软件系统设计文档报告

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1、钢混框架结构设计软件系统（SDS-RCF设计说明2013/6/24学 号：2010010131班 级：结 02姓 名：陈伟指导老师：马智亮目录一、设计概要21.1 软件开发目的21.2 开发背景31.3 参考资料3二、总体设计 42.1 需求规定41. 1.1系统要求42. 1.2操作性要求43. 1.3效率要求44. 1.4容错性要求 55. 1.5安全性要求56. 1.6灵活性要求 57. 1.7可查询性要求52.2 运行环境62.2.1 硬件设备62.2.2 计算机系统62.2.3 数据接口 62.2.4 输入控制设备 62.3 系统运行流程62.4 功能需求与系统模块的对应关系 92.

2、5 可能存在的问题分析 10三、数据结构设计103.1 数据读入存储形式 113.2 有限元计算数据结构123.3 内部特有数据储存结构 13四、用户菜单设计144.1 菜单命令汇总 144.2 用户主菜单介绍164.3 各分对话框 16五、系统开发的难点 245.1 数据库白设计245.2 利用CAD输出图形 255.3 截面选择和配筋过程的循环迭代 251.1软件开发目的2010年，中国建筑设计行业利润总额为254亿元，比上年增长40.3%。如果按照2006,2010年的利润总额增长预测，近五年来的平均增长率约为24.42%,那么2011年的利润总额预计为316亿元。在结构设计方面，如何开

3、发有效实用的设计软件至关重要，也能适应 现阶段的社会需求，有很大的发展市场。目前，城市建设目新月异，各种高层建筑如雨后春笋。钢筋混凝土框架结构是由楼板、 梁、柱及基础四种承重构件组成的。由主梁、柱与基础构成平面框架，各平面框架再由连续梁连接起来形成空间结构体系。采用框架结构体系时， 框架梁应纵横向布置， 形成双向抗侧力构件，使之具有较强的空间整体性，以承受任意方向的侧向力。框架结构具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构 受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计，可以具有较好的延性性能。但是，框架结

4、构也不可避免的存在一些缺点：整体侧向刚度较小，在强烈地震作用下侧向变形较大 ，容易使填充墙产生裂缝，并引起建筑装修、玻璃幕墙 等非结构构件的破坏，地震时容易危及人身安全，造成财产损失，而且震后的修复工作和的费用也很大。同时当层数较多或水平力较大时，水平位移较大，在强烈地震作用下往往由于变形过大而引起非结构构件的破坏 ，为了满足承载力和侧向刚度的要求，柱子的截面设计往往较大，既耗费了建筑材料，又会减少使用面积，给室内办公用品或家具的布置带来不便，这就使 框架结构的建筑高度受到一定的限制，因此这种结构一般用于非地震区或层数较少的低烈度高层建筑。因此，在框架建筑结构设计中，如何做到结构设计优化，使设

5、计的整体结果分布 更均匀、设计更合理是十分重要的课题。由于结构计算牵扯的数学公式较多，并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大，近年来，随着经济进一步发展，城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，更 加剧了房屋设计的复杂性，许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样，结构软件开发就显得尤为重要。一栋建筑的结构设计是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用

6、到具体的程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何把这些做法用代码来实现。在上述情况下，本系统软件的开发将综合各方面因素，设计开发一套具有设计结构功能的基于Autocad的钢筋混凝土框架结构设计软件，使其具有以下特点：（1）提供便捷的结构建模命令；（2）考虑与有限元分析软件集成，能自动生成结构分析所需要的数据文件。1.2 开发背景本系统名称为 SDSRCF（ Structure Design SoftwareFor Reinforced Concrete Frame ）,即钢筋混凝土框架结构设计软件。本系统是清华大学土木工程专业课程土木工程CAD技术基础的课

7、程大作业，由马智亮老师的指导下开发而成，是在课程中讲授的软件工程、AutoCAD二次开发环境ObjectARX、 数据库管理系统等知识的基石上而设计的一个基于C+程序设计框架编写的辅助设计程序。钢筋混凝土框架结构， 顾名思义，即用钢筋混凝土作为材料的框架结构，在现阶段使用较为广泛。框架结构是指由梁和柱以刚接或者较接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点， 利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整

8、体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设 计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。）可以减轻建筑物的重量。（3）有较好的抗震能力。（4）有较好的延性。（5）有较好的整体性。在现阶 段很多大型建筑和民用建筑都大量使用这种结构体系。1.3 参考资料1）土木工程CAD技术基础第六章课件2)GB50011-2001.建筑抗震设计规范3)GB 50068-2001.建筑结构可靠度设计统一标准4) 03G101.建筑结构可靠度设计统一标准5) GB 50009-2001.6) GB 50010-2002.建筑结构荷载规范混凝土结构设计规范

9、7) GB/T 50105-2001. 建筑制图标准二、总体设计2.1 需求规定2.1.1 系统要求系统应具备根据用户输入的参数数值（如轴网数、开间长度、层数、层高、轴网间距等）自动生成初始结构平面图，以及形成结构初始框架的功能。其次，系统应能够根据用户输入的荷载信息、材料属性自动估算出结构的柱、梁、楼板尺寸，并且，估算出的尺寸应符合规 范要求，且方便实际施工。且系统应能自动对楼板和框架体系进行规范所要求的内力分析， 并将得到的构件内力按照规范进行组合。之后系统应该可以根据内力组合根据规范要求的公式进行配筋计算，并形成带有钢筋单元的新有限元模型。之后系统应该能够根据新的带钢筋的结构结合原计算荷

