張 欣 馬恩成 夏緒勇

(中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013)

空間建模系統(tǒng)SpasCAD新版本

張 欣 馬恩成 夏緒勇

(中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013)

為了適應(yīng)各種越來越復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)形式，重新設(shè)計了空間建模系統(tǒng)SpasCAD。新版重點提高了軟件的穩(wěn)定性、易用性，增加了對新結(jié)構(gòu)形式的支持，針對空間結(jié)構(gòu)的特點設(shè)計了完整的顯示查詢檢查系統(tǒng)，可以接力PMSAP完成計算分析設(shè)計，新版本設(shè)計了全新接口，為開發(fā)專用行業(yè)分析軟件提供了平臺。本文對新版SpasCAD的各項重要改進(jìn)、新特性進(jìn)行了闡述。

SpasCAD;模型檢查;PMSAP

1 前言

不同于以往的結(jié)構(gòu)建模程序，SpasCAD采用三維空間建模的方式，沒有明確的樓層概念，可以更快速直觀的形成各種復(fù)雜的空間模型，對于空間桁架、網(wǎng)架、各種混合結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑中的通廊棧橋等結(jié)構(gòu)形式尤其明顯?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜多樣化，對空間結(jié)構(gòu)建模、空間分析的要求也越來越高，為適應(yīng)這一需求，這兩年來對SpasCAD投入了大量研發(fā)工作，解決了許多關(guān)鍵技術(shù)問題，在程序功能上有了非常大的改進(jìn)，更好的適應(yīng)了各種復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)對建模、分析的需要。新版SpasCAD程序在穩(wěn)定性、易用性方面也有本質(zhì)的提高，加強了軟件的實用性。

工程a是在港口碼頭經(jīng)常出現(xiàn)的棧橋結(jié)構(gòu)，其工程特點是包含有滑動支座設(shè)置。

工程b是一個異型的空間結(jié)構(gòu)，包含多種自定義工況及組合。

工程c是下部格構(gòu)柱上部網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，在柱上部連接網(wǎng)架的位置設(shè)有通用支座。

圖1 棧橋、空間桁架、網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)及特點

2.1 多種途徑形成空間模型

因為空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其建模過程比一般結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜繁瑣。為了降低建模難度，Spas-CAD提供了大量的建模工具，通過網(wǎng)格輸入菜單中的多項工具，例如:網(wǎng)架、空間桁架、廣告牌等快速建模來提高效率。其次提供了多種導(dǎo)入導(dǎo)出功能來聯(lián)合各種軟件的優(yōu)勢形成空間模型。例如經(jīng)常用到的導(dǎo)入PM模型，然后在此基礎(chǔ)上繼續(xù)編輯，這也是PKPM系列軟件的優(yōu)勢之一。導(dǎo)入DXF網(wǎng)格則可以在大量建筑圖紙基礎(chǔ)上快速形成空間模型。新增加了導(dǎo)入SPT格式的文本文件，可以聯(lián)合excel表格來對各種具有復(fù)雜曲線外形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速處理。

2.2 擴(kuò)展大量構(gòu)件截面類型

空間結(jié)構(gòu)面對的領(lǐng)域更加廣泛，采用的構(gòu)件形式更加豐富，為了有更好的適應(yīng)性，SpasCAD包含了PKPM系列中幾乎所有的桿件截面類型，可以輸入格構(gòu)柱、型鋼混凝土柱、對于截面庫中沒有的桿件，可以輸入復(fù)雜任意截面實現(xiàn)任何類型的截面形式。導(dǎo)入其他軟件形成的工程時(例如PMCAD，門式剛架)可以正確識別，并且這些類型的截面都可以接力計算分析程序。輸入風(fēng)格和STS中的截面定義統(tǒng)一，直觀明了(見圖2)。

在剪力墻和樓板的布置中，可以考慮鋼板剪力墻、斜墻、斜板;比較大的提高墻、板布置、修改的效率。在OpenGL方式下，如果勾選了特殊構(gòu)件方式(后面介紹的參數(shù)查詢)，則可以用不同的顏色區(qū)分。

2.3 荷載類型

荷載類型分為點荷載、桿件荷載和面荷載。

除了按世界坐標(biāo)布置的桿件荷載，有些荷載類型是和桿件的方向相關(guān)聯(lián)的，例如風(fēng)荷載，屋面風(fēng)荷載是垂直于桿件作用的，如果按世界坐標(biāo)系布置，則需要輸入兩個方向的分量，并且調(diào)整了桿件角度后還需要重新錄入，為了解決這個問題，增加了桿件坐標(biāo)系類型的荷載布置，其坐標(biāo)系規(guī)則和桿件關(guān)聯(lián)，隨桿件布置改變而改變。

其次，墻上荷載增加了墻頂荷載布置，可以直接讀取PM的倒算荷載。在面荷載類型中，墻上面荷載除了均布荷載外，增加了線性荷載，布置筒倉等隨高度變化的荷載十分方便。板的面荷載增加了世界坐標(biāo)系荷載，對于布置自重恒載等不隨板角度變化的荷載時更方便。

荷載刪除方式更加靈活，單選一個構(gòu)件，則列出這個構(gòu)件上所有荷載，可以逐一刪除。如果多選構(gòu)件，則可以按工況刪除。荷載工況方面可以增加自定義工況，組合可以增加自定義組合，而且根據(jù)設(shè)計參數(shù)的不同，增加參數(shù)工況的組合選項。增加屈曲組合，用“BUCKLING”識別。

2.4 通用支座

增加彈性阻尼支座，可用于隔振設(shè)計，或用于真實模擬網(wǎng)架等大跨鋼結(jié)構(gòu)屋蓋與下部結(jié)構(gòu)連接支座，實現(xiàn)網(wǎng)架等大跨屋蓋和下部結(jié)構(gòu)整體計算。也可以和固定節(jié)點聯(lián)合形成滑動支座，使各種靈活的約束布置成為可能。

