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MTSTool鋼結構工具箱的應用與展望

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （同濟大學(xué) 王華琪 上海藍科鋼結構技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 陳 亮 宮 海）

    [摘 要] 目前市場(chǎng)上的結構設計軟件對鋼結構的設計與分析已經(jīng)較為完善。然而實(shí)際工作中，工程設計人員往往會(huì )面臨只需對局部構件或者局部節點(diǎn)進(jìn)行驗算、設計的情況，此時(shí)采用結構整體分析軟件并不便捷。MTSTool鋼結構工具箱是上海藍科鋼結構技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司自主研發(fā)的鋼結構工具箱軟件，很好的解決了這一問(wèn)題。MTSTool通過(guò)集成多個(gè)子模塊，能完成常用的資料查詢(xún)，以及快速、準確地對鋼構件或者節點(diǎn)連接進(jìn)行驗算和設計。本文通過(guò)介紹MTStool鋼結構工具箱的基本功能，并結合實(shí)際工程的應用，對MTSTool鋼結構工具箱各個(gè)子模塊的鮮明特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并對MTSTool的前景進(jìn)行展望
    [關(guān)鍵詞] MTSTool 鋼結構 工具箱 結構設計
    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(shí)際工作中，工程設計人員往往只需對局部構件或者局部節點(diǎn)進(jìn)行驗算、設計，或者需要對截面屬性、材料屬性等進(jìn)行查詢(xún)，此時(shí)采用結構整體分析軟件或者翻閱相應資料進(jìn)行手算等途徑并不便捷。MTSTool鋼結構工具箱基于簡(jiǎn)便、快速、準確的思想，完全按照建設部最新頒布的行業(yè)規范，在微軟最新的.net平臺上開(kāi)發(fā)完成。MTSTool是上海藍科鋼結構技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司自主開(kāi)發(fā)的鋼結構工具箱，既可與該公司自主開(kāi)發(fā)的設計軟件MTS進(jìn)行配套使用，也可作為設計者的便利工具箱獨立使用。
    MTSTool工具箱利用參數化設計的計算繪圖一體化的方式，把各種鋼結構設計計算中常涉及的參數、規范條文有機地結合到程序中，可以模擬手算過(guò)程生成詳細的計算書(shū)。具有自主設計功能，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(shí)間，提高設計的準確度和效率，通過(guò)大量實(shí)際案例的測試結果表明，MTSTool可以有效的提高設計的準確度和效率。MTSTool工具箱的主要功能如下圖1所示。

    MTSTool的截面屬性查詢(xún)功能里的資料庫包括了中、美、英、日四個(gè)國家的多種截面庫，同時(shí)支持自定義的方式，方便設計者根據實(shí)際的需要增加特殊的截面數據。工具箱在自定義截面時(shí)候的數據輸入順序也參考了設計者的日常習慣，使得設計更方便、更快捷。
    現在的設計中，工程人員經(jīng)常需要對某些結構局部的節點(diǎn)或連接進(jìn)行相應的驗算或設計，現有的許多設計軟件能進(jìn)行此項工作，但是由于工程人員往往只是需要對局部進(jìn)行驗算或設計，此時(shí)采用結構設計軟件就顯得不夠便捷。MTSTool中的獨立節點(diǎn)設計可以滿(mǎn)足此類(lèi)需求，針對常用的輕鋼廠(chǎng)房節點(diǎn)、框架結構節點(diǎn)，MTSTool提供傻瓜化自動(dòng)設計與可干預手動(dòng)設計雙重選擇，讓用戶(hù)方便完成設計，同時(shí)能出具包括了詳細的驗算過(guò)程及結果的計算書(shū)，做到驗算透明化，所有節點(diǎn)均有詳細的工程圖紙輸出功能。
    同時(shí)，在門(mén)式鋼架廠(chǎng)房中，因其主結構采用平面設計，而檁條等構件對主結構而言相對獨立，故此類(lèi)結構一般也采用單獨設計。MTSTool涵蓋了檁條、吊車(chē)梁、抗風(fēng)柱、屋面支撐、柱間支撐等常見(jiàn)的廠(chǎng)房構件，通過(guò)參數化輸入信息，得到規范要求的所有驗算結果，具有詳細驗算過(guò)程和支持計算書(shū)輸出，并針對部分構件有詳細的構件圖，極大的方便了設計人員的工作。
    下面，將結合MTSTool在實(shí)際工程中的常見(jiàn)應用，作簡(jiǎn)單的介紹。
    二、檁條設計
    實(shí)際工程中，檁條的驗算相對比較復雜，一方面規范中針對檁條的驗算計算復雜，考慮的參數多而繁瑣，如門(mén)式剛架輕型房屋鋼結構技術(shù)規程的附錄E就針對風(fēng)吸力下檁條的穩定作了詳細的規定，同時(shí)又有參考冷彎薄壁型鋼結構技術(shù)規范的內容。這類(lèi)復雜的公式數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計效率
    另一方面，隨著(zhù)工程技術(shù)的發(fā)展，廠(chǎng)房結構的柱距也相應的由起初的標準的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(chǎng)房，檁條采用C型或Z型鋼往往滿(mǎn)足不了設計要求，此時(shí)，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，國內現有的設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(shí)地推出，其中的檁條設計包括了各類(lèi)上述截面，適應工程實(shí)際發(fā)展情況，并能根據選擇的截面提供不同的規范驗算。
    MTSTool中的檁條設計，將復雜的檁條設計分為四個(gè)步驟：幾何信息輸入->荷載參數輸入->補充信息輸入->得到驗算結果。程序的驗算結果采用表格形式輸出，一目了然。同時(shí)，程序會(huì )給出詳細的計算過(guò)程，方便工程設計人員檢查。