10、载进行内力再次验算，如果内力不满足能够及时返回配筋步骤重复循环。最后系统应能够自动生成通用的设计成果及报告。2.1.2 操作性要求由于本软件面向对象较广泛，为了让用户能够很快上手并且熟悉掌握软件的使用方法， 系统操作要求尽量简单明了，以减轻设计人员的负担。 同时界面按键不能有歧义，并且全部以中文的形式显示。操作界面要求布置合理，要考虑到人机互动的方便性。系统应尽量减少用户的输入次数，以提高设计的效率。并在用户输入出错时及时报错，并改正，以免发生由最初输入所引起的全面重新工作。并且，考虑到用户的偏好多样性，应有多种输入输出的方式。本系统中输入应既可以通过命令行输入，又可以通过鼠标图形拾取输入，还

11、可有菜单中弹出的对话框进行输入。数据输入格式应简单，避免复杂的格式要求。2.1.3 1.3效率要求软件中包含了部分有限元计算部分以及大量普通处理的过程，故系统响应的时间可以存在较大的差别。对于一般的简单操作，系统要求进行瞬时响应，以方便用户实际掌握软件运 行的情况。对于一些计算需要时间的模块，如有限元计算模块、配筋模块等，系统需在模块运行过程中给予用户模块正在运行的反馈，以表现程序正在运行计算（可以在命令栏显示）。由于本软件多次需要使用到有限元计算，如何尽可能地提高运行速度是一个很重要的问题，在内部处理时尽量使用简单的数据结构，同时在试算过程中不妨采用弹性分析的方法，而在设计过程中可以采用弹塑

12、性分析。2. 1.4容错性要求一般软件需要有一定的容错性，并能对用户的错误输入进行提示，包括逻辑错误（例如轴网数目输入为负数）。由于本软件在设计过程中需要用户输入的内容较为简单，且见面非 常明了，一般不存在比较复杂的结构专业内容，因此错误性一般为简单错误，用户在接受提示之后即可非常方便的加以修改。2. 1.5安全性要求在本系统中有着许多根据规范内嵌的数据库，如材料数据库、荷载数据库等。此部分数据库访问应需要限制，既不能轻易对其进行修改。此外，考虑到软件的商业利益，因而，软 件的内部源程序都不能进行访问与读取，以保护知识产权。同时，为了对结构设计的责任划分明确，对于数据的修改方面，只有一部分人具

13、备修改权限，并且其必须对数据库负责，不得擅自修改。2. 1.6灵活性要求软件可维护性即维护人员对该软件进行维护的难易程度，具体包括理解、改正、改动和改进该软件的难易程度。本软件目前只适用于钢筋混凝土框架结构的设计，但其潜在的功能扩充性比较强，因此能够在后期增加更多的功能，例如密肋楼盖、含地下室结构的设计等，这就要求结构具有一 定的可维护性。同时，考虑到现行规范的不断修正，对内部计算公式的修改以及数据库的更新也是非常重要的。2. 1.7可查询性要求本软件作为结构设计软件，用于商业化。对于购买本产品的用户，其具有查询已购软件 的版本、许可证数、使用期限、使用状况、借出状况等的权限。同时设置管理员用

14、户，可查 询用户的许可证信息、许可证使用状况、各版本的销售情况、用户信息统计等。2.2 运行环境2.2.1 硬件设备P4系列微机，应有显示器、鼠标、键盘等普通微机常用的输入输出设备。同时对于CPU最好能有较高的数据运算能力，推荐双核或三核的CPU如果有图形输出设备更佳。2.2.2 计算机系统基于Window 7的桌面操作系统，以及 C+或更高级的语言编译环境。程序的开发语言 为Visual Studio 2008,具有较大内存空间，运行速度需要有一定保证。2.2.3 数据接口此系统是基于AutoCAD的二次开发软件系统，可以脱离开其他CAD系统或有限元系统独立进行设计分析的全过程，目前可暂时不

15、设置程序与其它软件的接口。程序设计的成果采用目前使用较广的 DXF以及doc格式输出，同时考虑到数据库的通用性， 任何能调用AutoCAD 数据的软件均能共享本软件系统的一般数据。2.2.4 输入控制设备对于该系统的控制信号来源目前定为由鼠标单击或双击或滑轮滑动所产生的信号（对话框选择菜单），同时也有键盘输入所产生的信号（命令栏）。依靠windows操作系统将这些设备产生的电信号转化为系统能够识别的消息，并借助其消息处理函数来实现各个操作步奏的排序与实现。2.3 系统运行流程设计步骤如下：（1）参数读取：根据用户输入的荷载等限制条件，将其读取并进行判断， 以更好的对下面的初始选型做出判断，减少优化次数，缩短计算设计时间；（2）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸；(3)结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋混凝土结构进 行空间内力分析。根据结构分析结果 ，将截面尺寸相