試論無比鋼結(jié)構(gòu)建筑計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)★

趙智超 吳鐵峰*

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

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試論無比鋼結(jié)構(gòu)建筑計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)★

趙智超 吳鐵峰*

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

介紹了無比鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從構(gòu)件規(guī)格、設(shè)計(jì)型號選取、構(gòu)件模擬、荷載取值等方面，闡述了無比鋼結(jié)構(gòu)建筑計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，并探討了無比鋼結(jié)構(gòu)圖的系統(tǒng)制作流程，以供參考。

無比鋼結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)件，荷載

無比鋼結(jié)構(gòu)體系是輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)建筑系列技術(shù)的一大重要組成部分。冷彎薄壁方鋼管、相關(guān)連接件、由自攻螺釘組成的立柱和樓面桁架梁是該結(jié)構(gòu)體系的主要承重骨架。在21世紀(jì)初，這一技術(shù)由加拿大傳入了我國，從這一結(jié)構(gòu)技術(shù)給我國建筑領(lǐng)域所帶來的影響來看，它對建筑工程施工技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了一定的幫助。在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會，計(jì)算機(jī)技術(shù)與無比鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)之間的結(jié)合，對施工技術(shù)的信息化發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

1 無比鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1)隔熱隔音。由獨(dú)立管件所構(gòu)成的橋架是無比鋼建筑物墻體和樓板的主要組成部分。在不同的方管之間，設(shè)計(jì)者采用的是利用X型連接件進(jìn)行斷續(xù)相連的連接方式[1]。這種方式的運(yùn)用，可以通過隔斷熱橋的方式來切斷建筑物的內(nèi)外傳遞，這就可以讓建筑物內(nèi)外形成兩個互不干擾的熱循環(huán)系統(tǒng)。中空結(jié)構(gòu)方管的運(yùn)用，可以對聲音的傳導(dǎo)過程進(jìn)行減弱，在將玻璃棉填入橋架空隙處以后，建筑物的隔震吸音功能會得到有效強(qiáng)化。

2)利于環(huán)保。干法作業(yè)是薄壁小桁架結(jié)構(gòu)施工中所采用的主要施工方式。建筑施工過程中所需的構(gòu)件通常會在由工廠進(jìn)行加工以后直接應(yīng)用于施工之中。這就可以對施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的廢棄物污染問題進(jìn)行有效避免。這種施工方式的應(yīng)用，也讓裝配式作業(yè)成為了無比鋼結(jié)構(gòu)施工的主要特點(diǎn)。它可以對建筑施工中的噪聲問題進(jìn)行有效控制。這種鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件也具有著可循環(huán)利用的特點(diǎn)，如果建筑物因城市建設(shè)需要而被迫拆除，拆卸下來的鋼結(jié)構(gòu)還可以在建筑施工中得到二次應(yīng)用。

3)施工工期短，造價節(jié)省。無比鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中的應(yīng)用，可以讓現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)、拼裝方式取代傳統(tǒng)的手工式操作模式。裝配式施工模式的出現(xiàn)，可以讓建筑物的建筑周期得到有效縮短。一般而言，一幢6層的建筑物，從工廠的鋼板生產(chǎn)過程到建筑的建成入住，只需要2個月～3個月的時間，這就可以讓建筑工程的造價成本得到有效降低[2]。

2 無比鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。在無比鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)體系的應(yīng)用過程中，有限元理論可以被看作是從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)和物理觀點(diǎn)兩方面入手，對相關(guān)公式進(jìn)行構(gòu)件的應(yīng)用方式。對連續(xù)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行離散化處理，是這一理論在實(shí)際應(yīng)用過程中所表現(xiàn)出來的主要特點(diǎn)。在對有限元法進(jìn)行應(yīng)用的過程中，設(shè)計(jì)人員通常會將與無比鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分成一些小的單元。在借助節(jié)點(diǎn)平衡條件的作用來對相關(guān)的運(yùn)動方程進(jìn)行建構(gòu)的過程中，設(shè)計(jì)人員通常會對位移法和力法進(jìn)行應(yīng)用。在設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及到結(jié)構(gòu)力反應(yīng)問題的情況下，設(shè)計(jì)人員會對位移法進(jìn)行應(yīng)用。從有限元法給無比鋼結(jié)構(gòu)建筑所帶來的影響來看，它可以為設(shè)計(jì)軟件提供一種理想化的體系模型。因而這一方法也可以在一位構(gòu)件結(jié)合所組成的框架結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。

