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MTSTool鋼結(jié)構(gòu)工具箱的應(yīng)用與展望

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （同濟大學(xué) 王華琪 上海藍科鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)開發(fā)有限公司 陳 亮 宮 海）

    [摘 要] 目前市場上的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析已經(jīng)較為完善。然而實際工作中，工程設(shè)計人員往往會面臨只需對局部構(gòu)件或者局部節(jié)點進行驗算、設(shè)計的情況，此時采用結(jié)構(gòu)整體分析軟件并不便捷。MTSTool鋼結(jié)構(gòu)工具箱是上海藍科鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)開發(fā)有限公司自主研發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)工具箱軟件，很好的解決了這一問題。MTSTool通過集成多個子模塊，能完成常用的資料查詢，以及快速、準(zhǔn)確地對鋼構(gòu)件或者節(jié)點連接進行驗算和設(shè)計。本文通過介紹MTStool鋼結(jié)構(gòu)工具箱的基本功能，并結(jié)合實際工程的應(yīng)用，對MTSTool鋼結(jié)構(gòu)工具箱各個子模塊的鮮明特點進行闡述，并對MTSTool的前景進行展望
    [關(guān)鍵詞] MTSTool 鋼結(jié)構(gòu) 工具箱 結(jié)構(gòu)設(shè)計
    THE APPLICATION AND PROSPECT OF
    THE STEEL STRUCTURE SOFTWARE－MTSTOOL
    Wang huaqi1 Chen Liang2 Gong Hai2
    (1.Tongji University Shanghai 200092 2.Shanghai Lanke Steel Structure CO.,LTD 200092)
    ABSTRACT Now the design and analysis about steel structure of structural design software are more and
    more perfected. However, the project planner are often faced with the situation that only some local
    component or node would be checked and designed. It’s not convenient to use the structural software of
    global analysis. This problem is easily settled by the steel structure software-MTSTool which is
    explored and developed by the Shanghai Lanke Steel Structure CO.,LTD. The inquiry of engineering datum
    and the design of some local component or node can be achieved quickly and accurately with the software-
    MTSTool which integrates many sub-functions. By means of introducing the fundamental functions of MTSTool
    combined with the application in actual engineering, some strikingly features are represented and the
    prospect of the software is expected in this paper.
    KEY WORDS MTStool steeel structure tool
    box structural design
    一、概述
    實際工作中，工程設(shè)計人員往往只需對局部構(gòu)件或者局部節(jié)點進行驗算、設(shè)計，或者需要對截面屬性、材料屬性等進行查詢，此時采用結(jié)構(gòu)整體分析軟件或者翻閱相應(yīng)資料進行手算等途徑并不便捷。MTSTool鋼結(jié)構(gòu)工具箱基于簡便、快速、準(zhǔn)確的思想，完全按照建設(shè)部最新頒布的行業(yè)規(guī)范，在微軟最新的.net平臺上開發(fā)完成。MTSTool是上海藍科鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)開發(fā)有限公司自主開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)工具箱，既可與該公司自主開發(fā)的設(shè)計軟件MTS進行配套使用，也可作為設(shè)計者的便利工具箱獨立使用。
    MTSTool工具箱利用參數(shù)化設(shè)計的計算繪圖一體化的方式，把各種鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中常涉及的參數(shù)、規(guī)范條文有機地結(jié)合到程序中，可以模擬手算過程生成詳細(xì)的計算書。具有自主設(shè)計功能，能幫助工程師挑選最優(yōu)方案，大大減少了工程師花在計算上的時間，提高設(shè)計的準(zhǔn)確度和效率，通過大量實際案例的測試結(jié)果表明，MTSTool可以有效的提高設(shè)計的準(zhǔn)確度和效率。MTSTool工具箱的主要功能如下圖1所示。