    三、吊車(chē)梁設計
    吊車(chē)梁設計是門(mén)式剛架廠(chǎng)房設計中重要的一個(gè)環(huán)節。MTSTool工具箱把吊車(chē)梁設計作為一個(gè)重點(diǎn)，認真細致的分析了吊車(chē)梁設計中的各個(gè)細節，用戶(hù)可輕松簡(jiǎn)單地實(shí)現整個(gè)設計過(guò)程。
    首先對于吊車(chē)荷載的輸入，用戶(hù)可選擇MTSTool的資料庫中所搜集的大部分常用吊車(chē)信息，也可以通過(guò)添加新吊車(chē)自行添加設計需要的吊車(chē)信息。同時(shí) MTSTool工具箱把吊車(chē)的輪子數增加到單側8個(gè)之多，選擇的空間更大，與實(shí)際的工程設計更貼切。另外，MTSTool還可考慮是否增設制動(dòng)桁架或制動(dòng)板。
    同時(shí)，MTSTool工具箱的吊車(chē)梁設計增加了細部的設計，重點(diǎn)細分了梁端的設計、翼緣與腹板的焊縫設計、腹板和支座的加勁肋的設計。其中加勁肋還具體分為橫向和縱向分別設計，并在同一頁(yè)面上同步動(dòng)態(tài)的給出相應的圖示和截面驗算結果，極大的方便了設計者的設計和驗算。如果選擇自動(dòng)設計，MTSTool工具箱還會(huì )自動(dòng)生成合適的細部構造設計，設計者也可以在自動(dòng)設計的基礎上進(jìn)行部分的數據更改。
    在截面參數定義上，MTSTool工具箱除了支持用戶(hù)自定義進(jìn)而驗算的功能，還支持程序自動(dòng)根據經(jīng)驗公式定義截面參數，以及優(yōu)化設計。MTSTool工具箱可以給出一系列的優(yōu)化結果，同時(shí)給出相應截面參數下強度、撓度和穩定的限值以及用鋼量，并能給出加勁肋的布置方案建議，使得設計人員能夠一目了然地選擇最優(yōu)的設計方案。

    吊車(chē)梁設計部分特別提供了詳細施工圖的生成，用戶(hù)可通過(guò)繪圖參數的設定，輸出圖紙CAD通用的DXF格式圖紙，方便在A(yíng)UTOCAD中進(jìn)行修改及打印。

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

    對于計算模型，MTSTool支持柔性支撐和剛性支撐。MTSTool在計算過(guò)程中支撐采用只拉桿件單元模擬柔性支撐，能更準確的反映實(shí)際結構；MTSTool能給出詳細的設計過(guò)程，使得工程人員的設計結果更準確、更有說(shuō)服力。

    五、組合梁設計
    在多高層結構中，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，節約梁的用鋼量，而被大量的采用。組合梁的設計，鋼結構設計規范及高層民用建筑鋼結構技術(shù)規程都作了詳細的規定。
    MTSTool中的組合梁設計功能?chē)栏癜凑障鄳幊痰囊?，詳細考慮了各類(lèi)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(dòng)布置。同時(shí)，可以分別對施工階段及使用階段進(jìn)行強度、撓度驗算等等，滿(mǎn)足規程說(shuō)明，能支持不同的設計驗算控制，例如可以支持部分抗剪連接設計驗算。MTSTool能提供詳細的計算書(shū)，包括有效寬度計算、變形驗算、施工階段驗算的詳細計算過(guò)程。、

    六、節點(diǎn)設計
    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(lèi)型的節點(diǎn)設計。每種大類(lèi)型又有多種具體形式可供選擇，包含了實(shí)際工程中大部分的節點(diǎn)類(lèi)型。除了常用的H形截面外，部分節點(diǎn)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、精確和等強三種設計方法，并能考慮節點(diǎn)抗震驗算。
    MTSTool支持驗算和自主設計，其中自主設計能基于默認截面庫（或材料庫）進(jìn)行，用戶(hù)可通過(guò)編輯或自定義默認截面庫（材料庫）來(lái)更為靈活的控制自動(dòng)設計過(guò)程。MTSTool
    能夠生成導出詳細的計算書(shū)，并可生成導出節點(diǎn)詳圖。

    七、MTSTool工具箱的展望
    作為一個(gè)優(yōu)秀的鋼結構設計軟件，MTSTool工具箱簡(jiǎn)潔、容易上手但又不失嚴謹，得到了眾多工程設計人員的好評，并給予了大量的支持。在工程設計中的應用也越來(lái)越廣泛，前途不可限量。作為開(kāi)發(fā)該軟件的藍科公司必將在各設計院、鋼結構設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計要求，對于實(shí)際使用中常遇到的隅撐設計和獨立梁設計，MTSTool工具箱將在近期推出。MTSTool工具箱將不僅僅只專(zhuān)注在上部構件，對于下部地基基礎的設計也將在不久的將來(lái)得到補充。MTSTool工具箱正朝著(zhù)成為貼近工程設計人員實(shí)際設計習慣的得力助手這一目標邁進(jìn)。
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