如何利用Excel提高钢结构设计效率

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原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/imEccLHP4wPFxbnr_FFzZg 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


原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/imEccLHP4wPFxbnr_FFzZg

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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