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1、第九届全国建筑工程计算机应用学术会议论文集 黑龙江 哈尔滨 1 9 9 8 大块式动力基础的动力分析及结构C A D 系统 陈名弟 范幸义 张来仪 ( 贡庆建筑大学) I 摘要】有关动力基础的设计在工程中的计算是十分复杂的，尽管已经有了不少的与之有 关的计算程序出 现， 然而由于大部份是几年甚 至十儿 年前的产 物了 ，因此在某一 些方面也 许已 经不再满足目 前的发展趋势。 在本文中， 笔者将就一个在WI N D O WS 平台 下的大块式 动力基础的C A D系统的结构和其中的一些实现方法作详细介绍 目么日. .J 一 一 、 月 月舀 随着计 算机产业的 蓬勃兴 起， 社会各领 域以前A
2、 耗费大 量人力物力 进行的社会生产研 究己 经逐渐由计算 机所代替， 而计 算机产业本 身也在进行着 坛 速的发 展， 其软硬件的不断 攀升令人们 ( 无论是程序开发员还是用户自己)感觉更加方便。如可视化的操作系统 ( W i n d o w s 9 5 ) 及可 视化的 程序语言 ( V i s u a l B a s ic ) 的出现， 令开发出 来的程序更加的亲 切。 G U I ” 代替了以数据文件 输入为原始数据录入 方式的原则。用户可以不再为各种繁 杂的大型数组搞得头疼。 二、大块式动力基础的力学模型的建立及动力分析 大块式动力基础由 于其各个断面皆较大， 因此， 工程中一 般不
3、作静力计算， 也根少验 算地基的稳定性。设计的重点在于通过对其动力特征的计算，以期达到可靠、安全、经济、 合理的目的。 对于大块式动力基础的设计， 由 于其质量及刚度皆铰大， 因此 我们可以将之看着为一 个 刚体 弹簧 阻尼体系 ( 如图一) 。 设计中，为使基础的沉降均匀，也为了使基 础所受的 扰力作 用在基础的某一惯性平面内， 我 们应当 使基组 ( 底板、 基础、 动力 机器及 底 板上的填土的总称)各 部份的重心位于 一 条铅垂线上。于是在经过定心计算后，本来 1 0 7 第九届全国建筑工程计算机应用学术会汉论文集 黑龙江 哈尔滨1 9 9 8 在空间具有六个 自由度的大块式动力基础的
4、振动，便化简成为可以分解为三组相互独立形 式的振动。 ( 1 ) 、沿O Z 轴的竖向振动; ( 2 ) 、沿O Z 轴的 扭转振动; ( 3 ) 、 在X O Z及Y O Z平 面内的水平位移和回转的祸合振动。 前两种振动形式是单自 由度体系。 其计算较为 简单。 而第 三种振动形式则是两个自由 度的祸合振动，我们可以根据振型分解法求出 在该种形式下的自 振频率及振幅等。其相应 的运动微分方程分别为: 0(2归(4 m Z + C Z 才 十 k , Z 二 凡 ( 1 ) J m T + C , 甲十 K , T二 M4 m x + C , (X 一 词+ K a. ( X 一 h o )
5、 = = P , (1 ) 咖十 C O 一 C X 沙 一 h 办+ K O O 一 K X (X 一 h o ) h = M (t ) 采用右手直角坐标系。坐标原点设在底板的左 下角。Z , Y及X轴的方向如图二 图 二 其中: k K w K K o 为地基抗压、抗扭、抗剪、 抗弯刚度; C , C , - c o c 二 为 地 基 垂直 、 扭 转 、 水 平 及 回 转 振动 时 的 阻 尼 系 数 ; J抗为基组绕乙 轴 ( 通过基组重心的 竖向轴) 的质量惯性矩; 1 , 为基组对于 通过重心并垂直于振动平面的水平 轴的 质量 惯性矩; 三、计算数据的前处理 若 要进行大块式动
6、力基础动力反应的计算，首 先便需 要确定下机器的各项特征。 例如， 自 重、 质量分布、 扰力等等。然后 对于地基 情况 要有全面的了 解，也 便能得出地基土的动 力参数， 最后可进行基础尺寸参数及材料特性的 选择。以上工作若是采 取数据文件录入的 方式， 必然会 造成用户的多方不便。若某一 参数需要重新核定， 那么，改变一次就会造成 一次从头至尾的重新计算， 而动力基础的设 计工作是一种创造性的劳动，势必由 于在多 种 1 0 8 第九届全国建筑工程计算机应用学术会议论文集黑龙江哈尔滨1 9 9 8 影响因素的作用下， 用户若是想要得到 一 个较为合 理、 经济的在各方面皆 优良 的设计方案
