工程设计的系统功能与框架分析研究(上篇)──国内外建筑钢结构及节点设计软

　　每擂，上篇国内外建筑钢结构及节点设计软件概述，刘晓平陶小云胡学刚邱励俭摘要工程设汁的内涵较广，随着我国大规模经济建设的开展，针对工程设计的形设计系统应运而生，系统地总结工程设计的特点，有针对性地组建可扩充的柔性形设计系统，是本文*重要的出发点。本文借助于计算机辅助设计技术和形学的研究，讨论了计算机辅助建筑设计和建筑绘的方法和设计思想，以建筑钢结构设计为例综合分析了钢结构，系统及节设汁的框架结构，该分析对其它工程设计问有很好的参考价值。

　　主词建筑工程设计CAD系统1.引言计算机辅助设计，人，是当代*杰出的工程技术成就之，它推动了几乎切领域的设计革命的设计对象有两类，类是工程设计，国外简称0类是产品设计。工程设计领域包括国民经济主要部门，如建筑石油化工采矿有色金属钢铁电力交通轻纺机械等，它们对国民经济发展起着举足轻重的作用。工程00是指利用计算机辅助工程设计的技术，几乎覆盖了所有工程的设计行业，如工厂设计，工程荦构民用建筑与工业建筑，地理信息系统，5桥梁0人0道路0人0地基基础工民建钢结构是设计领域中的重要环，在建筑石油化工核工业天然气等行业扮演着主要角色。钢结构的合理应用范围不仅取决于钢结构本身的特性，还受到国民经济具体发展情况的制约。解放以来，我国的钢产量有很大的发展，1949年全国钢产量只有十几万吨，1996年钢材年产量己超过1亿吨，跃居世界首位。随着我国改革开放的深入以及经济实力和技术水平的提高，钢结构的优越性逐渐被人们所重视，钢结构在我国，始越来越多地被应用。

　　国外的工程设计专业人员早在60年代初期，就已开始使用计算机，但直至70年代中期，才开始逐步把，人，技术应用到工程设计领域，国内的研究则是在80年代才开始发展起来。因此，有关钢结构工程设计00的文献较少，而有关钢结计算公式。将8式代人42式得，此时应变值为由41式8式和9式便可求得此时轴压力为根据此式即可永得钢管混凝土轴压柱弹性极限点的近似轴压力。

　　为验证该公式的正确性，计算根中800 10，的钢管混凝土采用040级普通混凝土，235钢管，并取1.=，得，相同条件下钢管混凝土组合抗压屈服强度= 45.7，102，并根据文献1相应公式算得其误差为6=偏于安全。鉴于这是种近似计算，在处理工程问时这个误差值是可以接受的。

　　结束语上面的推导过程并没有考虑实际施工中钢管内部初始应力的影响，这里作点补充讨论。当初始应力不大时，依然可以利用这种近似关系。假设钢管初始应力为aSo，那么其相应再根据心=这条件及6式，同理可求得与此相关的，从而进步求得，值。但当初始应力很大，就不存在这种近似关系，而应当考虑核心混凝土向受压状态，这不是同时我们注意到，用该公式计算出来的压力值偏小。这从定程度上说明钢管混凝土的套箍约束作用是发生在弹性极限之前的，只不过在弹性极限点这种套箍约束作用还，很小罢了。

　　致谢在本文的撰写过程中，我的导师潘家鼎教授提供了许多热心的帮助和中肯的建议，在此衷心的感谢。

　　钟善桐，层钢管混凝土结构，黑龙江科技出版社，车宏亚，钢筋混凝土结构，天津大学出版社，1990周氏，康清梁，童保全，现代钢筋混凝土结构理论，上海交通大学出版社，1989吕西林，金国芳，吴晓涵，钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用，同济大学出版社，19975江鲸，贺小岗，工程结构计算机仿真分析，清华大学出版社，1996 6李庆华，材料力学，西南交通大学出版社，1994鹇徵政策20006构杆件连接的节点设计的技术文献就更少。作者通过对英国科学文摘美国工程索引〉美国政府报告中文核心期刊数据库〉光盘19861989年检索，发现有关的研究报告数十篇，本文综合性地分析了有关内容以赐读者。