2)構(gòu)件規(guī)格及設(shè)計(jì)時的初選型號。蒙皮、橫撐、斜拉鋼帶和導(dǎo)軌等構(gòu)件是無比鋼結(jié)構(gòu)建筑中所不可缺少的主要構(gòu)件[3]。以蒙皮為例，石膏板、竹編膠合板和定向刨花板可以被看作是蒙皮板材的主要應(yīng)用材料，它的厚度要控制在6 mm以內(nèi)。斜拉鋼帶的截面需要控制在40 mm×1.0 mm以內(nèi)。型號為40 mm×40 mm×105 mm的薄壁方鋼管可以在橫撐中得到應(yīng)用。表1所示的內(nèi)容是初選管柱壁厚度與立柱之間的間距。

表1 初選管柱壁厚度及立柱間距表

3)構(gòu)件模擬。薄殼單元是對蒙皮進(jìn)行模擬的一種有效方式。從我國建筑工程的現(xiàn)狀來看，建筑物的樓板通常采用的是鋼與混凝土的組合樓板。因而膜單元模擬法可以在混凝土樓板構(gòu)件的模擬過程中得到運(yùn)用。在建模過程中，桿單元模擬法可以在橫撐模擬、桁架梁弦桿及腹桿的模擬過程中得到運(yùn)用。從立柱的特點(diǎn)來看，螺釘在管柱與上下導(dǎo)軌的連接過程中發(fā)揮著重要的作用。螺栓在底層導(dǎo)軌與基礎(chǔ)的連接過程中發(fā)揮著一定的作用，因此，為了對相關(guān)的模型進(jìn)行簡化，我們在建模的過程中可以對底層導(dǎo)軌等問題不予考慮。從計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用情況來看，在數(shù)據(jù)庫的建構(gòu)過程中，構(gòu)件的幾何尺寸和位置等信息已經(jīng)得到了存儲，因而，設(shè)計(jì)人員可以借助wbpm函數(shù)繪制平面圖，利用wblm函數(shù)繪制立面圖。

4)荷載取值。荷載取值計(jì)算是無比鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算問題中所不可忽視的一項(xiàng)重要因素。恒荷載公式可以用“結(jié)構(gòu)的自重=材料單位體積自重·構(gòu)件體積”這一公式來計(jì)算[4]。材料單位的體積自重可以參照我國最新的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。樓面的活荷載問題可以用“樓面活荷載=樓面活荷載均布荷載值·樓面面積”這一公式來計(jì)算。屋面活荷載問題可以用“屋面活荷載均布荷載值·屋面面積”這一公式來計(jì)算。在分析驗(yàn)算階段，在驗(yàn)算立柱承載力無法有效滿足規(guī)范要求的情況下，設(shè)計(jì)者可以通過對立柱中的薄壁方鋼管壁厚進(jìn)行增大，對立柱間距進(jìn)行縮小的方式進(jìn)行建模計(jì)算。在變形驗(yàn)算中，上述問題可以通過增大蒙皮厚度、斜拉鋼帶尺寸和增加橫撐數(shù)目的方式進(jìn)行重新建模。