7、， 进行的各种参数的调整将是很多、且很频繁的。于是，采用数据文件录入的方法显然是相 当落后的了。 当前的软硬件的发展已经为解决这个问题提供了十分便利的条件 Wi n d o w s 和可视化 程序设计 语言开发平台的出 现令程序设计者可以 轻松地开发出一个大大减少用户录入数据 的强度的大型程序系统，而令设计可以在轻快、友好的气氛下进行。 以大 块式动力基础设计为例， 需要定下的机器特征， 完全可以 于程序开发中便有意予 以 集成，在用户设计 过程中以图表形式提供， 用户需要的 工作 仅是点取一下手中的鼠 标。 当 然，为 防用户选用的机器为满 足使用功能而定做的或新近出 厂的型号，友好的图形
8、用户 界面还能 提供令用户能轻松扩展 其它机器型号的功能。 地基土的 各项动力 特征也可以 如此 确定。 而对于动基尺寸参数的录入，由于动基是由不多的且 相当 规矩的块体组成，因 此， 在G U I 下采用人机交互式数据录入的形式是完全可以 的。 而且，由 于在面向 对象的程 序语 言中，对于程序的流程流向 不再象结构化语言那样岩板， 在类似如前的处理过程中， 各类 数据输入可以是平行的，故还能令用户可以在任意时刻修改其中某一参数的大小而无需考 虑别的因素。此外，若用户拥有一个 A U T O C AD F o r Wi n d o w s 图形开发平台，系统还能利 用Win d o w s
9、平台所 提供的特有的功能与 之链接， 从而让系统具备使用户能在A U T O C A D平 台中修改 数据的功能。而以 上的一 切。 在Win d o w s 下的V i s u a l B a s i c 或V is u a l C中均能轻 松实现。 四、大块式动力基础动力特征的计算 在成功建立力学模型后即可进行动力分析，再加上解决了各项原始数据的处理后， 大 块式动力 基础各项动力 特征的计算，便只是一 个算法的 解决问题了 。这一个课题早己 有人 成功地设计出了有关的算法程序，只 需进行一次由D O S到Wi n d o w s 平台的 移植即可。移 植过后的算法程序与一般D O S 下
10、的程序大体一 致， 相异 的只是本系 统是 在用户对于动力特 征不满意需改变动基设计的情况下，能方便快捷地进入系统上一模块修改任一 参数后再成 功地完成动基动力特征的 计算。 这一问题有些D O S 下程序也能 完成， 但显 然不及Wi n d o w s 下的实现得那么容易， 界面如此友好。 在得到满意的计算结果后，系统会将成果传送到下一模块中，实行施工图的成图。 五、施工图的成图 大块式动力 基础由于其刚度和质量都较大， 故在一般情况下面只需采用构造配筋， 这 一点在我国动基设计规范中已经给出了明确的规定。笔者己经解决过 了 在Wi n d o w s 下使用 V i s u a l B
11、a s ic语言的与 A U T O C AD F O R WIND O WS平台的。 D X F文件接 口程序设计的方 法。 并以 此方法， 建立了一个用于大块式动力基础的基础施工图 的专业接口图 形子 程序库， 系统可以 直接进行调用，利用正 确的原始数据和 动力计算的结果很方便地生 成施工图。 最 后用户可以在 C AD平台上调用、修改、绘图。 1 0 9 第九届全国建筑工程计算机应用学术会议论文集 黑龙 江 哈 尔滨 1 9 9 8 六、结语 在信息、 技术高 速发展的今天， 对于一些在数年前开发出现的系统、 程 序来说，尽 管 其算 法并不一定已 经落后， 但整体上的性能也许己 经跟
12、不上时 代的发展了。而用户在这一 方面的要求仍是迫切的。因此，对那些程序的二 次开发， 改进其中的 某一些细节， 有时甚 至也许是进行一个 “ 大手术”，将是目前程序开发人员的一个并不轻松的课题，也需要人 们付出一定的劳动。Win d o w s这个优秀的操作系统的出现，及众多厂商纷纷推出的应用于 其上的 优秀程序开发语言， 就目 前看来，各个性能 指数都较为出 色。本系统的研制成功， 将给大块式动力基础的计算和计 算机 绘图带 来极大的 方便。 【 参考文献】 匡1 1 匡2 N 版社 范幸义 编著， 建筑结构微机C A D 基础及应用， 重庆大学出版 社，1 9 9 3 第 一机械工业部设计研究总,% A, 动力机器基础设计及应用， 中国建筑工业出 1 9 8 3 1 1 0
