常常聽到這樣的說法：“某某軟件比某某軟件省用鋼量”，當(dāng)然，說這樣話的人一般不是我們這個(gè)專業(yè)的人士，頂多也就是個(gè)一知半解，然而，作為真正的專業(yè)設(shè)計(jì)人員又了解構(gòu)件設(shè)計(jì)的具體過程中的多少呢？在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)行業(yè)中有大批的只是軟件的使用者，因此，作為處在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的又是軟件的編制者，有必要做做這樣的事：用不同的軟件對(duì)相同的條件下同一個(gè)工程進(jìn)行計(jì)算，看看結(jié)果到底有多大的差別。
本次所選的領(lǐng)域是輕型鋼結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@是目前使用面最廣，而且對(duì)用鋼量最敏感的結(jié)構(gòu)，還有本人正好做過一個(gè)這樣的軟件，因此常常聽到最多的是關(guān)于輕鋼的用鋼量問題。
所采用的軟件都是當(dāng)今行業(yè)中流行的，它們是：3D3S，STS，PS2000還有Maggie_GJ。
一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
所選工程情況如下：
兩跨27m，四坡，坡度1/20，檐口標(biāo)高7.5m，柱距9m，材料Q235。簡(jiǎn)圖如下所示，圖中標(biāo)明了梁柱的截面規(guī)格(梁只標(biāo)了左邊跨,右邊與之對(duì)稱)，圓圈內(nèi)為構(gòu)件編號(hào)，梁構(gòu)件的分段尺寸也作了標(biāo)注，
荷載：
屋面恒荷載：0.2 KN/m2
屋面活荷載：0.3 KN/m2
基本雪荷載：0.45 KN/m2
基本風(fēng)壓：0.45 KN/m2
不考慮地震。
二、分析結(jié)果
為了得到準(zhǔn)確的結(jié)論，我們不采用讓軟件優(yōu)化構(gòu)件的功能，而只是對(duì)給定的構(gòu)件截面進(jìn)行驗(yàn)算，這里只給出各軟件所計(jì)算的編號(hào)構(gòu)件控制應(yīng)力。
控制應(yīng)力比較表 表中單位：Mpa
構(gòu)件編號(hào) 3D3S STS PS2000 Maggie_GJ
1 180.6(167.7) 189(176) 210.8 184.9(170.1)
2 189.2(167.7) 178(164) 191.9 163.6
3 165.5(150.5) 168(154) 167.9 153.6
4 139.8(139.8) 117(105) 167.9 153.6
5 124.7(111.8) 117(105) 139.6 118.4
6 193.5(178.45) 190(176) 191.9 176.2
7 189.2(167.7) 180(167) 212.9 181.0
8 135.45(90.3) 152(76) 129.5 144.3(85.9)
對(duì)邊柱（1號(hào)構(gòu)件），平面外的支撐長(zhǎng)度考慮0.6的系數(shù)（隅撐的作用），控制應(yīng)力為平面內(nèi)的穩(wěn)定應(yīng)力，括號(hào)內(nèi)為平面外的穩(wěn)定應(yīng)力值。
中柱（8號(hào)構(gòu)件），控制應(yīng)力為平面外穩(wěn)定應(yīng)力，對(duì)于本例而言，由于活荷載均勻分布，且結(jié)構(gòu)對(duì)稱，中柱主要為軸力，因此截面根據(jù)計(jì)算相對(duì)較小，但實(shí)際情況應(yīng)適當(dāng)考慮不均勻分布的荷載，這里的計(jì)算結(jié)果是沒考慮的，括號(hào)內(nèi)為平面內(nèi)的穩(wěn)定應(yīng)力值。
對(duì)于斜梁（2-7號(hào)構(gòu)件），《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 102 ：2002）規(guī)定，在平面內(nèi)按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度，在平面外才計(jì)算其穩(wěn)定，但3D3S和STS均給出了平面內(nèi)的穩(wěn)定應(yīng)力，而且還是控制應(yīng)力。以前的《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 102 ：98）中曾提到斜梁的平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取豎向支承點(diǎn)間距，這條在后來的規(guī)程中被去掉了。如果當(dāng)作壓彎構(gòu)件進(jìn)行平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算，那么斜梁應(yīng)該是一根彎折的構(gòu)件，而軸向壓力是否順著桿件的軸線方向，或是作為水平方向來考慮呢？還有根據(jù)這樣的計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)是否還有意義呢？所以象柱那樣當(dāng)作壓彎構(gòu)件計(jì)算其平面內(nèi)的穩(wěn)定實(shí)在有點(diǎn)牽強(qiáng)。而計(jì)算其平面外的穩(wěn)定實(shí)際上是進(jìn)行受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算，不過也兼顧到軸向力而已，但仍然是梁的特征。所以Maggie沒有計(jì)算所謂的平面內(nèi)的穩(wěn)定應(yīng)力。
三、題外的話
從上面的控制應(yīng)力表來看，基本上都很接近，只是PS2000稍微高點(diǎn)，這可能是我采用的版本早些。因此，我們可以說，所謂的節(jié)省用鋼量關(guān)鍵不是軟件，而是使用軟件的人，軟件只不過是工具而已，就如同計(jì)算器一樣。那種指望對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)過程一點(diǎn)不了解的人也能輕松地完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理想軟件即使存在，那也是一種潛在的炸彈。它生成的施工圖，可以騙騙外行的業(yè)主，也會(huì)讓專業(yè)知識(shí)貧乏的你陡生無限膨脹的自信心，從而覺得鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不過如此。
真正的結(jié)構(gòu)工程師首先具備的是力學(xué)的功底，對(duì)于一個(gè)荷載作用下的結(jié)構(gòu)體，在各種邊界條件下的大致受力狀態(tài)有一定的感覺，特別是平面結(jié)構(gòu)體系，對(duì)于復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系，需要借助結(jié)構(gòu)分析軟件的幫助來了解受力狀況。其次需要具備構(gòu)件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)而言，軸心受壓構(gòu)件，壓彎構(gòu)件等所需要考慮的問題應(yīng)該清楚地知道。還需要掌握常用節(jié)點(diