如何利用Excel提高钢结构设计效率

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钢结构设计过程中，调整计算模型是一项重要的工作。

01 调模型苦啊

以往结构工程师的做法是，根据计算软件显示结果，定性地加大或者减小截面。

仅进行一次模型调整往往是不够的，工程师大量时间消耗在重复工作中。

例如模型中，某钢梁尺寸为HA3030-1220，计算后软件显示抗弯强度应力比达到3.02。

此时根据经验需要大幅加高截面，工程师可能会选择HA5030-1220。

重新进行计算后，发现应力比为1.2。

再改为HA6030-1220，还是不够……

继续改……

而如果模型很庞大，构件成千上万，计算一次可能需要好几分钟。

为了一根梁，调三次，可能半小时就过去了。

而有问题的梁，可能几十个、几百个……

有人说，那就一次加大点啊！

于是，有的工程师想一步到位，索性第一次就改成HA8040-1625。

计算后显示应力比0.4，虽然满足要求，但加大得有点过了，截面设计余度过大。

遇到工程量限值很严的过程，还得往小了改。

往小改也有改过头，再次计算不够的风险……

所以，工程师的很大一部分时间，消耗在无止境的来回更改中。

那么，有没有可能通过计算软件本身，去自动调整呢？

答案是有的，但是一般软件自动调整后，截面并不能令人满意。

截面规格可能比较杂乱，无法满足施工图要求。

越是自动的东西，越难满足个性化需求。

02 Excel咋解决这个问题

这里，小编通过自编Excel表格，也能达到减少重复工作，满足施工图要求的目的。

举例如下。

在计算软件中，建立一根7m跨度，截面HA3030-1220钢梁。

钢梁两端简支，恒载10kN/m，活载100kN/m，分项系数分别是1.2，1.4。

计算后显示钢梁强度应力比为3.02（假定上翼缘铺混凝土板，受到约束不用计算稳定）

如果想一次定量将应力比调整到0.85，减少模型反复调整工作量，应该怎么做呢？

我们回到规范条文去寻找答案。

根据钢结构设计标准，强度计算按6.1.1进行。

M是荷载产生的弯矩，净截面模量W由截面本身决定。

实际工程中，不论如何调整钢梁截面，弯矩设计值可以先假定为基本不变的。

因此，只需将截面模量Wz增大，即可减小应力比。

截面模量Wz增大为2倍，应力比变为0.5倍。

按照这个思路（当然一般结构师都知道），利用Excel，可以定量选定截面。

在Excel中编写上述表格，自动计算出截面模量。

于是现在反复调整模型的工作量，可以缩减为查找当前截面模量，然后乘以想放大倍数。

根据放大后的截面模量，查找新截面。

对于杆件较多的模型，上述工作需针对每根杆都进行。

工作量仍然很大，如何进一步减少工作量？

03 减小工作量

继续尝试编写……

上述表格只用输入黄色部分（即I2，K2，L2内容），其余部分自动生成。

输入I2截面编号，右侧J2自动显示编号对应具体截面型号。

K2中输入当前应力比（3.02），L2中输入目标应力比0.85。

在单元格M2中计算出新截面所需Wz。此例中原Wz=1685.17，计算后新Wz=5987.32。

在截面列表中，自动用绿色显示满足新Wz的截面。

如下图，满足目标应力比0.85的最小截面是HA7040-1220。

这里，仍然存在需人工判断绿色位置，然后选出截面的工作量。

如何把这部分工作交给Excel自动进行？

04 进一步减小工作量

可以继续编写表格，如下方红框所示，在下方自动读取出截面编号，以及截面。

这样，调整模型的工作就变为：

1） 输入当前截面

2） 输入当前应力比

3） 输入目标应力比

4） 自动生成满足要求的新截面

5） 返回计算模型修改

将上述得到的截面填回软件，计算结果如下所示。

大功告成，一次成功！

对于框架梁，由于与柱子存在刚接情况。若截面增大，根据力矩分配原理，其弯矩设计值也会相应变大，此时可将目标应力比稍微设小一点即可。应用这个方法，仍然可以减少不少工作量。

如何下载文中Excel？

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