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MTSTool钢结构工具箱的应用与展望
来源:建筑钢结构网  作者:  时间:2009-12-22   关键词:
摘要:

(同济大学 王华琪 上海蓝科钢结构技术开发有限公司 陈 亮 宫 海)

[摘 要] 目前市场上的结构设计软件对钢结构的设计与分析已经较为完善。然而实际工作中,工程设计人员往往会面临只需对局部构件或者局部节点进行验算、设计的情况,此时采用结构整体分析软件并不便捷。MTSTool钢结构工具箱是上海蓝科钢结构技术开发有限公司自主研发的钢结构工具箱软件,很好的解决了这一问题。MTSTool通过集成多个子模块,能完成常用的资料查询,以及快速、准确地对钢构件或者节点连接进行验算和设计。本文通过介绍MTStool钢结构工具箱的基本功能,并结合实际工程的应用,对MTSTool钢结构工具箱各个子模块的鲜明特点进行阐述,并对MTSTool的前景进行展望
[关键词] MTSTool 钢结构 工具箱 结构设计
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
实际工作中,工程设计人员往往只需对局部构件或者局部节点进行验算、设计,或者需要对截面属性、材料属性等进行查询,此时采用结构整体分析软件或者翻阅相应资料进行手算等途径并不便捷。MTSTool钢结构工具箱基于简便、快速、准确的思想,完全按照建设部最新颁布的行业规范,在微软最新的.net平台上开发完成。MTSTool是上海蓝科钢结构技术开发有限公司自主开发的钢结构工具箱,既可与该公司自主开发的设计软件MTS进行配套使用,也可作为设计者的便利工具箱独立使用。
MTSTool工具箱利用参数化设计的计算绘图一体化的方式,把各种钢结构设计计算中常涉及的参数、规范条文有机地结合到程序中,可以模拟手算过程生成详细的计算书。具有自主设计功能,能帮助工程师挑选最优方案,大大减少了工程师花在计算上的时间,提高设计的准确度和效率,通过大量实际案例的测试结果表明,MTSTool可以有效的提高设计的准确度和效率。MTSTool工具箱的主要功能如下图1所示。

