計算機輔助結構設計和應用探討

葉良杰

摘 要：隨著科學技術的飛速發展，我國在計算機輔助結構設計及其應用方面也有了一定的發展。計算機輔助結構設計人員不僅能夠計算比較復雜的結構體系，還能用最短的時間出成果，進而進行多方案比較，使結果更加可靠。筆者在本研究中闡述了計算機輔助結構設計的含義、計算機輔助結構設計的應用以及計算機輔助結構設計及其應用的意義，并且深入探討了計算機輔助結構設計及其應用中的注意事項，為相關行業提供參考依據。

關鍵詞：計算機；計算機輔助結構設計；應用

前言

在這個經濟飛速發展的年代里，科學技術快速進步和市場競爭越來越激烈的現狀下，我國計算機輔助結構設計水平已經提高到了一定的高度，但是其發展還不是很平衡。我們應該投入更多的精力來學習和進一步探究計算機輔助結構設計的理論及有關知識，準備在不久的將來，到達一個比較優良的應用局面，讓我國的計算機輔助結構設計和應用走上優化的必由之路。

1 計算機輔助結構設計及其應用

1.1 計算機輔助結構設計的含義

計算機輔助結構設計就是結構CAD，它是結構設計工作人員的一種得力工具。計算機輔助結構設計的應用水平是衡量一個結構設計單位技術高低的重要內容。計算機輔助結構設計包括利用計算機繪制工程圖紙和對結構進行相關力學分析計算的兩個內容。在進行結構設計過程中，確定初始結構設計內容之后，最重要的工作就是通過繪制工程圖紙來表達自己的結構設計理念，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構設計的思想理念，結構設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展起來，出現了計算機圖形結構設計這個新的內容，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構設計力學分析，現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 計算機輔助結構設計的應用

計算機輔助結構設計的應用過程中，程序設計和計算模型的假定是最核心的內容，因為這直接影響到結構設計分析的表達效果。比如高層結構設計分析軟件，現在我國的工程應用中比較常見的主要有如下幾類：基于薄壁理論的三維結構設計分析軟件，薄壁理論的優勢在于結構設計的自由度小，能夠把復雜的多層結構設計分析進行簡單化。但是，薄壁理論的三維結構設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，計算結果與實際相比差異較大，計算結果精度比較低；基于薄板理論的結構設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。基于薄板理論的結構設計分析軟件對剪力墻模型的簡化結果不夠具體；基于殼元理論的二維結構設計分析軟件，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構設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，分析結果的準確度也比較高。

1.3 計算機輔助結構設計及其應用的意義

隨著經濟的高速發展，人們的生活水平也在不斷提高，對于居住環境的要求也越來越高，這就需要結構設計人員和建筑人員深入了解復雜的建筑結構體系。結構設計人員應用計算機輔助設計軟件不但能夠簡便快捷的計算各種比較復雜的空間結構的靜力和動力關系，還能夠對不同的結構設計方案進行相互比較，進而選擇最優最佳的方案。以前因為計算方法相對落后，雖然結構設計人員想在出結構設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合理，很難做到對復雜的三維結構精確的進行分析，工作時間過長，多方案比較很難實現。現在計算機的計算速度加快，內存增加，這使得那些復雜的空間結構設計分析難度下降，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，進而找到技術先進、經濟合理的結構設計方案。在結構設計的工程試驗中，隨著計算機輔助軟件的應用，人們開始逐漸研究利用計算機模擬工程的應用。計算機輔助軟件模擬工程的優勢是它可以完全不受空間尺寸的約束，提供完整清楚的結構數據和圖形，節省人力、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構合理性。

2 計算機輔助結構設計及其應用中的注意事項

計算機輔助結構設計的重點在于對計算模型的假定，當應用計算機輔助結構進行結構設計時，應該堅持人機結合，但應該發揮結構設計人員的主觀性，保持清醒的頭腦，對計算機的輔助結構設計不能太依賴，所有的設計還應該以實際的受力情況為根本。在進行結構設計前，應該進行多方相互比較，進而確定合理的受力結構。計算完成后應該對計算結果仔細檢查：保證工程項目的安全順利進行。雖然計算機輔助結構設計的應用已經非常廣泛，但其中還是存在很多不足，我們應該充分認識到目前計算機輔助結構設計軟件還不是很完善，應用過程中具體需要注意以下幾個方面：在結構計算前應該選擇準確的結構受力方案，如果沒有準確合理的結構受力方案去運用計算機輔助結構設計軟件進行分析，就一定不會得到準確的結果，比如現在的很多中小型建筑，連選擇什么樣的結構都不確定，就開始應用計算軟件，分析的結果數據也當然就不會準確合理了；結構設計人員在進行計算機輔助結構設計之前，必須對軟件進行相關的檢查，而且檢測工作一般都應該是具有結構設計經驗的工程師來做的，檢查的內容有軟件的適宜運行的內部和外部環境、軟件的計算準確度以及軟件運行過程中可能出現的問題，比如某院所有的計算機輔助結構設計應用軟件，應用之前都會由幾個經驗豐富的結構工程師進行檢查，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；結構設計人員在進行計算機輔助設計的過程中，應該根據具體工程的相應的特征運用科學合理的方法來選擇計算的參數。計算參數是計算結構受力體系的基礎，如果基礎不科學甚至出現錯誤，那計算的結果也不會合理甚至出現錯誤，進而加大工程事故發生的幾率，比如某框架的結構設計由于計算參數不科學，計算結果出現了很大的錯誤；當結構計算完成后，結構設計人員必需對所得到的計算結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，計算機輔助結構設計繪圖軟件的開發商通常會在軟件的買賣合同中寫明：“本軟件應用于工程設計時請相關結構設計人員核準結果后使用”的字樣，這從側面反映出計算機輔助軟件還處在發展階段，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，如果選擇局域網絡版的軟件應用，應該要求所有的外來軟件必須進行殺毒才可以復制到系統里，防止病毒破壞計算機軟件的數據，對計算機系統定期檢查，及時發現病毒，及時進行殺毒處理。

3 結束語

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

參考文獻

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