3 無比鋼結(jié)構(gòu)圖的系統(tǒng)制作

結(jié)構(gòu)平面圖、墻體立面結(jié)構(gòu)圖和構(gòu)件圖是無比鋼結(jié)構(gòu)施工中的主要組成部分。在AutoCAD技術(shù)應(yīng)用以后，無比鋼結(jié)構(gòu)建筑的制圖系統(tǒng)就可以被看作是對這一軟件進(jìn)行二次開發(fā)的過程。在對這一系統(tǒng)進(jìn)行分析以后，我們可以發(fā)現(xiàn)，模型數(shù)據(jù)庫和與之有關(guān)的繪制結(jié)構(gòu)平面圖和墻體立面結(jié)構(gòu)圖就成為了系統(tǒng)中的兩大重要模塊。自編函數(shù)的運(yùn)用，是模型數(shù)據(jù)庫建立過程中所不可缺少的重要步驟，軸線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、桿件連結(jié)節(jié)點(diǎn)和桿件制定界面名稱等因素可以被看作是模型數(shù)據(jù)庫的重要組成部分。在相關(guān)結(jié)構(gòu)圖的制作過程中，繪圖環(huán)境的設(shè)置涉及到了圖層、線型、顏色和線寬等多方面的因素。在AutoCAD技術(shù)得到應(yīng)用后，“-LAYER”命令成為了圖形設(shè)置的主要方式。平面軸線圖層的設(shè)置可以對以下程序進(jìn)行應(yīng)用：command“-layer”“m”“平面軸線”“c”“l(fā)”“平面軸線”“l(fā)w”“0.25”“平面軸線”“l(fā)”“ACAD_ISO10W100”“平面軸線”出于實(shí)際需要，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中可以讓圖層的顏色設(shè)置為紅色等多種色彩。

在對圖紙幅面問題進(jìn)行處理的過程中，根據(jù)《房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的要求，相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)出A0,A1,A2和A3四種圖紙的幅面。在制作過程中，設(shè)計(jì)人員可以將A0,A1等相關(guān)圖框進(jìn)行塊并存盤處理，進(jìn)而在圖框的繪制過程中通過插入塊的形式來繪制圖框。表2的內(nèi)容就是計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的圖框線、標(biāo)題欄線的理想寬度。

表2 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的圖框線、標(biāo)題欄線寬度表

針對標(biāo)高標(biāo)注比所表現(xiàn)出來的特殊性，設(shè)計(jì)人員可以通過制作編寫專門函數(shù)的方式，對建筑的標(biāo)高進(jìn)行標(biāo)注。在對模型數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對參數(shù)化的制圖方法進(jìn)行應(yīng)用，可以對結(jié)構(gòu)平面圖和墻面立體結(jié)構(gòu)圖的繪制工作進(jìn)行合理優(yōu)化。為了讓結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的便利性進(jìn)行強(qiáng)化，設(shè)計(jì)人員可以通過在系統(tǒng)中添加“無比制圖”菜單組的方式，讓平面圖繪制對話框、立面圖繪制對話框等內(nèi)容在用戶信息交互過程中更好地發(fā)揮自身的作用。這種下拉菜單可以由“無比制圖”“平面圖”和“墻立面”三種因素組成。以下所示的內(nèi)容就是與之有關(guān)的設(shè)計(jì)程序:

***MENUGRPOUP=MYLISP

***POP1

[無比制圖]

[接入模型]^C^C(load “wbsjk”)；(wbsjk)

[平面圖]^C^C(load“wbpm”);(wbpm)

[墻立面]^C^C(load“wblm”)；(wblm)

在AutoCAD系統(tǒng)中，MENULOAD命令就成為了載入局部菜單文件的有效方式。

4 結(jié)語

無比鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，對我國建筑技術(shù)的提升有著積極的促進(jìn)作用。相關(guān)計(jì)算機(jī)輔助體系的構(gòu)件，可以讓無比鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，從工程需要入手對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行研發(fā)，是對無比鋼結(jié)構(gòu)施工的科學(xué)性急性提升的有效方式。

[1] 趙傳剛.無比鋼結(jié)構(gòu)建筑計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[D].成都：西南交通大學(xué),2010.

[2] 鄒萬紅.高層建筑鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[D].長沙：湖南大學(xué),2002.

[3] 游賢倫.基于表達(dá)式定義的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的模板方法[D].杭州：浙江大學(xué),2006.

[4] 何澍元.鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué),2013.

Discussion on the computer aided design of web steel structure building★

Zhao Zhichao Wu Tiefeng*

(SchoolofInformationandElectronicTechnology,JiamusiUniversity,Jiamusi154007,China)

This paper introduced the advantages of web steel structure, from the construction specifications, design model selection, construction simulation, load value and other aspects, elaborated the computer aided design calculation method of web steel structure building, and discussed the system making process of web steel structure drawing, for reference.

web steel structure, computer technology, component, load

1009-6825(2017)14-0257-02

2017-03-02★:佳木斯大學(xué)博士基金項(xiàng)目(22Zb201516)

趙智超(1979- )，女，碩士，講師

吳鐵峰(1974- )，男，博士，副教授

TP319

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