張 欣

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京100013)

1 前言

針對(duì)不同形式的建筑結(jié)構(gòu)，不僅在結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)手段上有所差異，也體現(xiàn)在建模階段的方式有所不同。建立準(zhǔn)確有效的模型，是后期分析及設(shè)計(jì)的關(guān)鍵前提，此外建模效率也是突出的問(wèn)題，不同側(cè)重點(diǎn)的軟件對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有所傾斜，使其效率可以達(dá)到更高。如復(fù)雜結(jié)構(gòu)由于其自身特點(diǎn)，越層構(gòu)件、桁架網(wǎng)架連接、轉(zhuǎn)換層及平立面不規(guī)則的建筑形式等都會(huì)提高建模過(guò)程的復(fù)雜程度。[1]

圖1 規(guī)則結(jié)構(gòu)和復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)

PMCAD針對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)，提供了標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)據(jù)、樓層組裝的方式來(lái)快速建模，SPASCAD則針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，建立在三維的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上，并提供了若干輔助手段，使建模手段更加任意(圖1)。下面分別對(duì)兩個(gè)軟件的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出了聯(lián)合應(yīng)用的方式來(lái)提高混合結(jié)構(gòu)建模效率。

2 PMCAD特點(diǎn)

PMCAD建模主要針對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)，所謂規(guī)則結(jié)構(gòu)往往指的是有明確樓層的結(jié)構(gòu)，其布局體現(xiàn)在房間的規(guī)劃上。這樣就可以采用最熟悉的平面網(wǎng)格方式，來(lái)作為最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)描述。采用平面網(wǎng)格方式(圖2)繼承了習(xí)慣的平面作圖方法，當(dāng)立面基本不變時(shí)，擁有最高的布置效率，并且在程序的算法上，可以集中完善平面算法，極大的簡(jiǎn)化了問(wèn)題。

PMCAD在平面網(wǎng)格方式的基礎(chǔ)上，通過(guò)上節(jié)點(diǎn)高、柱底標(biāo)高、墻底標(biāo)高、斜桿等在局部突破層的限制，使立面能實(shí)現(xiàn)一定程度的變化(圖3)。

此變化依然建立在平面網(wǎng)格布置的基礎(chǔ)上，對(duì)于網(wǎng)架桁架等空間結(jié)構(gòu)布置就有一些困難，并且容易造成構(gòu)件沖突。如圖4布置中，為了布置斜桿而必須增加端部節(jié)點(diǎn)，而由于是平面網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)也在平面上且位于網(wǎng)格中間，使節(jié)點(diǎn)將網(wǎng)格打斷進(jìn)而使整段梁在此節(jié)點(diǎn)處打斷成為兩端梁。此類問(wèn)題在平面網(wǎng)格描述下不好解決。

PMCAD的另一個(gè)特點(diǎn)也是優(yōu)勢(shì)是標(biāo)準(zhǔn)層與組裝。此方式的好處在于，平面布置標(biāo)準(zhǔn)層時(shí)可以不考慮相鄰層的牽扯影響，而在標(biāo)準(zhǔn)層布置完成后，通過(guò)積木的方式將各標(biāo)準(zhǔn)層定義的自然層組裝在一起，完成全樓設(shè)計(jì)。組裝方式使樓層間的偶聯(lián)關(guān)系最小，不會(huì)因?yàn)樾薷哪硞€(gè)標(biāo)準(zhǔn)層而對(duì)其它層造成影響，從而降低了建模的難度。在處理大規(guī)模工程時(shí)，還可以有效縮小修改范圍到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的范圍內(nèi)，從而極大地提高了程序處理效率，如圖5所示。

圖2 平面網(wǎng)格方式描述模型

需要注意的是，PMCAD本身并不處理樓層與樓層間的銜接問(wèn)題，在SATWE和PMSAP前處理中，有專門的模塊將PM模型轉(zhuǎn)換為分析程序可以識(shí)別三維模型，并通過(guò)數(shù)據(jù)檢查功能報(bào)告建模中出現(xiàn)的構(gòu)件沖突問(wèn)題。對(duì)于復(fù)雜工程，需要反復(fù)根據(jù)此報(bào)告的提示，查找并修改模型中的錯(cuò)誤，如圖6所示。

3 SPASCAD特點(diǎn)

SPASCAD是三維建模軟件，其底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以具有XYZ三個(gè)坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)及空間網(wǎng)格，作為最基礎(chǔ)的描述數(shù)據(jù)，桿件、墻板、荷載等信息都在此基礎(chǔ)上建立。和PMCAD不同，SPASCAD中沒(méi)有平面網(wǎng)格及標(biāo)準(zhǔn)層概念，也沒(méi)有樓層組裝，所有操作都是針對(duì)自然層模型(圖7)。

