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【摘 要】计算机辅助结构设计的应用，结构设计人员不但可以计算复杂的结构体系，而且节省了结构设计时间，为多方案反复比较提供了可能。在使用计算机辅助结构设计和分析实际生产问题时，需要针对其中某些复杂多变的集成问题设计更为适用的实验模型：一种基于统一模型库方式的组件式CAD/CAE集成框架，以结构CAD/CAE集成模型库为框架底层，以几何造型、可视化交互、第三方CAD、第三方CAE 等组件为中间组件层，此种集成框架能扩大计算机辅助结构的应用范围。
【关键词】计算机；结构设计；应用探讨
随着国民经济的高速发展，人们生活水平不断提高，对建筑的要求越来越高，结构体系越来越复杂。这就在技术层面上要求结构设计人员应用计算机辅助设计软件，使之不但可以计算各种复杂的空间结构的静力及动力问题，而且还可进一步对各种形式的结构方案进行经济比较而取得优化的结果。其中计算机辅助设计（ComputerAided Design，CAD）技术与计算机辅助工程（ComputerAided Engineering，CAE）技术的集成是当今计算机辅助领域中研究热点之一，目的是将代表先进几何建模技术的 CAD 技术与代表强大分析计算能力的 CAE 技术紧密结合，以适应现代产品的动态设计特性的要求。
1.计算机辅助结构设计的发展状况
计算机辅助结构设计的发展也是随着我国经济建设和互联网技术的发展而不断改进的，以往的计算机辅助结构设计存在很多的问题，毋庸置疑的是目前我国的计算机辅助结构设计有一定的改进，其应用的范围和方式也有很大的改善。
1.1以往的计算机辅助结构设计的不足
上世纪，我国计算机发展的程度不够大，信息化普及范围不大，使得计算手段上发展的滞后，尽管结构设计人员希望在制订结构方案时能进行多方案比较，但因手工计算工作量大，计算简图不尽合理，无法对复杂的三维结构进行较准确的分析，工时过长而难以实现。
1.2现在计算机辅助结构设计的发展
如今计算机运算速度的加快和贮存增大，使各种复杂的空间结构分析时间大大缩短，而精度大大提高，在短时间内即可通过多方案比较，找出技术先进、经济合理的结构方案。在结构工程试验中，计算机辅助试验软件的应用，人们开始探索利用计算机模拟试验的可能。一个规范的设计工程，首先要考虑其计算机模拟试验发生的可能性，再要对其结构进行精确的分析，所以目前在工程中应用较多的分析软件主要有三类：第一类是基于薄壁理论三维结构的有限元分析软件，薄壁柱理论的优点是自由度少，使复杂的高层结构分析得到了简化，但是，实际工程中剪力墙难于满足薄壁理论假定，计算出人大，精度难得保证；第二类是基于薄板理论的有限元分析软件，把无洞口或较小洞口的剪力墙模型简化成一个板单元，把较大洞口的剪力墙模型简化成板梁连接体系，这类软件对剪力墙模型简化也不够理想；第三类是基于壳元理论的二维结构有限元分析软件，由于壳元即有平面内刚度，又具有平面外刚度，用壳元模拟剪力墙和楼板可较好地反映其实际受力状态，理论上较科学，分析精度较高。目前在各种工程设计中，计算机辅助实验软件运用的实验模型也有很多改善，现阶段的结构设计人员采用的计算模型主要有三种：第一种是采用单棍框架简化计算，其计算精度较低，误差较大；第二种方法是采用框架模型计算，其缺点是只能按一层框架分析，其上部砖混结构的风荷载，地震荷载所产生的内力无法传递到底框梁上，计算精度不高；第三种方法是采用壳元理论三维结构有限元分析软件，把砖墙看作低强度的剪力墙进行计算，其计算精度较高。由此设计人员可以发现很多计算机模拟试验的优点：它不受空间尺寸和时间长短的限制，可以提供完整清晰的数据和图形。
2.计算机辅助结构软件运用注意要点
结构设计人员在应用计算机辅助结构软件在进行结构分析计算时，要保持头脑清醒，充分认识到目前计算机辅助结构设计软件还很不完善，不要对计算机辅助结构设计软件过分依赖，要充分发挥设计人员的主观能动性，坚持以人为主，以机为辅，从实际出发。
2.1确定好计算机软件的前提条件
在计算前合理选择结构受力体系，最好是通过多方案比较确定结构受力体系，如果没有一个相对合理的受力体系，而运用计算机辅助结构设计软件进行分析，决不会有合理的结果，盲目的进行计算，只有导致不合理的分析数据。同理，计算参数是计算的前提条件，在运用计算机进行数据运行时，如果前提条件不合理或错误，即计算参数的选定出现偏差，那只会带来不合理或错误的结果，从而导致工程事故，如某框架设计因参数不合理，出现了明显的计算错误。
