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第 24 卷第 4 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 8 月 平面钢桁架计算机辅助设计系统的实现 江 涛 ， 章 青2 ( 1． 安徽工业大学建筑工程学院 ， 安徽 马鞍山 243002； 2． 河海大学工程力学系 ， 江苏 南京210098) 摘要 ： 为满足钢桁架设计 经济合理 、 快速 准确的 实际需要 ， 研 制 了平 面钢桁 架计算机辅助设 计 系统 ． 从钢桁 架的设计特 点 出发 确定 系统 的功 能和编制依据 ， 详细论述 了前 处理 数据输入 、 结构设计计 算 和 图形输 出等 方面的软件 开发技术和 主要专业技 术条 件及在 计算机 上 实现 的方 法 ， 并 就软件 发展 方向作 了进 一步的探 讨 ． 系统在 江 苏沙钢集 团 50 万 t 高速线材 工程 主厂房钢 桁 架设 计 中的应 用结 果表 明 ， 该 系统 的使 用可大大减轻设计人 员工作 量 ， 提 高设计质 量和速度 ， 降低 工程造价 ． 关键 词 ： 钢 桁 架 ； 辅 助 设 计 ； CAD 中图分类 号 ： TU311． 41 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1006— 7647(2004)04— 0040— 0 4 钢桁架结构在 工程实际 中应用广泛 ， 如钢屋架 、 钢托架 、 钢通廊 、 钢斜 桥 、 管架 等 ， 人工设计计算 工作 量大 ， 特别是一些杆件形式 复杂的超静定桁架 ， 由于 作用在其上 的各 种荷 载组合 情 况复 杂 ， 精确 计算 难 度较大 ， 人工计算桁 架各 节点 的位 移及 施工 详 图绘 制也 比较麻烦 ， 因此人 工设 计 钢桁 架计 算过 程 一般 都 比较粗糙 ， 难 以做到经济 和合理 ， 为此原 冶金工业 部 1996 年下达 了重点科 研项 目， 提 出开 发平 面钢桁 架计算机辅助设计 系统 ． 笔者 承接该项 目后 ， 经过两 年 多的工作 ， 初步完 成 了系统 设计 并在 工程 实 际 中 试 用 ， 经补充完善 后于 2000 年 3 月通过 了国家冶金 工业局组织 的成 果鉴 定 ． 平 面钢桁 架计 算机 辅助 设 计 系统可对 任何 形 式 的静 定 或超 静 定 平 面钢 桁 架 ( 包括多跨连续结 构) 进行 内力 分析 ， 还 可进 行截 面 选 择或截面验算 ． 计算 完成 后 自动生成 图形 ． 其主要 特点是从结构形 式 、 荷 载及 相关设 计参 数 等 的输入 到内力组合 、 杆件 和节 点设计 直 至最 后生成 设计 文 件和施工图 ， 整个 过程都 严格 遵 循相 关设计 规 范和 构造要求 ， 并 尽量符合设计 人员的设计 习惯 ， 实现 了 钢桁架设计从数据准备 到相关设计计算 直至最后 出 图的 自动化 ． 系统在实 际工程设计 中应用效果较好 ， 不仅大大减少 了设计 工作 量 ， 而 且提 高 了设 计 质量 和速度 ， 在工程建设中发挥 了较大 的作用 ． 1 系统编制依据及功能特点 1 ． 1编 制 依 据 系统 以 GB50017 — 2003《 钢 结 构 设 计 规 范 》 ? 、 GB50009 — 2001《 建 筑 结 构 荷 载 规 范 》 【 2 J 、 GB50011 — 2001((建筑抗震设 计规范》 J 、 《 钢结 构设计 手册》 【 4 J 、 《 钢结构 连接 节点设 计 手册 》 j 、 GBJ 105 — 87( 建 筑结 构制图标准》 J 、 JGJ／ T90— 92( 建设领域计算机软件 工程技术规 范》 " J为 主要编制依据 ． 1． 2系统组成 及功能特点 系统研 制过程 中充分考虑 了设计 人员 的设计特 点 ， 具有使用方便 、 高效实用 、 功能齐全 、 符合设计 习 惯 和容错性好 等特点 ， 系统包括 3 个主要模块 ： 前处 理 图形 和参数 输入模块 、 设计 计算和截 面选 择模 块 、 后处理 图形输 出模块 ． a．前处理 图形 和参数 输入模 块 ． 系统采 用人机 交互 以图形方式 输 入计算 数据 ， 用户 通过 图形 和对 话框输入桁 架的结构形式 、 材料和截面特性 、 荷载及 相关设计参数 ， 对标 准 形式 的桁 架可 自动 生成 计算 简 图 ， 一般形式 的桁 架 只要 画 出单 线条 的图形 即可 实现计算简 图的输 入 ， 荷载 输入也 直 接在 屏幕 上进 行操作 ， 对 于材料 和截 面形式提供 了相关 的数 据库 ， 因此不必输 入具体数值 ． b ． 设 计计 算和截面选择模块 ． 程 序根据 前处理 输入 的信息生成 计算 数据 ， 并 自动进 行包 括 内力 和 变形计算 、 荷 载效应组 合 、 杆件截 面选 择 、 节 点连接 、 焊缝计算设计 等在 内 的计 算 工作 ， 内力 和 变形 计算 采用传统 的杆 系结构 矩 阵位 移法 ， 其 他部 分则 依据 现行设计 规范和构造要求进行 ． c ．后处理图形输 出模块 ． 通过对 桁 架节 点设计 的精 心研究 ， 系统 实现 了通 过计算 机 进行 施 工图设 基金项 目： 原 冶金工 业部重 点科 研项 目( 冶 科字第 373 号 文 ) 作者简 介 ： 江 涛 ( 1 963一 ) 。 男 ， 河南 光 山人 ， 高 级工 程师 ， 主要从 事结构 设计 与计算 工作 4 0· ·维普资讯 http://www.cqvip.com