门式刚架轻型房屋设计系统PFCAD

技 术 标 准 动 态 工 程 建 设 门式刚架轻型房屋系统 PFCAD 刘 � 鹏 � 秦浦雄 (同济大学土木工程学院 � 上海 � 200092) � � 王学东 (建设部中国建筑研究所 � 北京 � 100044) � � 摘 � 要 : 介绍了基于�门式刚架轻型房屋钢结构技术规程�的门式刚架轻型房屋设计系统 PFCAD。 为了解决工程CAD系统中数据处理效率低的问题,提出了采用 Open Database Connectivity(开放式数据库 联接, ODBC)的技术对不同类型的工程数据用数据库进行管理,同时利用了 MFC ( Microsof t C+ + 基本类 库)中的 DAO(数据库存取对象)技术对数据库进行管理和查询,从而提高了整个 CAD系统的集成化程度。 � � 关键词 : 门式刚架 � 工程 CAD � 工程数据库 A PORTAL FRAME DESIGN SYSTEM Liu Peng� Qin Puxiong ( College of Civil Engineering T ongji University � Shanghai� 200092) Wang Xuedong ( China Building Standard Design-Institute � Beijing � 100044) Abstract : A Protal Frame Design System, named PFCAD, is introduced in this paper. The PFCAD is developed according to new ly published� T he Light- Weight Steel Portal Frame T echnical Specificat ion of China� . In order to improve the eff iciency of data man ipulat ion, the system is built based on cent ral engineering database technology, using ODBC , an open database connect ivity and programming standard developed by Microsoft . The DAO( Data Access Object ) technique in MFC ( Microsoft Fundamental Class) is ut ilized simultaneously to manage an d query the database, improving the integration of system. Keywords : portal frame � engineering CAD � engineering database * 本文得到蔡益燕高工的帮助,谨表谢意。 第一作者:刘鹏 � 男 � 1971年 10月出生 � 博士研究生 收稿日期: 1999 08 10 � � 近年来, 门式刚架轻钢房屋在国内尤其是沿海 地区有极大的发展。这种轻型房屋以门式刚架为受 力体系,外墙采用冷弯薄壁型钢檩条和压型钢板, 承 重体系和维护体系都很轻, 施工速度快, 整体造价 低,主要用于工业厂房、仓库、商店等建筑。目前已 有许多国外公司进入中国市场, 采用计算机辅助设 计( CAD)和计算机辅助制造 ( CAM)技术, 大批量生 产标准规格的产品。据估计近几年已有 200 万 m2 以上的建筑采用了外国公司的产品[ 1]。相比之下国 内厂家在设计经验和制造的自动化方面程度都不 高。另一方面, �钢结构设计� ( GBJ17 - 88) 和 �冷弯薄壁型钢结构技术规范� ( GBJ18- 87) 对这种 门式刚架缺乏专门的规定, 依此标准设计出来的结 构用钢量偏高[ 1]。 目前,针对门式刚架轻钢房屋的专门规范�门式 刚架轻型房屋钢结构技术规程�已完成。该新规范 提供了门式刚架的专门计算方法, 引入了许多国外 的先进经验和最新成果, 为提高国内门式刚架轻型 53Industr ial Construction 1999, Vol� 29, No�12 工业建筑 � 1999 年第 29 卷第 12 期 � � 房屋的设计水平提供了依据。