中，然后用户可通过调用该输出数据文件来访问截面信息将 东南大学学报（自然科学版） 第卷图 截面尺寸窗体图该输出数据文件再通过技术转化成中，用户可直接从中访问截面信息在利用建筑结构设计软件计算时，必须初步根据设计经验来假设一组构件的截面型号、尺寸和特性然后，在此基础之上计算出构件的内力，再把这些内力调用到本软件中，通过该软件进行计算和选材，从而由其得到另一组构件的截面型号、尺寸和特性这组的数据不可能完全吻合，故要在中调用建筑结构设计软件来重新计算在重新计算过程中，要把由本软件计算出的截面型号、尺寸和特性作为建筑结构设计软件的初始截面信息，计算出构件的内力，再把这些内力重新调用这样反复循环次便可以得出一个较好的截面型号由于在中调用软件较难，计算机尚未完成该过程的自动执行，目前只能依赖于手工完成 与接口技术众所周知，用户在工程设计中，由于计算和分析等方面的需要，常要开发一些自己的应用软件，而且总希望经过计算和分析处理后的数据能直接传递给，生成一定格式的图形文件传递这些数据的方法有多种，常用的方法是写出能直接接受的数据文件（如，及文件）但是，在中，通常采用技术来实现与接口技术来源于技术最初是对象链接与嵌入，它可以由不同的应用程序产生，同时也可以在该文档中编辑如果应用程序支持文档，则在不同应用程序之间的切图 在中的截面信息换由自动完成技术和其它技术共同作用，从而实现不同应用程序之间的无缝链接自动化技术扩充并发展为，它适用于对象与对象技术允许一个应用程序操纵在另一个应用程序中实现的对象，故利用该技术可以实现在中操纵来实现将计算结果转化为图形文件，参见图第期舒赣平等：钢结构构件设计的技术 结 语本文针对钢结构构件设计中的技术且结合现行的钢结构设计规范（），介绍了钢结构构件设计程序的编制过程通过该程序的编制与运用，可以有效地将钢结构构件设计的技术推广到设计实践中来，大大加快了设计速度和提高了设计效率，这必将给工程设计带来可观的经济效益本程序是一个通用程序，与常用结构设计程序具有良好的兼容性和开放性随着研究工作的深入，它将不断完善并逐步被广大用户接受和应用参考文献 沈祖炎空间杆系钢结构软件（中西文）上海：同济大学出版社， 从入门到精通邱仲潘等译