    MTSTool的截面屬性查詢功能里的資料庫包括了中、美、英、日四個國家的多種截面庫，同時支持自定義的方式，方便設(shè)計者根據(jù)實際的需要增加特殊的截面數(shù)據(jù)。工具箱在自定義截面時候的數(shù)據(jù)輸入順序也參考了設(shè)計者的日常習(xí)慣，使得設(shè)計更方便、更快捷。
    現(xiàn)在的設(shè)計中，工程人員經(jīng)常需要對某些結(jié)構(gòu)局部的節(jié)點或連接進行相應(yīng)的驗算或設(shè)計，現(xiàn)有的許多設(shè)計軟件能進行此項工作，但是由于工程人員往往只是需要對局部進行驗算或設(shè)計，此時采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件就顯得不夠便捷。MTSTool中的獨立節(jié)點設(shè)計可以滿足此類需求，針對常用的輕鋼廠房節(jié)點、框架結(jié)構(gòu)節(jié)點，MTSTool提供傻瓜化自動設(shè)計與可干預(yù)手動設(shè)計雙重選擇，讓用戶方便完成設(shè)計，同時能出具包括了詳細(xì)的驗算過程及結(jié)果的計算書，做到驗算透明化，所有節(jié)點均有詳細(xì)的工程圖紙輸出功能。
    同時，在門式鋼架廠房中，因其主結(jié)構(gòu)采用平面設(shè)計，而檁條等構(gòu)件對主結(jié)構(gòu)而言相對獨立，故此類結(jié)構(gòu)一般也采用單獨設(shè)計。MTSTool涵蓋了檁條、吊車梁、抗風(fēng)柱、屋面支撐、柱間支撐等常見的廠房構(gòu)件，通過參數(shù)化輸入信息，得到規(guī)范要求的所有驗算結(jié)果，具有詳細(xì)驗算過程和支持計算書輸出，并針對部分構(gòu)件有詳細(xì)的構(gòu)件圖，極大的方便了設(shè)計人員的工作。
    下面，將結(jié)合MTSTool在實際工程中的常見應(yīng)用，作簡單的介紹。
    二、檁條設(shè)計
    實際工程中，檁條的驗算相對比較復(fù)雜，一方面規(guī)范中針對檁條的驗算計算復(fù)雜，考慮的參數(shù)多而繁瑣，如門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的附錄E就針對風(fēng)吸力下檁條的穩(wěn)定作了詳細(xì)的規(guī)定，同時又有參考冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范的內(nèi)容。這類復(fù)雜的公式數(shù)值計算若能由軟件協(xié)助完成，則能極大提高了工程師的設(shè)計效率
    另一方面，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，廠房結(jié)構(gòu)的柱距也相應(yīng)的由起初的標(biāo)準(zhǔn)的6m或7.5m逐漸加大到9m、12m甚至更大跨度，通常情況下對于這種大柱距的廠房，檁條采用C型或Z型鋼往往滿足不了設(shè)計要求，此時，需采用箱型、雙槽箱型組合、或者高頻焊接薄壁H型鋼截面，但是，國內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)計軟件一般很少有支持后者截面的功能。在這種情況下，MTSTool及時地推出，其中的檁條設(shè)計包括了各類上述截面，適應(yīng)工程實際發(fā)展情況，并能根據(jù)選擇的截面提供不同的規(guī)范驗算。
    MTSTool中的檁條設(shè)計，將復(fù)雜的檁條設(shè)計分為四個步驟：幾何信息輸入->荷載參數(shù)輸入->補充信息輸入->得到驗算結(jié)果。程序的驗算結(jié)果采用表格形式輸出，一目了然。同時，程序會給出詳細(xì)的計算過程，方便工程設(shè)計人員檢查。

    三、吊車梁設(shè)計
    吊車梁設(shè)計是門式剛架廠房設(shè)計中重要的一個環(huán)節(jié)。MTSTool工具箱把吊車梁設(shè)計作為一個重點，認(rèn)真細(xì)致的分析了吊車梁設(shè)計中的各個細(xì)節(jié)，用戶可輕松簡單地實現(xiàn)整個設(shè)計過程。
    首先對于吊車荷載的輸入，用戶可選擇MTSTool的資料庫中所搜集的大部分常用吊車信息，也可以通過添加新吊車自行添加設(shè)計需要的吊車信息。同時 MTSTool工具箱把吊車的輪子數(shù)增加到單側(cè)8個之多，選擇的空間更大，與實際的工程設(shè)計更貼切。另外，MTSTool還可考慮是否增設(shè)制動桁架或制動板。
    同時，MTSTool工具箱的吊車梁設(shè)計增加了細(xì)部的設(shè)計，重點細(xì)分了梁端的設(shè)計、翼緣與腹板的焊縫設(shè)計、腹板和支座的加勁肋的設(shè)計。其中加勁肋還具體分為橫向和縱向分別設(shè)計，并在同一頁面上同步動態(tài)的給出相應(yīng)的圖示和截面驗算結(jié)果，極大的方便了設(shè)計者的設(shè)計和驗算。如果選擇自動設(shè)計，MTSTool工具箱還會自動生成合適的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計，設(shè)計者也可以在自動設(shè)計的基礎(chǔ)上進行部分的數(shù)據(jù)更改。
    在截面參數(shù)定義上，MTSTool工具箱除了支持用戶自定義進而驗算的功能，還支持程序自動根據(jù)經(jīng)驗公式定義截面參數(shù)，以及優(yōu)化設(shè)計。MTSTool工具箱可以給出一系列的優(yōu)化結(jié)果，同時給出相應(yīng)截面參數(shù)下強度、撓度和穩(wěn)定的限值以及用鋼量，并能給出加勁肋的布置方案建議，使得設(shè)計人員能夠一目了然地選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。

