轻钢结构建筑具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工工期短、可回收重新利用、环境污染少、节能环保等优点,是绿色环保型建筑。用于建造轻钢结构建筑的轻钢材料常用于大型厂房、机场、高铁站台、会展中心等建筑中,也是未来建筑材料的发展方向。在对轻钢结构进行设计计算时,经常需要使用到各种型号的墙面板、屋面板和楼承板截面的几何性质,如:惯性矩、抵抗矩等。但是墙面板、屋面板和楼承板的形状都不规则,几乎不能用传统手工方法计算,然而AutoCAD和CAXA软件就能应用面域特征功能进行查看和计算,该计算过程十分简便,且计算结果精确可靠。本文以墙面板YX66-400-800型号为例进行描述。
1 AutoCAD计算轻钢材料的截面几何性质
1.1 将图形建立成面域
首先导入墙面板YX66-400-800型版型图到AutoCAD软件中。如图1。
建立一个面域的首要条件是,图形必须是一个封闭的图形,并且不能有断开或是超出的部分。先将图形分别上下偏移0.25 mm(偏移量由厚度决定,计算方法相同),再将两端端口用直线封闭起来,删除中间的那条曲线。用面域命令创建面域,可以在命令中直接输入快捷命令Region,也可以点取菜单栏绘图—面域。根据提示选取对象,然后回车。面域建立完成。
1.2 将坐标轴原点平移到图形的质心上
可以直接在命令窗口输入MASSPROP命令,也可以点取菜单栏工具—查询—面域/质量特征命令。然后选取对象,回车,弹出图2。
由图2可知,现在的质心为:
X=-1345.0001,Y=-2345.0002
在命令窗口输入UCS回车,分别输入X值和Y值,中间用逗号隔开,回车,选择水平为X方向,竖直为Y轴方向。这样坐标轴原点就移到质心上了。
1.3 截面惯性矩和抵抗矩的计算
在命令窗口输入MASSPROP命令,也可以点取菜单栏工具—查询—面域/质量特征命令。然后选取对象,回车。弹出图3。
由图3可知,现在X、Y的坐标值都已经为零,说明上一步已经成功将坐标原点移动到质心上了。惯性矩为:
mm4,
mm4
截面抵抗矩(W)是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值,即:
mm3
mm3
2 用CAXA计算轻钢材料的截面几何性质
2.1 将坐标原点移动到截面图形的质心上
首先进行偏移命令,将两端用直线封闭。点取工具—重心命令(材料均匀时,重心与质心重合),然后拾取闭合区域,单击鼠标右键弹出图4。
由图4可知:X=-4.134,Y=0.580;
输入UCS命令,单击回车,给坐标原点命名为重心,单击回车,分别输入X、Y轴的坐标值,中间用逗号隔开,单击回车,指定水平方向为X轴,竖直方向为Y轴。再次检查重心位置,如图5。
由图5可知,X=0,Y=0说明坐标原点已经成功移动到了截面的质心上。
2.2 截面惯性矩和抵抗矩的计算
点取工具-惯性矩命令,拾取要计算材料的封闭区域,在选择自己需要的惯性矩种类,这里选取,单击右键,弹出图6。
如图所示,惯性矩:
mm4, mm3
同样的方法可以计算出:
mm4, mm3
3 用AutoCAD和CAXA计算轻钢材料截面几何性质的对比
针对YX66-400-800版型,从表1可知,以AutoCAD为标准计算的最大误差为0.1196%,由此可见,两者的计算结果十分相近。结合计算过程可知,两种方法的计算量及计算步骤也相差不多,但却仍是两种处理方式的到的相近的结果,因此,两者的计算结果能相互映证,都可靠,并且两种方法都比较方便。
4 结语
轻钢材料在我国轻钢结构建筑领域有着广泛的应用,但由于轻钢材料的不规则性使得传统的计算方法并不适用,该文给出了两种快捷、可靠的计算轻钢材料截面的几何参数的方法,使用这两种方法得到的结果相差不大,证明其结果是可靠的。对于计算轻钢材料的几何性质,可以选用AutoCAD和CAXA软件中的一种软件进行计算,由计算过程也可发现该方法十分方便可靠。