但另一方面, 也使得 门式刚架的计算较以前复杂, 广大设计人员和厂家 迫切需要有一个方便的门式刚架轻型房屋设计系 统。本系统 PFCAD( Po rtal F rame CAD)正是为此目 的而开发的。 1 � PFCAD的基本特点 门式刚架轻钢房屋与传统的单层厂房有很多不 同之处。它是由相互刚接的变截面焊接工字钢构件 构成的单层框架抵抗水平力并承受竖向荷载。 1�1 � 门式刚架几何形状的定义 门式刚架轻钢房屋有单跨和多跨之分, 但为了 排水方便,通常做成一个大山字双坡, 或者单坡, 而 不做成多个山形的屋面形状。中间柱通常与框架柱 铰接, 即新规范中所称的摇摆柱。但是有吊车的跨 两个柱柱脚一般都刚接。PFCAD中通盘考虑了上述 各种情况,并为了有更大的适应性, 以一跨为一基本 输入单位, 每跨有左柱高、右柱高、屋脊高、跨度、屋 脊位置 5个参数。相邻跨柱高可以不一致。跨与跨 的组合可以覆盖所有可能的门式刚架形状。 对于边柱轴线的定位, 国内习惯以柱中线为轴 线定义,而国外公司很多以檩条外沿或墙板外沿作 为轴线。PFCAD提供了多种轴线定位方式供用户选 择:柱脚中心、柱脚外沿、檩条外沿和墙板外沿。 1�2 � 变截面构件的定义和方法 门式刚架为了节省材料, 构件截面都根据内力 大小而改变。一般采用几段工字钢截面拼接或焊接 而成,每段的腹板高度线性变化。各段的翼缘、腹板 厚度均可不同。国外设计中内外翼缘厚度、宽度也 不相同以进一步节省材料。因此, 在 PFCAD中, 用 户可以把梁和柱分割成任意段, 每段可以定义腹板 厚度、腹板两端高度、内翼缘厚度及宽度、外翼缘厚 度及宽度。力求提供用户更灵活的截面设计能力。 内力分析中上述的每段作为楔形单元, 采用高 斯积分计算其刚度特性。门式刚架按平面结构进行 弹性分析, 不考虑蒙皮效应和构件的塑性承载力。 这与新规范中的设计原则是一致的。 1�3 � 荷载组合 新规范中参考美国钢结构房屋制造商协会 1986 年出版的�低层房屋系统设计手册�确定了门式刚架 轻钢房屋的风载体型系数。该技术规程将房屋分成 封闭式、半封闭式和开敞式,并按屋面坡度分成 10�、 10�~ 30�、30�~ 45�和 90�四种情况 ( 45�~ 90�由插值 得出)。按房屋的受风部位又有中间区和端区两种 情况。而上述各种情况的每一种组合都有 2 ~ 3 种 不利的荷载情况均须参与荷载组合。手工计算十分 复杂。 在 PFCAD中, 完全实现了风荷载计算的自动 化。一个房屋的各榀门式刚架按受风面积和所在区 域(中间区或端区)分组,各组刚架分别定义构件分 段、进行荷载组合。这样,一个房屋各榀刚架的轴线 虽然相同, 处于不同受风区域的刚架构件可以调整, 以节省材料。 2 � PFCAD 系统结构 工程CAD系统需要对工程数据、材料库、有限元 分析结果等众多数据进行管理。基于文件设计的系 统在实现中存在不少的困难。数据的管理, 包括数 据的输入、输出、查询、合法化检查以及数据之间的 关系运算等诸多问题使数据结构和应用系统纠缠在 一起,系统中数据结构的任何改动都引起文件系统 大面积的变动。另一方面, 文件系统的顺序存储使 CAD系统的前后处理也不够灵活。 采用数据库管理系统作为 CAD 系统的核心, 对 系统的数据进行存放和管理, 可以使数据操作对应 用系统具有相对独立性, 减小了系统数据结构对文 件系统的依赖性。但是目前的商用数据库软件种类 繁多, 互不兼容。Microsoft 公司推出的开放数据库 互连 � � � ODBC,是一种基于 SQL 语言的数据库的程 序设计标准。在Windows95/ NT 平台上, ODBC 2� x 为建立 32 位的数据库应用程序提供了极好的工具。 采用支持 ODBC2� x的 Visual C+ + 或 Visual Basic可 以实现面向对象的数据库应用程序设计。特别是 Visual C+ + 2�0 版本后推出的 ODBC Database Sup- po rt和 DAO Database Support 使数据库应用系统开 发者避免了与数据源相联的复杂性, 同时允许多个 应用程序访问多个数据源。本系统正是通过 ODBC 的支持建立于 Access 数据库管理系统之上。 PFCAD系统的数据库由系统数据库和项目数据 库组成。