试论无比钢结构建筑计算机的辅助设计★

赵智超 吴铁峰*

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007)



试论无比钢结构建筑计算机的辅助设计★

赵智超 吴铁峰*

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007)

介绍了无比钢结构的优点，从构件规格、设计型号选取、构件模拟、荷载取值等方面，阐述了无比钢结构建筑计算机辅助设计计算的方法，并探讨了无比钢结构图的系统制作流程，以供参考。

无比钢结构，计算机技术，构件，荷载

无比钢结构体系是轻钢龙骨结构建筑系列技术的一大重要组成部分。冷弯薄壁方钢管、相关连接件、由自攻螺钉组成的立柱和楼面桁架梁是该结构体系的主要承重骨架。在21世纪初，这一技术由加拿大传入了我国，从这一结构技术给我国建筑领域所带来的影响来看，它对建筑工程施工技术的可持续发展提供了一定的帮助。在计算机技术不断发展的现代社会，计算机技术与无比钢结构技术之间的结合，对施工技术的信息化发展有着积极的促进作用。

1 无比钢结构的优点

1)隔热隔音。由独立管件所构成的桥架是无比钢建筑物墙体和楼板的主要组成部分。在不同的方管之间，设计者采用的是利用X型连接件进行断续相连的连接方式[1]。这种方式的运用，可以通过隔断热桥的方式来切断建筑物的内外传递，这就可以让建筑物内外形成两个互不干扰的热循环系统。中空结构方管的运用，可以对声音的传导过程进行减弱，在将玻璃棉填入桥架空隙处以后，建筑物的隔震吸音功能会得到有效强化。

2)利于环保。干法作业是薄壁小桁架结构施工中所采用的主要施工方式。建筑施工过程中所需的构件通常会在由工厂进行加工以后直接应用于施工之中。这就可以对施工现场可能出现的废弃物污染问题进行有效避免。这种施工方式的应用，也让装配式作业成为了无比钢结构施工的主要特点。它可以对建筑施工中的噪声问题进行有效控制。这种钢结构建筑的构件也具有着可循环利用的特点，如果建筑物因城市建设需要而被迫拆除，拆卸下来的钢结构还可以在建筑施工中得到二次应用。

3)施工工期短，造价节省。无比钢结构在建筑施工中的应用，可以让现代化机械生产、拼装方式取代传统的手工式操作模式。装配式施工模式的出现，可以让建筑物的建筑周期得到有效缩短。一般而言，一幢6层的建筑物，从工厂的钢板生产过程到建筑的建成入住，只需要2个月～3个月的时间，这就可以让建筑工程的造价成本得到有效降低[2]。

2 无比钢结构的设计计算

1)设计软件的应用。在无比钢结构的计算机辅助设计体系的应用过程中，有限元理论可以被看作是从数学观点和物理观点两方面入手，对相关公式进行构件的应用方式。对连续结构体进行离散化处理，是这一理论在实际应用过程中所表现出来的主要特点。在对有限元法进行应用的过程中，设计人员通常会将与无比钢结构有关的设计结构分成一些小的单元。在借助节点平衡条件的作用来对相关的运动方程进行建构的过程中，设计人员通常会对位移法和力法进行应用。在设计项目涉及到结构力反应问题的情况下，设计人员会对位移法进行应用。从有限元法给无比钢结构建筑所带来的影响来看，它可以为设计软件提供一种理想化的体系模型。因而这一方法也可以在一位构件结合所组成的框架结构中得到应用。

2)构件规格及设计时的初选型号。蒙皮、横撑、斜拉钢带和导轨等构件是无比钢结构建筑中所不可缺少的主要构件[3]。以蒙皮为例，石膏板、竹编胶合板和定向刨花板可以被看作是蒙皮板材的主要应用材料，它的厚度要控制在6 mm以内。斜拉钢带的截面需要控制在40 mm×1.0 mm以内。型号为40 mm×40 mm×105 mm的薄壁方钢管可以在横撑中得到应用。表1所示的内容是初选管柱壁厚度与立柱之间的间距。

表1 初选管柱壁厚度及立柱间距表

3)构件模拟。薄壳单元是对蒙皮进行模拟的一种有效方式。从我国建筑工程的现状来看，建筑物的楼板通常采用的是钢与混凝土的组合楼板。因而膜单元模拟法可以在混凝土楼板构件的模拟过程中得到运用。在建模过程中，杆单元模拟法可以在横撑模拟、桁架梁弦杆及腹杆的模拟过程中得到运用。从立柱的特点来看，螺钉在管柱与上下导轨的连接过程中发挥着重要的作用。螺栓在底层导轨与基础的连接过程中发挥着一定的作用，因此，为了对相关的模型进行简化，我们在建模的过程中可以对底层导轨等问题不予考虑。从计算机模拟技术的应用情况来看，在数据库的建构过程中，构件的几何尺寸和位置等信息已经得到了存储，因而，设计人员可以借助wbpm函数绘制平面图，利用wblm函数绘制立面图。