    吊車梁設(shè)計部分特別提供了詳細(xì)施工圖的生成，用戶可通過繪圖參數(shù)的設(shè)定，輸出圖紙CAD通用的DXF格式圖紙，方便在AUTOCAD中進行修改及打印。

    四、柱間支撐設(shè)計
    早期的門式剛架作為輕鋼廠房，柱間支撐布置相對簡單。但隨著門式剛架的應(yīng)用范圍的增大，柱間支撐的形式變得多樣化：如考慮雙層結(jié)構(gòu)的雙層支撐布置，考慮到門洞安排的八字形布置，甚至采用門式桁架布置。同時，作為主要的側(cè)向受力體系，柱間支撐不僅要承受風(fēng)載、吊車荷載，有時還要承受側(cè)向地震荷載。布置形式的多樣性，和荷載的復(fù)雜性，使得柱間支撐設(shè)計的手工完成變得不現(xiàn)實。
    MTSTool中的柱間支撐設(shè)計功能使設(shè)計人員擺脫這種困境。MTSTool采用節(jié)段的概念，通過逐層定義支撐節(jié)段，可以快速實現(xiàn)復(fù)雜的柱間支撐體系。MTSTool能給出八字形、十字形、人字形和門式桁架的任意組合形式，能在節(jié)段頂部自定義添加風(fēng)荷載和吊車荷載，同時能指定考慮地震荷載所需的分擔(dān)質(zhì)，這樣使得周全的考慮風(fēng)荷載、吊車荷載、和地震荷載的作用成為現(xiàn)實。

    對于計算模型，MTSTool支持柔性支撐和剛性支撐。MTSTool在計算過程中支撐采用只拉桿件單元模擬柔性支撐，能更準(zhǔn)確的反映實際結(jié)構(gòu)；MTSTool能給出詳細(xì)的設(shè)計過程，使得工程人員的設(shè)計結(jié)果更準(zhǔn)確、更有說服力。

    五、組合梁設(shè)計
    在多高層結(jié)構(gòu)中，組合梁由于其能充分利用樓板的抗彎剛度，充分發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的的受力性能，節(jié)約梁的用鋼量，而被大量的采用。組合梁的設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程都作了詳細(xì)的規(guī)定。
    MTSTool中的組合梁設(shè)計功能嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)程的要求，詳細(xì)考慮了各類情況：采用混凝土板或壓型鋼板，支持栓釘連接件的自定義布置和程序自動布置。同時，可以分別對施工階段及使用階段進行強度、撓度驗算等等，滿足規(guī)程說明，能支持不同的設(shè)計驗算控制，例如可以支持部分抗剪連接設(shè)計驗算。MTSTool能提供詳細(xì)的計算書，包括有效寬度計算、變形驗算、施工階段驗算的詳細(xì)計算過程。、

    六、節(jié)點設(shè)計
    MTSTool工具箱支持梁柱連接、梁梁連接、柱腳連接、牛腿連接和梁墻連接五大類型的節(jié)點設(shè)計。每種大類型又有多種具體形式可供選擇，包含了實際工程中大部分的節(jié)點類型。除了常用的H形截面外，部分節(jié)點連接支持鋼管截面和箱形截面。對于框架梁柱連接、梁梁連接，支持常用、精確和等強三種設(shè)計方法，并能考慮節(jié)點抗震驗算。
    MTSTool支持驗算和自主設(shè)計，其中自主設(shè)計能基于默認(rèn)截面庫（或材料庫）進行，用戶可通過編輯或自定義默認(rèn)截面庫（材料庫）來更為靈活的控制自動設(shè)計過程。MTSTool
    能夠生成導(dǎo)出詳細(xì)的計算書，并可生成導(dǎo)出節(jié)點詳圖。

    七、MTSTool工具箱的展望
    作為一個優(yōu)秀的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，MTSTool工具箱簡潔、容易上手但又不失嚴(yán)謹(jǐn)，得到了眾多工程設(shè)計人員的好評，并給予了大量的支持。在工程設(shè)計中的應(yīng)用也越來越廣泛，前途不可限量。作為開發(fā)該軟件的藍科公司必將在各設(shè)計院、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計公司的大力幫助下，不斷的完善MTSTool工具箱的各項功能和設(shè)計要求，對于實際使用中常遇到的隅撐設(shè)計和獨立梁設(shè)計，MTSTool工具箱將在近期推出。MTSTool工具箱將不僅僅只專注在上部構(gòu)件，對于下部地基基礎(chǔ)的設(shè)計也將在不久的將來得到補充。MTSTool工具箱正朝著成為貼近工程設(shè)計人員實際設(shè)計習(xí)慣的得力助手這一目標(biāo)邁進。
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