試論無比鋼結構建筑計算機的輔助設計★

趙智超 吳鐵峰*

(佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154007)

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試論無比鋼結構建筑計算機的輔助設計★

趙智超 吳鐵峰*

(佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154007)

介紹了無比鋼結構的優點，從構件規格、設計型號選取、構件模擬、荷載取值等方面，闡述了無比鋼結構建筑計算機輔助設計計算的方法，并探討了無比鋼結構圖的系統制作流程，以供參考。

無比鋼結構，計算機技術，構件，荷載

無比鋼結構體系是輕鋼龍骨結構建筑系列技術的一大重要組成部分。冷彎薄壁方鋼管、相關連接件、由自攻螺釘組成的立柱和樓面桁架梁是該結構體系的主要承重骨架。在21世紀初，這一技術由加拿大傳入了我國，從這一結構技術給我國建筑領域所帶來的影響來看，它對建筑工程施工技術的可持續發展提供了一定的幫助。在計算機技術不斷發展的現代社會，計算機技術與無比鋼結構技術之間的結合，對施工技術的信息化發展有著積極的促進作用。

1 無比鋼結構的優點

1)隔熱隔音。由獨立管件所構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，設計者采用的是利用X型連接件進行斷續相連的連接方式[1]。這種方式的運用，可以通過隔斷熱橋的方式來切斷建筑物的內外傳遞，這就可以讓建筑物內外形成兩個互不干擾的熱循環系統。中空結構方管的運用，可以對聲音的傳導過程進行減弱，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化。

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

3)施工工期短，造價節省。無比鋼結構在建筑施工中的應用，可以讓現代化機械生產、拼裝方式取代傳統的手工式操作模式。裝配式施工模式的出現，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 無比鋼結構的設計計算

1)設計軟件的應用。在無比鋼結構的計算機輔助設計體系的應用過程中，有限元理論可以被看作是從數學觀點和物理觀點兩方面入手，對相關公式進行構件的應用方式。對連續結構體進行離散化處理，是這一理論在實際應用過程中所表現出來的主要特點。在對有限元法進行應用的過程中，設計人員通常會將與無比鋼結構有關的設計結構分成一些小的單元。在借助節點平衡條件的作用來對相關的運動方程進行建構的過程中，設計人員通常會對位移法和力法進行應用。在設計項目涉及到結構力反應問題的情況下，設計人員會對位移法進行應用。從有限元法給無比鋼結構建筑所帶來的影響來看，它可以為設計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件結合所組成的框架結構中得到應用。

2)構件規格及設計時的初選型號。蒙皮、橫撐、斜拉鋼帶和導軌等構件是無比鋼結構建筑中所不可缺少的主要構件[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用材料，它的厚度要控制在6 mm以內。斜拉鋼帶的截面需要控制在40 mm×1.0 mm以內。型號為40 mm×40 mm×105 mm的薄壁方鋼管可以在橫撐中得到應用。表1所示的內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)構件模擬。薄殼單元是對蒙皮進行模擬的一種有效方式。從我國建筑工程的現狀來看，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件的模擬過程中得到運用。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用。從立柱的特點來看，螺釘在管柱與上下導軌的連接過程中發揮著重要的作用。螺栓在底層導軌與基礎的連接過程中發揮著一定的作用，因此，為了對相關的模型進行簡化，我們在建模的過程中可以對底層導軌等問題不予考慮。從計算機模擬技術的應用情況來看，在數據庫的建構過程中，構件的幾何尺寸和位置等信息已經得到了存儲，因而，設計人員可以借助wbpm函數繪制平面圖，利用wblm函數繪制立面圖。

4)荷載取值。荷載取值計算是無比鋼結構的設計計算問題中所不可忽視的一項重要因素。恒荷載公式可以用“結構的自重=材料單位體積自重·構件體積”這一公式來計算[4]。材料單位的體積自重可以參照我國最新的《建筑結構荷載規范》。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”這一公式來計算。在分析驗算階段，在驗算立柱承載力無法有效滿足規范要求的情況下，設計者可以通過對立柱中的薄壁方鋼管壁厚進行增大，對立柱間距進行縮小的方式進行建模計算。在變形驗算中，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目的方式進行重新建模。

3 無比鋼結構圖的系統制作

結構平面圖、墻體立面結構圖和構件圖是無比鋼結構施工中的主要組成部分。在AutoCAD技術應用以后，無比鋼結構建筑的制圖系統就可以被看作是對這一軟件進行二次開發的過程。在對這一系統進行分析以后，我們可以發現，模型數據庫和與之有關的繪制結構平面圖和墻體立面結構圖就成為了系統中的兩大重要模塊。自編函數的運用，是模型數據庫建立過程中所不可缺少的重要步驟，軸線節點坐標、桿件連結節點和桿件制定界面名稱等因素可以被看作是模型數據庫的重要組成部分。在相關結構圖的制作過程中，繪圖環境的設置涉及到了圖層、線型、顏色和線寬等多方面的因素。在AutoCAD技術得到應用后，“-LAYER”命令成為了圖形設置的主要方式。平面軸線圖層的設置可以對以下程序進行應用：command“-layer”“m”“平面軸線”“c”“l”“平面軸線”“lw”“0.25”“平面軸線”“l”“ACAD_ISO10W100”“平面軸線”出于實際需要，設計人員在設計過程中可以讓圖層的顏色設置為紅色等多種色彩。

在對圖紙幅面問題進行處理的過程中，根據《房屋建筑制圖統一標準》的要求，相關的計算機輔助系統可以設計出A0,A1,A2和A3四種圖紙的幅面。在制作過程中，設計人員可以將A0,A1等相關圖框進行塊并存盤處理，進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的內容就是計算機輔助系統的圖框線、標題欄線的理想寬度。

表2 計算機輔助系統的圖框線、標題欄線寬度表

針對標高標注比所表現出來的特殊性，設計人員可以通過制作編寫專門函數的方式，對建筑的標高進行標注。在對模型數據庫中的信息進行應用的基礎上，對參數化的制圖方法進行應用，可以對結構平面圖和墻面立體結構圖的繪制工作進行合理優化。為了讓結構系統的便利性進行強化，設計人員可以通過在系統中添加“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容在用戶信息交互過程中更好地發揮自身的作用。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。以下所示的內容就是與之有關的設計程序:

***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系統中，MENULOAD命令就成為了載入局部菜單文件的有效方式。

4 結語

無比鋼結構在建筑領域中的應用，對我國建筑技術的提升有著積極的促進作用。相關計算機輔助體系的構件，可以讓無比鋼結構在建筑中的優勢得到充分發揮，從工程需要入手對設計模型進行研發，是對無比鋼結構施工的科學性急性提升的有效方式。

[1] 趙傳剛.無比鋼結構建筑計算機輔助設計[D].成都：西南交通大學,2010.

[2] 鄒萬紅.高層建筑鋼結構計算機輔助分析設計系統研究[D].長沙：湖南大學,2002.

[3] 游賢倫.基于表達式定義的鋼結構節點設計的模板方法[D].杭州：浙江大學,2006.

[4] 何澍元.鋼結構標準件參數化設計系統的設計與實現[D].武漢：華中科技大學,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★:佳木斯大學博士基金項目(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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