空間建模系統SpasCAD新版本

張 欣 馬恩成 夏緒勇

(中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013)

空間建模系統SpasCAD新版本

張 欣 馬恩成 夏緒勇

(中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013)

為了適應各種越來越復雜的建筑結構形式，重新設計了空間建模系統SpasCAD。新版重點提高了軟件的穩定性、易用性，增加了對新結構形式的支持，針對空間結構的特點設計了完整的顯示查詢檢查系統，可以接力PMSAP完成計算分析設計，新版本設計了全新接口，為開發專用行業分析軟件提供了平臺。本文對新版SpasCAD的各項重要改進、新特性進行了闡述。

SpasCAD;模型檢查;PMSAP

1 前言

不同于以往的結構建模程序，SpasCAD采用三維空間建模的方式，沒有明確的樓層概念，可以更快速直觀的形成各種復雜的空間模型，對于空間桁架、網架、各種混合結構、工業建筑中的通廊棧橋等結構形式尤其明顯。現代建筑結構形式越來越復雜多樣化，對空間結構建模、空間分析的要求也越來越高，為適應這一需求，這兩年來對SpasCAD投入了大量研發工作，解決了許多關鍵技術問題，在程序功能上有了非常大的改進，更好的適應了各種復雜建筑結構對建模、分析的需要。新版SpasCAD程序在穩定性、易用性方面也有本質的提高，加強了軟件的實用性。

工程a是在港口碼頭經常出現的棧橋結構，其工程特點是包含有滑動支座設置。

工程b是一個異型的空間結構，包含多種自定義工況及組合。

工程c是下部格構柱上部網架的結構，在柱上部連接網架的位置設有通用支座。

圖1 棧橋、空間桁架、網架等結構

2 關鍵技術及特點

2.1 多種途徑形成空間模型

因為空間結構的復雜性，其建模過程比一般結構更加復雜繁瑣。為了降低建模難度，Spas-CAD提供了大量的建模工具，通過網格輸入菜單中的多項工具，例如:網架、空間桁架、廣告牌等快速建模來提高效率。其次提供了多種導入導出功能來聯合各種軟件的優勢形成空間模型。例如經常用到的導入PM模型，然后在此基礎上繼續編輯，這也是PKPM系列軟件的優勢之一。導入DXF網格則可以在大量建筑圖紙基礎上快速形成空間模型。新增加了導入SPT格式的文本文件，可以聯合excel表格來對各種具有復雜曲線外形的結構進行快速處理。

2.2 擴展大量構件截面類型

空間結構面對的領域更加廣泛，采用的構件形式更加豐富，為了有更好的適應性，SpasCAD包含了PKPM系列中幾乎所有的桿件截面類型，可以輸入格構柱、型鋼混凝土柱、對于截面庫中沒有的桿件，可以輸入復雜任意截面實現任何類型的截面形式。導入其他軟件形成的工程時(例如PMCAD，門式剛架)可以正確識別，并且這些類型的截面都可以接力計算分析程序。輸入風格和STS中的截面定義統一，直觀明了(見圖2)。

在剪力墻和樓板的布置中，可以考慮鋼板剪力墻、斜墻、斜板;比較大的提高墻、板布置、修改的效率。在OpenGL方式下，如果勾選了特殊構件方式(后面介紹的參數查詢)，則可以用不同的顏色區分。

2.3 荷載類型

荷載類型分為點荷載、桿件荷載和面荷載。

除了按世界坐標布置的桿件荷載，有些荷載類型是和桿件的方向相關聯的，例如風荷載，屋面風荷載是垂直于桿件作用的，如果按世界坐標系布置，則需要輸入兩個方向的分量，并且調整了桿件角度后還需要重新錄入，為了解決這個問題，增加了桿件坐標系類型的荷載布置，其坐標系規則和桿件關聯，隨桿件布置改變而改變。

其次，墻上荷載增加了墻頂荷載布置，可以直接讀取PM的倒算荷載。在面荷載類型中，墻上面荷載除了均布荷載外，增加了線性荷載，布置筒倉等隨高度變化的荷載十分方便。板的面荷載增加了世界坐標系荷載，對于布置自重恒載等不隨板角度變化的荷載時更方便。

荷載刪除方式更加靈活，單選一個構件，則列出這個構件上所有荷載，可以逐一刪除。如果多選構件，則可以按工況刪除。荷載工況方面可以增加自定義工況，組合可以增加自定義組合，而且根據設計參數的不同，增加參數工況的組合選項。增加屈曲組合，用“BUCKLING”識別。