　　2.国外关于钢结构的系统功能及研究状况，5认是享誉欧洲23年的对钢结构分析设计制制造的00六00六1体化软件。它运行于灭1肋0595阶环境下，面向对象的设计思想，使用户能直接对结构模型迸行操作，达到可视化和视算体化。其强大的功能简洁的操作形象直观地实时显，使期在全球钢结构设计软件中独占螯头，主要现在以下几个方面，基于目前*先进*流行，+境；结构分析与设计验算，灰节点详构件大样与材料，集成制造与数控机床机码，者完全集成，相同数据只要输入次；提供整个设计制造过程使用的开放式构件截面库连接板库螺栓库；提供以0语言为基础的开发工具宏语苫MACRO供用户进行次开发，使该软件可高效完成不同类型结构的设汁制造；50认包括结构分析与设计模块5灰犯贾人0制模块5丁人8集成制造模块0说3了。和数控机床控制模块01河队。节点设计节点可采用螺栓连接或焊接。用户旦选定将设计的结构节点，程序会提供此节点可选取的几种连接方式。螺栓加劲肋加腋等信息实时显于形上，各项参数的调整修改方便，操作简申，随时调看设计计算结果，不断地检，直至满足设计要求。汁算结果说明节点可承受的弯距剪力和实际受到的弯距剪力，并对节点进行刚度验算，指出其危险区域。

　　1978年后转人，人，32位系列机环境并行工程设计入，领域开拓。到1984年，1批叫在六0；市场的销售额超过了，跃居首位。1980年宣布进人机械0人0领域并于1988年推出新代机械设计用软件IEMS，采用NURBS曲面。PDS是1301公司开发的工厂设计系统。1加691的结构设计源于80年代初期的工厂设计产品，象基于入的5此；ModelingSystemftlEDPErectionDrawingPackage，EDP个基本的维结构绘工具，3是个全维的造型系统，在1987年这些产品被移植到，1父中，作为吣1奶套件中的员。1991年0，叩公司开发了，咖6，1奶2.1的先驱产品，作为建筑结构家族Mastew0rk中的成员。1992年Inter肝吞并人00，叩并加强阳6取，41阳2.1的功能。在1995年推出的厂3巾；灾，4朽中。具有符合入15工150等其他国际标准的截面库，柱梁撑等实体可以在平面立面和轴侧上放置，这些成员及属性可方便地复制移动和成组修改。

　　它所产生的分析模型可用以做有限元分析，并支持钢结构细节设计的中性文件格式，该格式可被第方使用，01旧还提供了系列自动产生各种视的命令，允许用户指定标注位置和标注1容，自动产生材料完成毛重面积和材料成木的估算。但只字未提节点的设计问。

　　人公司人人阶位于美国加州如如的工程设计自动知公司组建于1985年。0人的第个产品是山，管道应力分析程序，以后不断扩大在，0入0平台上开发的软件品种，并合并了规模仅次于0的美国另家工厂设计软件商体，成为全球*大的工厂设计软件开发供应商。0丸产品的用户总数远超过获39和，税，616.其维结构设计软件汾找土3和结构优化软件0有定的特色，它可在工厂模型中增加柱梁支架爬梯抚手和其他各种钢结构构件，进行碰撞检，其优化软件可自动调整构件尺寸，力求经济性和标准化，还包括有高等静力分析动力分析规范校核等。

　　5316，1公司开发的微机版配管系统，使用人山，0人0平台，功能也很强大，事实上覆盖了工厂设汁的主要内容，如设备布置钢结构电气全厂漫游等。元件库有法国AFNOR北美ANSI英国BS德国咖日本15以及波兰捷克等标准规格，设计过程的智能化程度高，但对钢结构的功能介绍较少。

　　构框架的刚接铰接的优化和安全性问进行了分析，其程序用于承压设计和弹性分析，该分析基于人130规范，优化结果以设计空间的目标函数和约束形来达。

　　WARWICKf5ANDERSONDAVIDX驰状态下钢框架半刚式节点的度量提出了弹性度参数的方法，用于弹性力学有关标准的研究。

　　系统中焊接节点的功能认可模型，在设计的早期只要指出焊接区域，系统可给出焊缝的尺寸和形式。如果需要用户可修正之。详细的关于焊接处理的信息在后期通过另外个专家系统辅助获得。在选材和焊接节点的造价等方面也可给出非常详细，前苏联六，1以等在1989年提出了节点强度计算和非线性分析的数学模型，在有限元网格的自动产生中节点视为个超元，研究了材料分配的优化算法。