計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用探討

葉良杰

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國在計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用方面也有了一定的發(fā)展。計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不僅能夠計算比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，還能用最短的時間出成果，進而進行多方案比較，使結(jié)果更加可靠。筆者在本研究中闡述了計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的含義、計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用以及計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用的意義，并且深入探討了計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用中的注意事項，為相關(guān)行業(yè)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：計算機；計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

前言

在這個經(jīng)濟飛速發(fā)展的年代里，科學(xué)技術(shù)快速進步和市場競爭越來越激烈的現(xiàn)狀下，我國計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計水平已經(jīng)提高到了一定的高度，但是其發(fā)展還不是很平衡。我們應(yīng)該投入更多的精力來學(xué)習(xí)和進一步探究計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論及有關(guān)知識，準備在不久的將來，到達一個比較優(yōu)良的應(yīng)用局面，讓我國的計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用走上優(yōu)化的必由之路。

1 計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用

1.1 計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的含義

計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計就是結(jié)構(gòu)CAD，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計工作人員的一種得力工具。計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用水平是衡量一個結(jié)構(gòu)設(shè)計單位技術(shù)高低的重要內(nèi)容。計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計包括利用計算機繪制工程圖紙和對結(jié)構(gòu)進行相關(guān)力學(xué)分析計算的兩個內(nèi)容。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，確定初始結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容之后，最重要的工作就是通過繪制工程圖紙來表達自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，因為工人是通過工程圖紙來制造實物的。有時候為了繪制表達一個結(jié)構(gòu)設(shè)計的思想理念，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要畫出幾千張甚至上萬張的工程圖紙。隨著計算機的應(yīng)用越來越廣泛，各種各樣的計算機繪圖軟件也如雨后春筍一樣飛速的發(fā)展起來，出現(xiàn)了計算機圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計這個新的內(nèi)容，很大程度上解放了手工繪圖的體力勞動，同時，也提高了繪圖的工作效率。以前需要幾個月甚至幾年來完成的結(jié)構(gòu)設(shè)計力學(xué)分析，現(xiàn)在運用計算機繪圖軟件只要幾十天就可以做完，而且繪制的圖紙準確度比手工繪制要高很多。

1.2 計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用過程中，程序設(shè)計和計算模型的假定是最核心的內(nèi)容，因為這直接影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計分析的表達效果。比如高層結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件，現(xiàn)在我國的工程應(yīng)用中比較常見的主要有如下幾類：基于薄壁理論的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件，薄壁理論的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)設(shè)計的自由度小，能夠把復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計分析進行簡單化。但是，薄壁理論的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件也存在一定的缺陷，在實際的工程操作過程中剪力墻很難滿足薄壁理論的假設(shè)，計算結(jié)果與實際相比差異較大，計算結(jié)果精度比較低；基于薄板理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件是把沒有洞口或者洞口比較小的剪力墻模型進行簡化，看做一個板單元，把洞口比較大的剪力墻模型也進行簡化，看做板梁連接體系。基于薄板理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件對剪力墻模型的簡化結(jié)果不夠具體；基于殼元理論的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件，殼元不但有平面的里剛度，還有平面的外剛度，殼元理論下的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計是模擬剪力墻和樓板能夠較理想的反映真實的受力情況，從理論上來講比較科學(xué)，分析結(jié)果的準確度也比較高。

1.3 計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用的意義

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對于居住環(huán)境的要求也越來越高，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員和建筑人員深入了解復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)用計算機輔助設(shè)計軟件不但能夠簡便快捷的計算各種比較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)的靜力和動力關(guān)系，還能夠?qū)Σ煌慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行相互比較，進而選擇最優(yōu)最佳的方案。以前因為計算方法相對落后，雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計人員想在出結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時進行多方案相互比較，但是人工計算的難度和工作量都很大，計算的工程圖也不是足夠的科學(xué)合理，很難做到對復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)精確的進行分析，工作時間過長，多方案比較很難實現(xiàn)。現(xiàn)在計算機的計算速度加快，內(nèi)存增加，這使得那些復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計分析難度下降，計算時間大大減少，計算精度也大大提高，可以在很短的時間里進行多方案比較，進而找到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程試驗中，隨著計算機輔助軟件的應(yīng)用，人們開始逐漸研究利用計算機模擬工程的應(yīng)用。計算機輔助軟件模擬工程的優(yōu)勢是它可以完全不受空間尺寸的約束，提供完整清楚的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和圖形，節(jié)省人力、物力和財力，利用計算機輔助軟件，能夠快速檢驗到出樁的承載力和結(jié)構(gòu)合理性。