系统数据库里存储的是公用数据, 包括各 种型钢截面和组合截面的特性数据, 以及常用桥式 吊车的参数。一个独立的门式刚架轻钢房屋称为一 个项目。项目数据库存储一个项目的所有数据, 包 括排架布置、刚架形状、构件尺寸、吊车布置及檩条、 支撑等次要构件信息。系统各模块通过 ODBC/ DAO 技术对数据进行读写(图 1)。 54 工业建筑 � 1999 年第 29 卷第 12 期 结构分析前处理 结构分析 结构分析后处理 数据库连接访问方 法: ODBC/ DAO 系统数据库 项目数据库 图 1 � PFCAD系统结构 ODBC 建立在客户/服务器模型上 , 即它不真正 关注数据库 API 的组件是什么, 因为数据库的性能 实际上取决于数据库的数据协议和 SQL 功能。服务 器从客户处得到的唯一输入值是数据协议。整个 ODBC 的结构包含 4 个组件(图 2) : 应用程序 ODBC驱动器管理器 ODBC驱动器 � � 数据源 / 数据存储 ����结果提取 图 2 � ODBC调用过程 ( 1)应用程序:负责用户和用户接口之间的交互 操作,调用 ODBC 函数以给出 SQL 语句并提取结果; ( 2)驱动器管理器: 为应用程序加载和调用驱动 器; ( 3)驱动器: 执行 ODBC 函数调用, 发送 SQL 请 求给指定的数据源,并将结果返回给应用程序 ; ( 4)数据源: 由数据集和其相关的环境组成。 驱动器管理器、驱动器和数据源对数据库应用 程序的开发者是透明的。只需在应用程序中创建一 个具体的数据库及数据源, ODBC 驱动器自动进行数 据源的登录及驱动相应的数据库驱动器。 3 � 工程数据库核心技术 DAO DAO类库是 ODBC 基础上对数据库操作的更高 层次的抽象。DAO封装了数据库操作中数据库、表、 域、索引等细节, 大大提高了数据存取效率, 操作方 法简单、直接。开发人员可避免使用 ODBC 复杂的 层次概念和 SQL 语言。 下面列举一个使用 DAO 对现存的数据库 wcad. mdb进行数据存取的实例(图 3)。 由此可见, 在数据库技术的支持下数据的读写 操作只需用相应的关键字和索引规则即可, 不需要 关心数据的具体存储位置。增加和删除某些数据项 也不会影响其它数据的存储。 CDaoDatabase* m- pDB= new CDaoDatabase; COleVariant var; CS tring Value= - T ( � FieldValue� ) ; m - pDB- > Open( � w cad. mdb� ) ; ASSERT( m- pDB- > lsOpen( ) ) ; CDaoTableDefTable( m- pDB) ; T able. Open( � SampleT able� ) ; CDaoRecordset S et (m - pDB) ; S et . Open( & T able) ; S et .AddNew ( ) ; var= BuildOleVariant( CSt ring( � Text� ) , Value) ; S et . SetFieldValue( CString( � CraneNam e� ) , var) ; � � � / /数据存放于各列中 S et . Update( ) ; S et . Close( ) ; T able. Close( ) ; (数据存储) CDaoDatabase* m- pDB= new CDaoDatabase; COleVariant var; int nFields; m - pDB- > Open(�w cad. mdb� ) ; ASSERT( m- pDB- > lsOpen( ) ) ; CDaoTableDefTable( m- pDB) ; T able. Open(�SampleT able� ) ; n Fields= Table. GetFieldCount ( ) ; CS tring st rSelect ( - T(�S elect* From SampleTable� ) ) ; CDaoRecordset S et (m - pDB) ; S et . Open( & T able) ; w hile( ! S et . IsEOF( ) ) { � � � � � / /获取纪录中 � for( int i= 0; i< nFields; i+ + ) � �/ /各列数据 � � var= S et. GetFieldValue( i) ; � � S et .M oveNext ( ) ; } S et . Close( ) ; T able. Close( ) ; (数据提取) 图 3 � 数据存取的实例 4 � 结 � 论 本系统考虑了门式刚架轻型房屋的特殊性, 在 �门式刚架轻型房屋钢结构技术规程�的基础上, 实 现了一个界面友好的、以工程数据库为核心的门式 刚架轻型房屋设计系统。