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      用EXCEL完善鋼結構計算
      發布時間:2014-07-12
      1.問題的提出
        隨著計算機的廣泛應用和軟件的不斷開發,結構設計人員逐漸擺脫了大量繁重的計算工作。目前可用來進行鋼結構整體計算的軟件主要有3D3S[1]、STAAD/CHINA以及PKPM系列-鋼結構CAD軟件和STS軟件等。軟件的應用大大的提高了設計人員的工作效率。但是,任何一種設計軟件都不可能包羅萬象,盡如人意。在實際工作中,使用這些軟件的同時,結合實際工程,對一些特殊構件或整體分析較難處理的特殊部位作一些補充計算是必不可少的。
        用EXCEL編制一些計算程序,其優點在于不受源程序影響,設計人員可根據規范要求編制成如用手寫計算書一樣的形式,按規范要求提取各項系數和計算公式。計算中規范提及的各項注意條款均可列于計算一旁以示提醒,其計算過程一目了然。同時,當規范更新時,只要更改相應的數據和公式很快就能編制出與規范相匹配的新程序,既簡單快捷,又便于核對。
        對于工程校審人員,通過使用EXCEL編制出一些常用的計算程序,會給校審工作帶來極大的方便,大大提高工作效率和質量。
      結構設計中,可編制小程序的計算內容很多,僅舉以下幾例:
      A.結構計算程序中原始數據的取值,如樓面均布荷載,墻體線荷載;
      B.結構計算程序中樓面梁上荷載作簡化計算未計入的墻、板、梁的荷載;
      C.結構計算程序中末涉及到的荷載,如首層基礎梁計算及由基礎梁傳遞給柱基的豎向力的補充計算等;
      D.建筑上不能用軟件計算的各種構件需作單獨驗算,如圓弧梁的彎扭剪驗算、大跨度梁板的撓度及裂縫寬度驗算、工業廠房的牛腿配筋驗算、部分桿件的連接計算等;
      E.構筑物的驗算,如天面水箱計算、樓梯計算、獨立柱基和樁基礎承載力計算等。
      2.用EXCEL編制結構計算程序
        EXCEL是WINDOWS操作系統下的辦公軟件,是office軟件包下的一種工作表格,易學易記,其操作步驟極具個性化,可建立交互的Web數據頁。以往對EXCEL的介紹總是與財務報表、生產成本核算及金融業報表聯系在一起,因而鋼結構設計計算中很少有人涉足其間。本人通過一段時間的探索和實踐,覺得雖然EXCEL不是為建筑結構專業而編制,但其廣泛的應用性和豐富的數據處理功能,為完善鋼結構設計計算提供了良好的用武之地。其具體編程有如下幾個步驟:
      2.1 建立明確的文字公式
        中文WINDOWS(98或2000)的文字處理,不僅具有良好的中文輸入功能,而且英文輸入也十分方便,特別是“微軟拼音輸入法”中“選軟鍵盤”一項,提供的字符更是豐富多彩,其中有希臘字母,數學符號.單位符號及特殊符號等十二種鍵盤符號可供選擇。另外,在EXCEL窗口下拉菜單區點取:格式單元格字體,可選用“上標”或“下標”(或先選取單元格,再點鼠標右鍵設置單元格格式字體),利用EXCEL的其本鍵或菜單就有條件編寫結構計算公式,許多公式的形式為A=B/C=…,除號“/”一般是水平橫線。用EXCEL編制這類公式時就得占用兩行單元格,其中“A=”占一列,將其所在單元格與下一行單元格合并,可以點鼠標右鍵設置單元格對齊垂直對齊居中: “B”和“C”分別占上下兩行單元格,對于有很多文字的格式可再合并左右方向的單元格:表示除號的水平橫線,則先選中B所在的單元格再點右鍵設置單元格格式邊框(選畫下邊框線)即可形成;公式中第二個“=”號,也是兩個單元格合并。到此文字公式已全部編輯完成。從上面的文字書寫中可看出用EXCEL書寫的中文公式所使用的菜單并不復雜,只是一二個設置的重復工作,但相當重要,因這一部分工作具有直觀性。
      2.2 建立清楚的數字化公式
        上一步建立的“公式”只是一種文字公式,直觀,易對照復查閱讀,但這些文字不是變量,其公式也不能作運算。其等式的后部分才是運算的主題,那就是數字化公式的建立——用EXCEL建立相應的工作表公式。眾所周知,EXCEL工作表最突出的特點就是能夠運算復雜的公式并能有條理地顯示結果,其公式必須是以等號“=”開始,然后再輸入其他的運算數據或文字[2]。公式中的變量為單元格的地址,EXCEL的基本元素為單元格,它是存儲數據的基本單位。各單元格都有一個固定的地址:列標+行標,如第F列第三行相交處的單元格地址用F3,第C列第五行相交處的單元格地址用C5[3]。用運算符表示公式操作類型,用地址表示參與計算的數據位置,如在單元格A3中輸入:=A1+A2-2,表示將單元格A1和A2中的數據相加后減2,結果放在單元格A3中[3]。用EXCEL編寫的程序就是把這些單元格地址內填滿各種所需數字,根據規范公式進行運算,這里公式占據的單元格僅顯示出運算的最后結果,除非選擇它與公式相對應的數字化公式才能顯示出來,否則是看不到各種中間內容的。所以,建立數字化公式時必須仔細填寫正確的數字,以求計算快而準確。
      2.3 數字化公式中相關函數的采用
        在EXCEL的工作表中建立函數的方法有三種:直接在單元格建立函數;在數據“編輯欄”輸入函數;或利用工具欄上的函數工具按紐建立函數[2]。鋼結構計算所要建立的公式中采用的相關函數也是按照這些方法建立,其具體操作可按下列步驟進行:先選取單元格點取插入函數常用函數(數學和三角函數)。EXCEL的常用函數包含有:平方根(SQRT)、自然對數(LN)、正余弦函數、數值求和(SUM)及單元格求和(SUMIF)等。數學與三角函數中包含各種正反三角函數、正反雙曲余弦正切值、圓周率π(PI)值等。設計計算中常用的函數一般均可在其中找到。

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