2 計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)用中的注意事項

計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點在于對計算模型的假定，當應(yīng)用計算機輔助結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該堅持人機結(jié)合，但應(yīng)該發(fā)揮結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的主觀性，保持清醒的頭腦，對計算機的輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計不能太依賴，所有的設(shè)計還應(yīng)該以實際的受力情況為根本。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計前，應(yīng)該進行多方相互比較，進而確定合理的受力結(jié)構(gòu)。計算完成后應(yīng)該對計算結(jié)果仔細檢查：保證工程項目的安全順利進行。雖然計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但其中還是存在很多不足，我們應(yīng)該充分認識到目前計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件還不是很完善，應(yīng)用過程中具體需要注意以下幾個方面：在結(jié)構(gòu)計算前應(yīng)該選擇準確的結(jié)構(gòu)受力方案，如果沒有準確合理的結(jié)構(gòu)受力方案去運用計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進行分析，就一定不會得到準確的結(jié)果，比如現(xiàn)在的很多中小型建筑，連選擇什么樣的結(jié)構(gòu)都不確定，就開始應(yīng)用計算軟件，分析的結(jié)果數(shù)據(jù)也當然就不會準確合理了；結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，必須對軟件進行相關(guān)的檢查，而且檢測工作一般都應(yīng)該是具有結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗的工程師來做的，檢查的內(nèi)容有軟件的適宜運行的內(nèi)部和外部環(huán)境、軟件的計算準確度以及軟件運行過程中可能出現(xiàn)的問題，比如某院所有的計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用軟件，應(yīng)用之前都會由幾個經(jīng)驗豐富的結(jié)構(gòu)工程師進行檢查，確定該軟件能夠正常運用于工程項目之后才將其投人使用；結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行計算機輔助設(shè)計的過程中，應(yīng)該根據(jù)具體工程的相應(yīng)的特征運用科學(xué)合理的方法來選擇計算的參數(shù)。計算參數(shù)是計算結(jié)構(gòu)受力體系的基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)不科學(xué)甚至出現(xiàn)錯誤，那計算的結(jié)果也不會合理甚至出現(xiàn)錯誤，進而加大工程事故發(fā)生的幾率，比如某框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于計算參數(shù)不科學(xué)，計算結(jié)果出現(xiàn)了很大的錯誤；當結(jié)構(gòu)計算完成后，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必需對所得到的計算結(jié)果進行認真仔細的校核，確認沒有錯誤之后，才能夠開始施工，計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖軟件的開發(fā)商通常會在軟件的買賣合同中寫明：“本軟件應(yīng)用于工程設(shè)計時請相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員核準結(jié)果后使用”的字樣，這從側(cè)面反映出計算機輔助軟件還處在發(fā)展階段，有些功能有待完善，需要不斷的進行升級改進；此外，嚴格對計算機進行管理和維護，避免計算機被病毒入侵，如果選擇局域網(wǎng)絡(luò)版的軟件應(yīng)用，應(yīng)該要求所有的外來軟件必須進行殺毒才可以復(fù)制到系統(tǒng)里，防止病毒破壞計算機軟件的數(shù)據(jù)，對計算機系統(tǒng)定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)病毒，及時進行殺毒處理。

3 結(jié)束語

總而言之，計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用在很大程度上促進了結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展，也降低了相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的工作強度，解放了人工勞力，提高了工作效率，使得能夠盡可能多的設(shè)計出優(yōu)秀的方案，然后進行多方案相互比較，能夠節(jié)省工程費用。但是，計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必需注意正確操作計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，充分發(fā)揮主觀性，保證工程項目的安全。

參考文獻

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