正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，桿件的布置不再受到平面網(wǎng)格的限制，而且樓層關(guān)系直接通過(guò)自然層表現(xiàn)，連接關(guān)系更直觀。通過(guò)空間網(wǎng)格定位，布置出更為復(fù)雜靈活的空間模型，如體育場(chǎng)館，工業(yè)通廊棧橋等。但也正因?yàn)檫@些特點(diǎn)，空間網(wǎng)格要比平面網(wǎng)格多出一個(gè)維度，定位起來(lái)更復(fù)雜一些;直接自然層建模的方式更加直觀，沖突問(wèn)題可以在建模階段可直接避免或直接發(fā)現(xiàn)，但此方式增加樓層間在建模階段的耦合，修改一個(gè)樓層可能會(huì)影響到其它樓層，需要更為仔細(xì)?？梢?jiàn)針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)用不同的建模軟件或聯(lián)合應(yīng)用，才能使效率最高。此外SPASCAD的另一個(gè)特點(diǎn)是，針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)在建模過(guò)程中的特點(diǎn)和SPASCAD的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了若干提供建模效率的工具。

通過(guò)大量工程的分析(如圖8)，在混合結(jié)構(gòu)和復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，查找發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤往往是困難的。建立復(fù)雜模型本身和正確處理其中連接關(guān)系具有同樣的重要性。為了解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型中的建模錯(cuò)誤難以發(fā)現(xiàn)、難以查改的問(wèn)題，針對(duì)實(shí)際工程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，模型檢查提供了節(jié)點(diǎn)間距檢查、短構(gòu)件檢查、重合網(wǎng)格檢查、懸臂構(gòu)件檢查、異形墻板檢查、重合墻板檢查、簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)檢查、模擬施工3(構(gòu)件級(jí))定義檢查、荷載有效性檢查等，經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證，工具大幅提高了查改模型的效率，使對(duì)模型的把握更加便捷有效。

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的整體分析有所要求，而采用剛性梁來(lái)模擬上部桁架網(wǎng)架的方式又太粗糙，難以反映整體結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。由于桁架設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，其上下弦桿和腹桿經(jīng)常需要調(diào)整截面、修改荷載等，這就需要對(duì)模型的局部有所記錄。選擇集可以選擇部分模型并記錄下來(lái)，并可調(diào)用一個(gè)或多個(gè)選擇集來(lái)顯示。在導(dǎo)入dxf網(wǎng)格時(shí)，可以將圖層導(dǎo)入選擇集中，在插入子結(jié)構(gòu)時(shí)也可以導(dǎo)入其他模型的選擇集，如圖9所示。

圖9 選擇集的應(yīng)用

SPASCAD提供了多種方式來(lái)靈活快速的生成模型?？梢灾苯訉?dǎo)入PM/SAT模型(圖10)，例如對(duì)于看臺(tái)等規(guī)則的混凝土結(jié)構(gòu)部分，可以用層模型的方式來(lái)快速建立。然后通過(guò)子結(jié)構(gòu)拼裝的方式，來(lái)完成整體模型。拼裝方式還有一個(gè)用處，因?yàn)楦鞑糠直槐４鏋槎鄠€(gè)模型，既可以對(duì)結(jié)構(gòu)的各部分進(jìn)行獨(dú)立分析，也可以拼裝后完成整體分析。還可以通過(guò)dxf網(wǎng)格或excel文本這些通用的方式來(lái)導(dǎo)入完成，通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)格式，可以實(shí)現(xiàn)各種專業(yè)軟件的互通，以用戶最熟悉的軟件來(lái)完成建模部分。

4 總結(jié)

PMCAD和SPASCAD在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，就具有針對(duì)性，可以更方便地在各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域更高效的建立結(jié)構(gòu)模型。同時(shí)正是這種針對(duì)性，使其應(yīng)用相對(duì)受到限制。而面對(duì)不同工程時(shí)，使用不同的模塊，或?qū)⒏鬈浖?lián)合應(yīng)用起來(lái)，才能夠達(dá)到更高的效率，起到事半功倍的效果。

[1]PMSAP復(fù)雜多、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件用戶手冊(cè)

[2]SPASCAD空間結(jié)構(gòu)建模軟件用戶手冊(cè)

[3]PMCAD結(jié)構(gòu)平面CAD軟件用戶手冊(cè)