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MTSTool的截面属性查询功能里的资料库包括了中、美、英、日四个国家的多种截面库,同时支持自定义的方式,方便设计者根据实际的需要增加特殊的截面数据。工具箱在自定义截面时候的数据输入顺序也参考了设计者的日常习惯,使得设计更方便、更快捷。
现在的设计中,工程人员经常需要对某些结构局部的节点或连接进行相应的验算或设计,现有的许多设计软件能进行此项工作,但是由于工程人员往往只是需要对局部进行验算或设计,此时采用结构设计软件就显得不够便捷。MTSTool中的独立节点设计可以满足此类需求,针对常用的轻钢厂房节点、框架结构节点,MTSTool提供傻瓜化自动设计与可干预手动设计双重选择,让用户方便完成设计,同时能出具包括了详细的验算过程及结果的计算书,做到验算透明化,所有节点均有详细的工程图纸输出功能。
同时,在门式钢架厂房中,因其主结构采用平面设计,而檩条等构件对主结构而言相对独立,故此类结构一般也采用单独设计。MTSTool涵盖了檩条、吊车梁、抗风柱、屋面支撑、柱间支撑等常见的厂房构件,通过参数化输入信息,得到规范要求的所有验算结果,具有详细验算过程和支持计算书输出,并针对部分构件有详细的构件图,极大的方便了设计人员的工作。
下面,将结合MTSTool在实际工程中的常见应用,作简单的介绍。
二、檩条设计
实际工程中,檩条的验算相对比较复杂,一方面规范中针对檩条的验算计算复杂,考虑的参数多而繁琐,如门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的附录E就针对风吸力下檩条的稳定作了详细的规定,同时又有参考冷弯薄壁型钢结构技术规范的内容。这类复杂的公式数值计算若能由软件协助完成,则能极大提高了工程师的设计效率
另一方面,随着工程技术的发展,厂房结构的柱距也相应的由起初的标准的6m或7.5m逐渐加大到9m、12m甚至更大跨度,通常情况下对于这种大柱距的厂房,檩条采用C型或Z型钢往往满足不了设计要求,此时,需采用箱型、双槽箱型组合、或者高频焊接薄壁H型钢截面,但是,国内现有的设计软件一般很少有支持后者截面的功能。在这种情况下,MTSTool及时地推出,其中的檩条设计包括了各类上述截面,适应工程实际发展情况,并能根据选择的截面提供不同的规范验算。
MTSTool中的檩条设计,将复杂的檩条设计分为四个步骤:几何信息输入->荷载参数输入->补充信息输入->得到验算结果。程序的验算结果采用表格形式输出,一目了然。同时,程序会给出详细的计算过程,方便工程设计人员检查。
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三、吊车梁设计
吊车梁设计是门式刚架厂房设计中重要的一个环节。MTSTool工具箱把吊车梁设计作为一个重点,认真细致的分析了吊车梁设计中的各个细节,用户可轻松简单地实现整个设计过程。
首先对于吊车荷载的输入,用户可选择MTSTool的资料库中所搜集的大部分常用吊车信息,也可以通过添加新吊车自行添加设计需要的吊车信息。同时 MTSTool工具箱把吊车的轮子数增加到单侧8个之多,选择的空间更大,与实际的工程设计更贴切。另外,MTSTool还可考虑是否增设制动桁架或制动板。
同时,MTSTool工具箱的吊车梁设计增加了细部的设计,重点细分了梁端的设计、翼缘与腹板的焊缝设计、腹板和支座的加劲肋的设计。其中加劲肋还具体分为横向和纵向分别设计,并在同一页面上同步动态的给出相应的图示和截面验算结果,极大的方便了设计者的设计和验算。如果选择自动设计,MTSTool工具箱还会自动生成合适的细部构造设计,设计者也可以在自动设计的基础上进行部分的数据更改。
在截面参数定义上,MTSTool工具箱除了支持用户自定义进而验算的功能,还支持程序自动根据经验公式定义截面参数,以及优化设计。MTSTool工具箱可以给出一系列的优化结果,同时给出相应截面参数下强度、挠度和稳定的限值以及用钢量,并能给出加劲肋的布置方案建议,使得设计人员能够一目了然地选择最优的设计方案。
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吊车梁设计部分特别提供了详细施工图的生成,用户可通过绘图参数的设定,输出图纸CAD通用的DXF格式图纸,方便在AUTOCAD中进行修改及打印。
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四、柱间支撑设计
早期的门式刚架作为轻钢厂房,柱间支撑布置相对简单。但随着门式刚架的应用范围的增大,柱间支撑的形式变得多样化:如考虑双层结构的双层支撑布置,考虑到门洞安排的八字形布置,甚至采用门式桁架布置。同时,作为主要的侧向受力体系,柱间支撑不仅要承受风载、吊车荷载,有时还要承受侧向地震荷载。布置形式的多样性,和荷载的复杂性,使得柱间支撑设计的手工完成变得不现实。
MTSTool中的柱间支撑设计功能使设计人员摆脱这种困境。MTSTool采用节段的概念,通过逐层定义支撑节段,可以快速实现复杂的柱间支撑体系。MTSTool能给出八字形、十字形、人字形和门式桁架的任意组合形式,能在节段顶部自定义添加风荷载和吊车荷载,同时能指定考虑地震荷载所需的分担质,这样使得周全的考虑风荷载、吊车荷载、和地震荷载的作用成为现实。
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对于计算模型,MTSTool支持柔性支撑和刚性支撑。MTSTool在计算过程中支撑采用只拉杆件单元模拟柔性支撑,能更准确的反映实际结构;MTSTool能给出详细的设计过程,使得工程人员的设计结果更准确、更有说服力。
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五、组合梁设计
在多高层结构中,组合梁由于其能充分利用楼板的抗弯刚度,充分发挥钢材和混凝土两种材料的的受力性能,节约梁的用钢量,而被大量的采用。组合梁的设计,钢结构设计规范及高层民用建筑钢结构技术规程都作了详细的规定。
MTSTool中的组合梁设计功能严格按照相应规程的要求,详细考虑了各类情况:采用混凝土板或压型钢板,支持栓钉连接件的自定义布置和程序自动布置。同时,可以分别对施工阶段及使用阶段进行强度、挠度验算等等,满足规程说明,能支持不同的设计验算控制,例如可以支持部分抗剪连接设计验算。MTSTool能提供详细的计算书,包括有效宽度计算、变形验算、施工阶段验算的详细计算过程。、
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六、节点设计
MTSTool工具箱支持梁柱连接、梁梁连接、柱脚连接、牛腿连接和梁墙连接五大类型的节点设计。每种大类型又有多种具体形式可供选择,包含了实际工程中大部分的节点类型。除了常用的H形截面外,部分节点连接支持钢管截面和箱形截面。对于框架梁柱连接、梁梁连接,支持常用、精确和等强三种设计方法,并能考虑节点抗震验算。
MTSTool支持验算和自主设计,其中自主设计能基于默认截面库(或材料库)进行,用户可通过编辑或自定义默认截面库(材料库)来更为灵活的控制自动设计过程。MTSTool
能够生成导出详细的计算书,并可生成导出节点详图。
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七、MTSTool工具箱的展望
作为一个优秀的钢结构设计软件,MTSTool工具箱简洁、容易上手但又不失严谨,得到了众多工程设计人员的好评,并给予了大量的支持。在工程设计中的应用也越来越广泛,前途不可限量。作为开发该软件的蓝科公司必将在各设计院、钢结构设计公司的大力帮助下,不断的完善MTSTool工具箱的各项功能和设计要求,对于实际使用中常遇到的隅撑设计和独立梁设计,MTSTool工具箱将在近期推出。MTSTool工具箱将不仅仅只专注在上部构件,对于下部地基基础的设计也将在不久的将来得到补充。MTSTool工具箱正朝着成为贴近工程设计人员实际设计习惯的得力助手这一目标迈进。

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