2.2检测和验证实验软件
检测和验证工作通常应有一定设计经验的结构工程师进行，其内容应包括软件适用的运行环境、适用范围、软件的计算精度、可能出现的问题，以及应用时注意的事项。如我院所有应用的软件，都经过数名有经验的工程师进行检测和验证，确认软件可运用于工程项目后方可投人使用，并在使用过程中收集使用者的反馈信息，报请有关编制单位协调解决在运行中出现的问题。
2.3加强计算机设计软件的选取与管理
选择使用计算机辅助设计软件时，要选用具有相当开发实力的正规开发商，这样在软件升级和售后服务等诸多方面才能达到保障。切不可采用盗版软件，盗版软件的出错率是随机进行的，以免造成不必要的经济损失。在计算机设计软件运行过程中要严格对计算机进行管理，防止计算机病毒的侵蚀。如采用局域网络版软件时，可要求所有局域网的所有的计算机不安装光盘和软盘，只有系统管理员所用的机器上安装光盘和软盘，所有外来软件必须杀毒后方可拷人系统内，以防病毒破坏数据系统。并对系统进行定期检查，一经发现病毒，立即杀毒。
3.计算机辅助结构设计的应用：集成框架的发展
计算机辅助结构设计，即结构CAO，是结构设计人员的有力工具。结构CAO的应用普及率，是衡量设计单位技术水平的重要标志。集成框架大体分位三类：模型数据共享式的集成框架；单一平台上的简单集成框架；组件式 CAD 与 CAE 的集成框架。第一类框架采用标准数据交换文件、文本文件或数据库等数据存储方式进行模型数据的存储，同时利用CAD 软件及 CAE 软件的二次开发技术实现相关的设计与分析功能。该类集成框架具有集成简单、建模方便等优点，使用最多。第二类包括CAE 平台上 CAD 集成和 CAD 软件平台的 CAE集成。第三类是通过调用 CAD 组件和其它相关组件，可方便地对几何模型数据、工程信息数据及有限元模型数据进行统一管理，同时借助第三方专业化 CAE软件平台的二次开发，可实现强大的有限元分析与计算功能。
4.结语
通过对计算机辅助结构设计的发展和使用中注意事项的探讨，可以看到计算机辅助结构设计的出现大大推动了结构设计的向前发展，减轻了结构设计人员的劳动强度，提高了结构设计效率。同时由于集成框架的开发也大大扩展了其运用范围这是值得继续探讨和研究的。
【参考文献】
[1]陈明，邓矢斧，朱睿，等.基于CATIA平台的CAD/CAE集成[J].计算机辅助设计与图形学学报，2006，18（7）：1078-1082.
【关键词】计算机；结构设计；应用探讨
随着国民经济的高速发展，人们生活水平不断提高，对建筑的要求越来越高，结构体系越来越复杂。这就在技术层面上要求结构设计人员应用计算机辅助设计软件，使之不但可以计算各种复杂的空间结构的静力及动力问题，而且还可进一步对各种形式的结构方案进行经济比较而取得优化的结果。其中计算机辅助设计（ComputerAided Design，CAD）技术与计算机辅助工程（ComputerAided Engineering，CAE）技术的集成是当今计算机辅助领域中研究热点之一，目的是将代表先进几何建模技术的 CAD 技术与代表强大分析计算能力的 CAE 技术紧密结合，以适应现代产品的动态设计特性的要求。
1.计算机辅助结构设计的发展状况
计算机辅助结构设计的发展也是随着我国经济建设和互联网技术的发展而不断改进的，以往的计算机辅助结构设计存在很多的问题，毋庸置疑的是目前我国的计算机辅助结构设计有一定的改进，其应用的范围和方式也有很大的改善。
1.1以往的计算机辅助结构设计的不足
上世纪，我国计算机发展的程度不够大，信息化普及范围不大，使得计算手段上发展的滞后，尽管结构设计人员希望在制订结构方案时能进行多方案比较，但因手工计算工作量大，计算简图不尽合理，无法对复杂的三维结构进行较准确的分析，工时过长而难以实现。
1.2现在计算机辅助结构设计的发展