4)荷载取值。荷载取值计算是无比钢结构的设计计算问题中所不可忽视的一项重要因素。恒荷载公式可以用“结构的自重=材料单位体积自重·构件体积”这一公式来计算[4]。材料单位的体积自重可以参照我国最新的《建筑结构荷载规范》。楼面的活荷载问题可以用“楼面活荷载=楼面活荷载均布荷载值·楼面面积”这一公式来计算。屋面活荷载问题可以用“屋面活荷载均布荷载值·屋面面积”这一公式来计算。在分析验算阶段，在验算立柱承载力无法有效满足规范要求的情况下，设计者可以通过对立柱中的薄壁方钢管壁厚进行增大，对立柱间距进行缩小的方式进行建模计算。在变形验算中，上述问题可以通过增大蒙皮厚度、斜拉钢带尺寸和增加横撑数目的方式进行重新建模。

3 无比钢结构图的系统制作

结构平面图、墙体立面结构图和构件图是无比钢结构施工中的主要组成部分。在AutoCAD技术应用以后，无比钢结构建筑的制图系统就可以被看作是对这一软件进行二次开发的过程。在对这一系统进行分析以后，我们可以发现，模型数据库和与之有关的绘制结构平面图和墙体立面结构图就成为了系统中的两大重要模块。自编函数的运用，是模型数据库建立过程中所不可缺少的重要步骤，轴线节点坐标、杆件连结节点和杆件制定界面名称等因素可以被看作是模型数据库的重要组成部分。在相关结构图的制作过程中，绘图环境的设置涉及到了图层、线型、颜色和线宽等多方面的因素。在AutoCAD技术得到应用后，“-LAYER”命令成为了图形设置的主要方式。平面轴线图层的设置可以对以下程序进行应用：command“-layer”“m”“平面轴线”“c”“l”“平面轴线”“lw”“0.25”“平面轴线”“l”“ACAD_ISO10W100”“平面轴线”出于实际需要，设计人员在设计过程中可以让图层的颜色设置为红色等多种色彩。

在对图纸幅面问题进行处理的过程中，根据《房屋建筑制图统一标准》的要求，相关的计算机辅助系统可以设计出A0,A1,A2和A3四种图纸的幅面。在制作过程中，设计人员可以将A0,A1等相关图框进行块并存盘处理，进而在图框的绘制过程中通过插入块的形式来绘制图框。表2的内容就是计算机辅助系统的图框线、标题栏线的理想宽度。

表2 计算机辅助系统的图框线、标题栏线宽度表

针对标高标注比所表现出来的特殊性，设计人员可以通过制作编写专门函数的方式，对建筑的标高进行标注。在对模型数据库中的信息进行应用的基础上，对参数化的制图方法进行应用，可以对结构平面图和墙面立体结构图的绘制工作进行合理优化。为了让结构系统的便利性进行强化，设计人员可以通过在系统中添加“无比制图”菜单组的方式，让平面图绘制对话框、立面图绘制对话框等内容在用户信息交互过程中更好地发挥自身的作用。这种下拉菜单可以由“无比制图”“平面图”和“墙立面”三种因素组成。以下所示的内容就是与之有关的设计程序:

***MENUGRPOUP=MYLISP

***POP1

[无比制图]

[接入模型]^C^C(load “wbsjk”)；(wbsjk)

[平面图]^C^C(load“wbpm”);(wbpm)

[墙立面]^C^C(load“wblm”)；(wblm)

在AutoCAD系统中，MENULOAD命令就成为了载入局部菜单文件的有效方式。

4 结语

无比钢结构在建筑领域中的应用，对我国建筑技术的提升有着积极的促进作用。相关计算机辅助体系的构件，可以让无比钢结构在建筑中的优势得到充分发挥，从工程需要入手对设计模型进行研发，是对无比钢结构施工的科学性急性提升的有效方式。

[1] 赵传刚.无比钢结构建筑计算机辅助设计[D].成都：西南交通大学,2010.

[2] 邹万红.高层建筑钢结构计算机辅助分析设计系统研究[D].长沙：湖南大学,2002.

[3] 游贤伦.基于表达式定义的钢结构节点设计的模板方法[D].杭州：浙江大学,2006.

[4] 何澍元.钢结构标准件参数化设计系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学,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★:佳木斯大学博士基金项目(22Zb201516)

赵智超(1979- )，女，硕士，讲师

吴铁峰(1974- )，男，博士，副教授

TP319

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