工程数据库动用了 ODBC 和 DAO技术, 具有以下优点: ( 1)将 ODBC 技术用于系统的核心数据库, 可将 系统中不同的数据结构用关系型数据库中不同的表 格存放。应用系统中的各个模块可在核心数据库中 读取其它模块建立的数据。这样大大地提高了对工 程 CAD 系统的各种数据的管理效率。 (下转第 34 页) 55门式刚架轻型房屋设计系统 PFCAD � � � 刘 � 鹏等 框和金属框采用氯丁橡胶垫块, 垫块表面承压值 � 0�1N/ mm2,在填缝材料的上面, 注一道防水密封胶, 常采用硅酮系列密封胶(见图 1)。 图 1 � 明框玻璃幕墙安装剖面 1- 竖向件; 2- 固定连接件; 3- 玻璃; 4- 密封胶 2 � 隐框玻璃幕墙施工工艺 隐框玻璃幕墙是第二代玻璃幕墙,最大特点是立 面看不见骨格和窗框,使玻璃幕墙外观更统一、新颖, 通透感更强。施工工艺不同于第一代玻璃幕墙, 不是 将玻璃嵌在窗框的凹槽内, 而是用一种高强胶粘剂, 将玻璃粘到骨架上(图 2)。安装注意的问题主要是 结构胶的使用。目前使用的是硅酮胶, 大部分进口, 价格贵,而且使用时的相容性检验要送到其生产厂家 检验,检验时间长, 如送到美国检验需一个月左右, 致 使施工单位以次充好,从而使玻璃幕墙存在严重安全 隐患。因此为了克服安全隐患, 要严格监督检查, 严 格按玻璃幕墙规范要求施工和管理。 图 2 � 隐框玻璃幕墙安装剖面 1- 铝框; 2- 聚乙烯泡沫; 3- 密封胶; 4- 玻璃 3 � 点式连接法玻璃幕墙施工工艺 点式 DPG( Dot Point Glazing)连接法属第三代玻 璃幕墙。此技术为英国皮尔金顿玻璃公司开发, 在强 化玻璃四角打孔,再用螺栓加以固定, 螺栓与玻璃表 面平齐,使建筑物内外更流通和融合, 由于玻璃打孔, 打孔处容易因重力、风力、地震力引起应力集中,所以 在螺栓和玻璃孔之间,玻璃后面加上垫圈, 起缓冲作 用, 玻璃所受外力通过垫圈传走(见图 3)。 图 3 � 点式连接剖面示意 � 另一种 DPG连接方法法用拉�维莱特体系,主要 施工工艺是在玻璃四角的孔洞中安装一个半球形的 铰接螺栓, 使其自由转动 ,螺栓的转动中心和玻璃重 心是一致的, 可以避免连接处产生扭转弯矩, 并且每 四块玻璃四个孔洞用一个 H 形构件加以连接(图 4)。 以此来控制因风力和地震力引起的每块玻璃的位移。 图 4 � DPG 连接法剖面示意 � 总之, 随着玻璃幕墙技术的不断开发和完善, 玻 璃幕墙出现安全问题是可以解决的, 玻璃幕墙作为一 种新颖的建筑造型语言, 必将给人们的生活增添美感 和无穷乐趣。 参考文献 1 � 雍木.装饰工程施工手册.北京: 中国建筑工业出版社, 1992 2 � 马国馨.玻璃幕墙点式连接法.世界建筑, 1998(2) : 73~ 77 3 � 何健安.玻璃幕墙发展趋势不减.施工技术, 1997( 3) : 4~ 6 4 � 王朝熙.装饰工程手册.北京:中国建筑工业出版社, 1991 5 � 郝魁.建筑装饰工程施工工艺.上海:同济大学出版社, 1996 (上接第 55 页) ( 2) ODBC 技术简化了数据库接口的程序设计, 降低了系统设计的难度, 并使数据库应用系统具有 很强的可移植性和容错性。 ( 3)使用 DAO 技术对核心数据库进行操作, 避 免了原来嵌入 SQL 进行预编译的方式, 使系统能对 数据进行高效率地操纵和管理。 参考文献 1 � 蔡益燕.我国�门式刚架轻型房屋钢结构的技术规程�草 案的若干特点.见:第三届中日建筑结构技术交流会, 深 圳, 1997 2 � ODBC2�0 SDK. Visual C+ + 4. 0 Books Onlin e. M icrosof t Company, 1995 34 工业建筑 � 1999 年第 29 卷第 12 期