如今计算机运算速度的加快和贮存增大，使各种复杂的空间结构分析时间大大缩短，而精度大大提高，在短时间内即可通过多方案比较，找出技术先进、经济合理的结构方案。在结构工程试验中，计算机辅助试验软件的应用，人们开始探索利用计算机模拟试验的可能。一个规范的设计工程，首先要考虑其计算机模拟试验发生的可能性，再要对其结构进行精确的分析，所以目前在工程中应用较多的分析软件主要有三类：第一类是基于薄壁理论三维结构的有限元分析软件，薄壁柱理论的优点是自由度少，使复杂的高层结构分析得到了简化，但是，实际工程中剪力墙难于满足薄壁理论假定，计算出人大，精度难得保证；第二类是基于薄板理论的有限元分析软件，把无洞口或较小洞口的剪力墙模型简化成一个板单元，把较大洞口的剪力墙模型简化成板梁连接体系，这类软件对剪力墙模型简化也不够理想；第三类是基于壳元理论的二维结构有限元分析软件，由于壳元即有平面内刚度，又具有平面外刚度，用壳元模拟剪力墙和楼板可较好地反映其实际受力状态，理论上较科学，分析精度较高。目前在各种工程设计中，计算机辅助实验软件运用的实验模型也有很多改善，现阶段的结构设计人员采用的计算模型主要有三种：第一种是采用单棍框架简化计算，其计算精度较低，误差较大；第二种方法是采用框架模型计算，其缺点是只能按一层框架分析，其上部砖混结构的风荷载，地震荷载所产生的内力无法传递到底框梁上，计算精度不高；第三种方法是采用壳元理论三维结构有限元分析软件，把砖墙看作低强度的剪力墙进行计算，其计算精度较高。由此设计人员可以发现很多计算机模拟试验的优点：它不受空间尺寸和时间长短的限制，可以提供完整清晰的数据和图形。
2.计算机辅助结构软件运用注意要点
结构设计人员在应用计算机辅助结构软件在进行结构分析计算时，要保持头脑清醒，充分认识到目前计算机辅助结构设计软件还很不完善，不要对计算机辅助结构设计软件过分依赖，要充分发挥设计人员的主观能动性，坚持以人为主，以机为辅，从实际出发。
2.1确定好计算机软件的前提条件
在计算前合理选择结构受力体系，最好是通过多方案比较确定结构受力体系，如果没有一个相对合理的受力体系，而运用计算机辅助结构设计软件进行分析，决不会有合理的结果，盲目的进行计算，只有导致不合理的分析数据。同理，计算参数是计算的前提条件，在运用计算机进行数据运行时，如果前提条件不合理或错误，即计算参数的选定出现偏差，那只会带来不合理或错误的结果，从而导致工程事故，如某框架设计因参数不合理，出现了明显的计算错误。
2.2检测和验证实验软件
检测和验证工作通常应有一定设计经验的结构工程师进行，其内容应包括软件适用的运行环境、适用范围、软件的计算精度、可能出现的问题，以及应用时注意的事项。如我院所有应用的软件，都经过数名有经验的工程师进行检测和验证，确认软件可运用于工程项目后方可投人使用，并在使用过程中收集使用者的反馈信息，报请有关编制单位协调解决在运行中出现的问题。
2.3加强计算机设计软件的选取与管理
选择使用计算机辅助设计软件时，要选用具有相当开发实力的正规开发商，这样在软件升级和售后服务等诸多方面才能达到保障。切不可采用盗版软件，盗版软件的出错率是随机进行的，以免造成不必要的经济损失。在计算机设计软件运行过程中要严格对计算机进行管理，防止计算机病毒的侵蚀。如采用局域网络版软件时，可要求所有局域网的所有的计算机不安装光盘和软盘，只有系统管理员所用的机器上安装光盘和软盘，所有外来软件必须杀毒后方可拷人系统内，以防病毒破坏数据系统。并对系统进行定期检查，一经发现病毒，立即杀毒。
3.计算机辅助结构设计的应用：集成框架的发展
计算机辅助结构设计，即结构CAO，是结构设计人员的有力工具。结构CAO的应用普及率，是衡量设计单位技术水平的重要标志。集成框架大体分位三类：模型数据共享式的集成框架；单一平台上的简单集成框架；组件式 CAD 与 CAE 的集成框架。第一类框架采用标准数据交换文件、文本文件或数据库等数据存储方式进行模型数据的存储，同时利用CAD 软件及 CAE 软件的二次开发技术实现相关的设计与分析功能。该类集成框架具有集成简单、建模方便等优点，使用最多。第二类包括CAE 平台上 CAD 集成和 CAD 软件平台的 CAE集成。第三类是通过调用 CAD 组件和其它相关组件，可方便地对几何模型数据、工程信息数据及有限元模型数据进行统一管理，同时借助第三方专业化 CAE软件平台的二次开发，可实现强大的有限元分析与计算功能。
4.结语
通过对计算机辅助结构设计的发展和使用中注意事项的探讨，可以看到计算机辅助结构设计的出现大大推动了结构设计的向前发展，减轻了结构设计人员的劳动强度，提高了结构设计效率。同时由于集成框架的开发也大大扩展了其运用范围这是值得继续探讨和研究的。
【参考文献】
[1]陈明，邓矢斧，朱睿，等.基于CATIA平台的CAD/CAE集成[J].计算机辅助设计与图形学学报，2006，18（7）：1078-1082.