钢结构辅助设计系列软件XJDST的研制与开发

　　近年来，随着我国钢产量的提高，钢结构的应用，特别是在建筑行业的应用越来越广泛。特别是工业厂房建筑门式刚架作为主受力构件，维护结构采用彩色压型钢板的工业厂房，由于其外形美观、施工周期短等众所周知的优点，在一些城市的工业开发区得到了大量的应用。大跨结构中网架的应用已走在世界的前列。在多、高层建筑中则以压型钢楼承板上浇混凝土楼面结构，以其节省大量的模板、隔音效果好和施工速度快的优势正在逐渐应用开来。国家相关部门也增设或修改了有关规程和规范（如：CECS102：98）。为了适应钢结构发展的需要，相应的结构设计的辅助工具一不同种类的钢结构设计软件相继问世，有自主开发的、有从国外引进的，使用功能各有千秋。

　　架、钢桁架、门式刚架、篼层钢结构设计软件等，作为一个行业应用软件包系统，既有共用的图形支撑系统，又能够各自独立运行，分别开来使得后续的施工图处理更加专业化，有利于编程实现。主体语言采用Visual C++，运行环境为Windows操作系统，采用流行的菜单引导，图形录入界面，全部过程以图形和菜单引导，用户不需要了解数据的存储结构，输出以图形显示，整个系统更加智能化。特别是在结构优化方面，己把作者的研究成果成功的应用在本软件系统中。

　　XDST系统的早期研制首先是为满足设计单位和加工厂家的需要，更深层次而言是为满足开发者自己及其同事的钢结构设计工作需要而开发的，XDST的研制人员即是软件开发人员，又兼设计院钢结构设计任务，同时又是设计单位与钢结构厂家的协作人员，更是该软件的**用户，可以说XDST与其它软件不同之处是开发者不仅对软件发、钢结构设计理论有较多的研究、掌握，而且对钢结构加工、安装等也有相当的了解之后的产物，XDST系统的研制过程是一个经过了开发人员、设计同行、钢结构加工单位不断的自我使用、修改、完善、再使用的循环完善过程，自1994年至今己逐步的发展成为实用的钢结构设计系列软件。

　　2、XDST系统现阶段的主要功能XDST系统现阶段的主要功能包括以下几个、方面：触列软件-！，鱿M生成（二乎面）-2.结庚算。M2.钟计算。ft面庚-1.生成（三4空间）i-：。g构模S生成11空间）（平眇4.7.自利S.fl整平醐。节点S L6.用钢量S计（平跗架）5.自节点B6-贿M计（空间杆。果-4，M与节点的整侔优化与自卵并一4.节点知工85.平M置B，材科表L6.用量乾计（图一）（一）钢桁架辅助设计XDST-1（二）门式刚架辅助设计XDST-2（三）网架辅助设计XDST-3（研制中）以上软件均包括：（1）图形录入与计算模型的建立，（2）自动形成计算数据文件，并进行结构内力分析，截面演算，结构优化处理，（3）施工图前期自动初步设计，（4）图形局部调整，（5）施工图形成。以上个部分既有相同功能模块共用，又依据不同功能各自独立运行。其整体关系如图（一）所示。

　　3、图形支撑系统XDST系统的发有自己的一套独立的图形支撑系统，极大的方便了后续CAD图形系统的开发过程，开发人员可以不进入其他任何图形系统，随时观察图形输出情况，有利于程序的调试，图形支撑分为二维平面图形系统和真三维空间图形录入系统，前者主用于平面钢桁架、门式刚架的图形录入及输出，而后者则主要用于空间钢网架、高层钢结构设计软件，在高层钢结构的设计中前期录入将不再有传统的层的概念，这样极大的方便了用户空间构件的录入，视图可以X、Y、Z三个方向视图的方式显示、输入，并且允许任意角度调整，这样处理的*大优点是形成了一个真三维图形系统，所有施工图的形成，都在该图形系统内实现，布图自动化程度高，在*后出硫酸纸图时使用本程序内自带的转换程序就可将系统图形转换为AUTOCAD的DXF图形。

　　4、智能化构件库统计专家系统钢结构设计不同于混凝土之处在于即有大量的定型构件，又存在用户、厂家自行设计的非标构件，而在某一项工程中所能用到的构件种类又是有限的，并且，同一构件可以在不同项目中使用，为适应钢结构软件的特殊需要，在XDST的研制之初就开发了一个本系统独有的智能化的构件统计系统，顺利的解决了钢结构构件的统计、计算自动化处理过程，减少了重复工作和简单的计算工作。其主要模型由包括如图（二）所示的几个系统构成：用户界面：用于系统与用户之间的信息交换，是用户操纵和利用构件库的界面。