2.4 通用支座

增加彈性阻尼支座，可用于隔振設計，或用于真實模擬網架等大跨鋼結構屋蓋與下部結構連接支座，實現網架等大跨屋蓋和下部結構整體計算。也可以和固定節點聯合形成滑動支座，使各種靈活的約束布置成為可能。

圖6 懸臂構件模型檢查

2.5 模型檢查

模型檢查是新版SpasCAD提供的一項常用而功能強大的工具。能快速找出模型中的各種不易察覺的錯誤并標示出來。目前提供了最小節點間距、最短構件、懸臂構件、異形墻板檢查。這些都是針對結構建模中經常容易出現的錯誤，和影響結構分析設計的不適當構件或約束設置等問題，而設計的檢查工具。

例如懸臂構件的檢查(見圖6)，對PM導入過來的工程中，用支撐輸入的斜柱搭接不正確的情況，輕易就能查出來。

2.6 顯示查詢系統

全新設計顯示查詢系統。現在所有內容都可以通過顯示參數控制和右鍵屬性框查詢到。所有內容一目了然。顯示參數控制中列出了所有模型元素的顯示開關和查詢，各種構件荷載的顯示，網格節點的ID，桿件墻板的屬性查詢，荷載工況的切換等都通過圖形或文字的方式標識出來。

屬性框可以查詢節點、網格桿件、墻板的屬性，例如桿件可以查詢桿件的ID、長度、所屬層、各種屬性和其上布置的荷載，兩端約束等等。

2.7 工作基面、選擇集、輔助網

圖7 工作基面

在空間中定位和過濾桿件比平面要復雜的多，為此增加了工作基面、選擇集和輔助網工具。工作基面功能就是定義一個平面的局部坐標系，網格布置時將完全約束在這個平面內，其坐標規則為定義的這個局部坐標系，其作用是在三維環境下，二維化的操作。在復雜的空間結構中，工作基面會被大量使用到。另外利用工作基面完成一些網格輔助放樣，也是在不斷擴展的功能，目前可以完成斜面起拱，基面旋轉投影等功能。

對于復雜的結構，可以把其中一部分定義為一個選擇集，選擇集可以復制，移動，可以多個選擇集顯示，實現結構分部分管理。輔助網可以定義一個三維的點陣，方便軸網定位。

2.8 接口和二次開發平臺基礎

新版SpasCAD設計了交互接口，供其他結構設計程序調用。接口有兩個方面的作用，一個是作為導入導出功能在程序調用層面的擴展，導入門式剛架和溫室功能就是采用其中的導入接口實現的。第二個方面是對程序功能性的擴展，設計了交互功能和擴展數據接口，提供更深層次的Spas調用，通過底層調用DLL動態庫，可以實現界面完全自定義和功能自定義，在Spas的基礎上，進行專用設計軟件的二次開發，結構關系處理和計算程序接力則由Spas內部處理。這種方式比在一個純圖形平臺上開發結構設計軟件要容易的多。下面是導入節點和網格的命令:

extern"C"void_declspec(dllexport)__stdcall

SETNODE(int＆ID，int＆ino，float＆x，float＆y，float＆z);

extern"C"void_declspec(dllexport)__stdcall

SETGRID(int＆ID，int＆pntID1，int＆pntID2);//設置網格，pntno1，2網格兩端節點號或id號

3 結束語

新版SpasCAD采用了菜單流程就是建模流程的方式，簡單易用。并針對空間結構更加復雜的特點，全新設計了查詢顯示系統和模型檢查系統。系統提供了多種途徑和各種常用軟件數據文件進行交互，提高效率。為了使新版SpasCAD系統能發揮更大的平臺作用，設計了多種接口，為專用設計軟件提供了平臺，使三維結構分析設計方法能應用到更多行業。

［1］鋼結構設計規范(GB50017－2003).北京:中國計劃出版社，2003.

［2］空間結構建模軟件SpasCAD用戶手冊.北京:中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部，2010.

［3］PKPM多高層結構計算軟件應用指南.北京:中國建筑工業出版社，2010.

New Version of Spas CAD

Zhang Xin，Ma Encheng，Xia Xuyong

(Institution of Building Engineering Software，China Academy of Building Research，Beijing100013，China)

In order to adapt development of building's，SpasCAD is rebuild.This version improves primarily stability，easy to use and adds support for new technology.New Inspection and display system is designed according to characteristic of building，which can continue to analyze SpasCAD's model.This version provides new function for develop professional software.In this paper，important improvement and new specialty for SpasCAD are introduced.

SpasCAD;Model Check;PMSAP

TU311.41

A

1674－7461(2011)01－0043－05

張欣(1977－)，男，碩士，工程師。主要從事鋼結構研究的工作。E-mail:cazxmg@139.com