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[分享] 如何用Excel提升调模型的效率

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发表于 2019-3-31 19:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
注:原文见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……


注:图片未粘贴成功, 原文见https://mp.weixin.qq.com/s/imEccLHP4wPFxbnr_FFzZg

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。

注:图片未粘贴成功, 原文见https://mp.weixin.qq.com/s/imEccLHP4wPFxbnr_FFzZg

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。


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