　　构件库：作为构件的纪录器，用于存储经编辑器编辑或经学习机筛选的构件。

　　编辑器：用于用户或专家进行构件的直接录入X作。

　　计算器；对标准构件或非标构件自动计算截面各有关属性和参数。

　　学习机：依据有关知识对构件进行筛选，自动将有用的、不冲突构件存入构件库。

　　各系统的关系如图所示，经该系统的工作，即减少了繁琐的录入工作，又满足了钢结构构件的自动存储、计算、筛选过程，不仅省去了构件一次性输入的大地补充、修改。

　　5、优化设计与自动初步设计计算机的应用有很大的优势，但也存在很大的不足，对于系统化的确定的信息处理，计算机可以发挥它运行速度快的优势，只要可编成固定的程序，它可以进行永不停息的、大量的、重复的工作。而对于一些不确定信息的处理，则显得很是无能为力。针对这种情况，本文作者特别是哈尔滨工业大学的王光远教授近些年做了大量的工作，取得了卓有成效的成就，对于结构初步设计以至于合理的优化设计有很大的帮助。

　　就钢结构的优化而言，存在着多个约束函数，各个构件之间的性能比较很难用统一的参数来处理，这就需要将不同的控制条件进行统一的折算，因为，即使满应力设计，应力*优并不等于稳定性也*好，所以在一次迭代中，折算为单参数进行比较：平面内稳定：折算为：（CECS102：98）规程的折算公式较繁，此处从略。经上述折算，可将多参数约束合并为单参数约束，当然，还可以考虑各个约束参数的权值，则结果会更趋合理。

　　钢结构详图设计是一个比较复杂的工作，设计参数多、影响因素多，如何进行合理的结构自动设计显得尤为重要。过多的人工干预，增加了用户学习过程和时间，容易使用户感觉到厌烦。过多的设计参数，则让用户在使用当中不得不断的去翻使用手册，可想而知，这样的应用程序，即使施工图*后比较详细，也很难在设计人员中使用开来，特别是钢结构节点设计。因此就要求软件在施工图阶段能够以较少的设计控制参数，完成结构的主体设计工作。比如钢桁架辅助设计XDST-1的节点板设计，在满足设计要求的前提下程序自动设计节点板形状和大小，并能满足基本要求，包括强度演算、焊缝长度要求、节点板基本形状等，使大部分节点不需调整即可出施工图，且节点板能够满足构造要求，极大的方便了使用者，成图效率大为提高。

　　要使软件的自动化程度有所提高、可用性强，开发者仅仅有较高的编程技巧及钢结构理论知识是远远不够的，还必须要有设计经验、加工、安装经历及其他相关领域的专业设计经验和知识，将这些知识以专家经验的方式引导用户或帮助使用者进行结构设计，使之在局部范围内专家系统的模型得以实现，而这种经验的溶入对软件开发者自身的经验至关重要。软件编程与专业知识，只有这两方面的有机结合才能使自己的软件产品经得起用户使用的考验，才能开发出行业内软件。

　　6、XDST模型的建立利用CAD系统进行设计工作，其大部分用户的工作量集中在了模型的建立过程之中，一旦模型建立完毕，可以说用户的大部分工作己完成，余下的工作就应有系统完成了，因此建模过程的效率高低，体现了该软件的方便与否。

　　XDST钢结构辅助设计系列软件，采用了总体控制信息形成结构空间模型，而后局部修改的方法，比如在系列软件中网架的模型建立上，程序几乎囊括了所有的基本网架形式，用户只需经简单的边界处理就可满足设计需要，此外，为方便结构成型，系统提供了直线、弧线任意范围的形装变换处理，经过这些变化，用户在不需单独调整任何具体节点坐标的情况下，形成任意形状的网架与网壳。系统通过放松约束的形式处理铰节点，屏幕显示一目了然。

　　桁架与刚架的成型也采取了与网架相似的处理方法，用户使用起来简洁明了方便快捷。

　　该系统在图形录入阶段，定义了大量的功能键，以满足不同用户的需要，对于弧线的直线模拟、截断、相交等操作，全都是在程序内部自动完成的，用户无须干预。利用XDST的图形录入程序，是标准的结构形式以参数控制，复杂的结构形式用户干预，可以说：XDST的图形录入可以满足用户的任意结构模型的处理。

　　7、XDST系统开发的体会和建议钢结构CAD系统的开发集结构设计与软件设计于一体，要求开发人员既要有钢结构专业的坚强的知识底蕴，又要具备计算机软件方面的知识，还要对钢结构设计工作有一个清醒的认识，随着CAD系统开发的深入，必将在软件设计中加入大量的专家知识，软件设计人必须具备一定的专家系统与知识工程方面的知识，才能使自己的软件更加接近用户、方便用户，才能使自己开发出的软件不会出现非行业行为，也才能使自己的软件产品永远立于不败之地，未来的软件市场将打破一支独秀的局面，随着外来软件的汉化处理不断加快，软件市场将迎来一个百花齐放的新局面。