圖6 懸臂構(gòu)件模型檢查

2.5 模型檢查

模型檢查是新版SpasCAD提供的一項常用而功能強大的工具。能快速找出模型中的各種不易察覺的錯誤并標(biāo)示出來。目前提供了最小節(jié)點間距、最短構(gòu)件、懸臂構(gòu)件、異形墻板檢查。這些都是針對結(jié)構(gòu)建模中經(jīng)常容易出現(xiàn)的錯誤，和影響結(jié)構(gòu)分析設(shè)計的不適當(dāng)構(gòu)件或約束設(shè)置等問題，而設(shè)計的檢查工具。

例如懸臂構(gòu)件的檢查(見圖6)，對PM導(dǎo)入過來的工程中，用支撐輸入的斜柱搭接不正確的情況，輕易就能查出來。

2.6 顯示查詢系統(tǒng)

全新設(shè)計顯示查詢系統(tǒng)?，F(xiàn)在所有內(nèi)容都可以通過顯示參數(shù)控制和右鍵屬性框查詢到。所有內(nèi)容一目了然。顯示參數(shù)控制中列出了所有模型元素的顯示開關(guān)和查詢，各種構(gòu)件荷載的顯示，網(wǎng)格節(jié)點的ID，桿件墻板的屬性查詢，荷載工況的切換等都通過圖形或文字的方式標(biāo)識出來。

屬性框可以查詢節(jié)點、網(wǎng)格桿件、墻板的屬性，例如桿件可以查詢桿件的ID、長度、所屬層、各種屬性和其上布置的荷載，兩端約束等等。

2.7 工作基面、選擇集、輔助網(wǎng)

圖7 工作基面

在空間中定位和過濾桿件比平面要復(fù)雜的多，為此增加了工作基面、選擇集和輔助網(wǎng)工具。工作基面功能就是定義一個平面的局部坐標(biāo)系，網(wǎng)格布置時將完全約束在這個平面內(nèi)，其坐標(biāo)規(guī)則為定義的這個局部坐標(biāo)系，其作用是在三維環(huán)境下，二維化的操作。在復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)中，工作基面會被大量使用到。另外利用工作基面完成一些網(wǎng)格輔助放樣，也是在不斷擴(kuò)展的功能，目前可以完成斜面起拱，基面旋轉(zhuǎn)投影等功能。

對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以把其中一部分定義為一個選擇集，選擇集可以復(fù)制，移動，可以多個選擇集顯示，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分部分管理。輔助網(wǎng)可以定義一個三維的點陣，方便軸網(wǎng)定位。

2.8 接口和二次開發(fā)平臺基礎(chǔ)

新版SpasCAD設(shè)計了交互接口，供其他結(jié)構(gòu)設(shè)計程序調(diào)用。接口有兩個方面的作用，一個是作為導(dǎo)入導(dǎo)出功能在程序調(diào)用層面的擴(kuò)展，導(dǎo)入門式剛架和溫室功能就是采用其中的導(dǎo)入接口實現(xiàn)的。第二個方面是對程序功能性的擴(kuò)展，設(shè)計了交互功能和擴(kuò)展數(shù)據(jù)接口，提供更深層次的Spas調(diào)用，通過底層調(diào)用DLL動態(tài)庫，可以實現(xiàn)界面完全自定義和功能自定義，在Spas的基礎(chǔ)上，進(jìn)行專用設(shè)計軟件的二次開發(fā)，結(jié)構(gòu)關(guān)系處理和計算程序接力則由Spas內(nèi)部處理。這種方式比在一個純圖形平臺上開發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件要容易的多。下面是導(dǎo)入節(jié)點和網(wǎng)格的命令:

extern"C"void_declspec(dllexport)__stdcall

SETNODE(int＆ID，int＆ino，float＆x，float＆y，float＆z);

extern"C"void_declspec(dllexport)__stdcall

SETGRID(int＆ID，int＆pntID1，int＆pntID2);//設(shè)置網(wǎng)格，pntno1，2網(wǎng)格兩端節(jié)點號或id號

3 結(jié)束語

新版SpasCAD采用了菜單流程就是建模流程的方式，簡單易用。并針對空間結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的特點，全新設(shè)計了查詢顯示系統(tǒng)和模型檢查系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了多種途徑和各種常用軟件數(shù)據(jù)文件進(jìn)行交互，提高效率。為了使新版SpasCAD系統(tǒng)能發(fā)揮更大的平臺作用，設(shè)計了多種接口，為專用設(shè)計軟件提供了平臺，使三維結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法能應(yīng)用到更多行業(yè)。

［1］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017－2003).北京:中國計劃出版社，2003.

［2］空間結(jié)構(gòu)建模軟件SpasCAD用戶手冊.北京:中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部，2010.

［3］PKPM多高層結(jié)構(gòu)計算軟件應(yīng)用指南.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

New Version of Spas CAD

Zhang Xin，Ma Encheng，Xia Xuyong

(Institution of Building Engineering Software，China Academy of Building Research，Beijing100013，China)

In order to adapt development of building's，SpasCAD is rebuild.This version improves primarily stability，easy to use and adds support for new technology.New Inspection and display system is designed according to characteristic of building，which can continue to analyze SpasCAD's model.This version provides new function for develop professional software.In this paper，important improvement and new specialty for SpasCAD are introduced.

SpasCAD;Model Check;PMSAP

TU311.41

A

1674－7461(2011)01－0043－05

張欣(1977－)，男，碩士，工程師。主要從事鋼結(jié)構(gòu)研究的工作。E-mail:cazxmg@139.com