李麗

摘 要：在輕鋼工程的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中，經(jīng)常要用到與材料截面有關(guān)的一些幾何量，如慣性矩、截面抵抗矩，但由于輕鋼材料的種類繁多，如果用傳統(tǒng)的手工計(jì)算方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，還容易出錯(cuò)。該文分別用AutoCAD和CAXA對(duì)材料截面的幾何性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者相差不大，都適用于計(jì)算材料截面的幾何量。

關(guān)鍵詞：輕鋼材料 AutoCAD CAXA 截面幾何性質(zhì)

中圖分類號(hào)：O312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0043-02

輕鋼結(jié)構(gòu)建筑具有自重輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工工期短、可回收重新利用、環(huán)境污染少、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是綠色環(huán)保型建筑。用于建造輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的輕鋼材料常用于大型廠房、機(jī)場(chǎng)、高鐵站臺(tái)、會(huì)展中心等建筑中，也是未來建筑材料的發(fā)展方向。在對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，經(jīng)常需要使用到各種型號(hào)的墻面板、屋面板和樓承板截面的幾何性質(zhì)，如：慣性矩、抵抗矩等。但是墻面板、屋面板和樓承板的形狀都不規(guī)則，幾乎不能用傳統(tǒng)手工方法計(jì)算，然而AutoCAD和CAXA軟件就能應(yīng)用面域特征功能進(jìn)行查看和計(jì)算，該計(jì)算過程十分簡(jiǎn)便，且計(jì)算結(jié)果精確可靠。本文以墻面板YX66-400-800型號(hào)為例進(jìn)行描述。

1 AutoCAD計(jì)算輕鋼材料的截面幾何性質(zhì)

1.1 將圖形建立成面域

首先導(dǎo)入墻面板YX66-400-800型版型圖到AutoCAD軟件中。如圖1。

建立一個(gè)面域的首要條件是，圖形必須是一個(gè)封閉的圖形，并且不能有斷開或是超出的部分。先將圖形分別上下偏移0.25 mm（偏移量由厚度決定，計(jì)算方法相同），再將兩端端口用直線封閉起來，刪除中間的那條曲線。用面域命令創(chuàng)建面域，可以在命令中直接輸入快捷命令Region，也可以點(diǎn)取菜單欄繪圖—面域。根據(jù)提示選取對(duì)象，然后回車。面域建立完成。

1.2 將坐標(biāo)軸原點(diǎn)平移到圖形的質(zhì)心上

可以直接在命令窗口輸入MASSPROP命令，也可以點(diǎn)取菜單欄工具—查詢—面域/質(zhì)量特征命令。然后選取對(duì)象，回車，彈出圖2。

由圖2可知，現(xiàn)在的質(zhì)心為：

X=-1345.0001，Y=-2345.0002

在命令窗口輸入U(xiǎn)CS回車，分別輸入X值和Y值，中間用逗號(hào)隔開，回車，選擇水平為X方向，豎直為Y軸方向。這樣坐標(biāo)軸原點(diǎn)就移到質(zhì)心上了。

1.3 截面慣性矩和抵抗矩的計(jì)算

在命令窗口輸入MASSPROP命令，也可以點(diǎn)取菜單欄工具—查詢—面域/質(zhì)量特征命令。然后選取對(duì)象，回車。彈出圖3。

由圖3可知，現(xiàn)在X、Y的坐標(biāo)值都已經(jīng)為零，說明上一步已經(jīng)成功將坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)到質(zhì)心上了。慣性矩為：

mm4，

mm4

截面抵抗矩（W）是截面對(duì)其形心軸慣性矩與截面上最遠(yuǎn)點(diǎn)至形心軸距離的比值，即：

mm3

mm3

2 用CAXA計(jì)算輕鋼材料的截面幾何性質(zhì)

2.1 將坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)到截面圖形的質(zhì)心上

首先進(jìn)行偏移命令，將兩端用直線封閉。點(diǎn)取工具—重心命令（材料均勻時(shí)，重心與質(zhì)心重合），然后拾取閉合區(qū)域，單擊鼠標(biāo)右鍵彈出圖4。

由圖4可知：X=-4.134，Y=0.580；

輸入U(xiǎn)CS命令，單擊回車，給坐標(biāo)原點(diǎn)命名為重心，單擊回車，分別輸入X、Y軸的坐標(biāo)值，中間用逗號(hào)隔開，單擊回車，指定水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸。再次檢查重心位置，如圖5。

由圖5可知，X=0，Y=0說明坐標(biāo)原點(diǎn)已經(jīng)成功移動(dòng)到了截面的質(zhì)心上。

2.2 截面慣性矩和抵抗矩的計(jì)算

點(diǎn)取工具-慣性矩命令，拾取要計(jì)算材料的封閉區(qū)域，在選擇自己需要的慣性矩種類，這里選取，單擊右鍵，彈出圖6。

如圖所示，慣性矩：

mm4， mm3

同樣的方法可以計(jì)算出：

mm4， mm3

3 用AutoCAD和CAXA計(jì)算輕鋼材料截面幾何性質(zhì)的對(duì)比

針對(duì)YX66-400-800版型，從表1可知，以AutoCAD為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的最大誤差為0.1196%，由此可見，兩者的計(jì)算結(jié)果十分相近。結(jié)合計(jì)算過程可知，兩種方法的計(jì)算量及計(jì)算步驟也相差不多，但卻仍是兩種處理方式的到的相近的結(jié)果，因此，兩者的計(jì)算結(jié)果能相互映證，都可靠，并且兩種方法都比較方便。

4 結(jié)語

輕鋼材料在我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但由于輕鋼材料的不規(guī)則性使得傳統(tǒng)的計(jì)算方法并不適用，該文給出了兩種快捷、可靠的計(jì)算輕鋼材料截面的幾何參數(shù)的方法，使用這兩種方法得到的結(jié)果相差不大，證明其結(jié)果是可靠的。對(duì)于計(jì)算輕鋼材料的幾何性質(zhì)，可以選用AutoCAD和CAXA軟件中的一種軟件進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算過程也可發(fā)現(xiàn)該方法十分方便可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] 李百營(yíng).借助AUTOCAD繪圖軟件計(jì)算梁橫截面的慣性矩[J].煤炭工程，2008，14（2）：33-34.

[2] 黃永玉，王曉君，張建育.截面幾何性質(zhì)問題求解的簡(jiǎn)便方法研究[J].機(jī)械制造研究，2009（3）：115-116.

[3] 劉鴻文.材料力學(xué)I[M].4版.北京：高等教育出版社，2004.

[4] 杜兵，呂彥.利用AutoCAD求解任意截面的幾何性質(zhì)[J].機(jī)械，2001，28（1）：33-34.

[5] 張敏，李百建.波紋鋼板截面幾何性質(zhì)計(jì)算[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（10）：2400-2404.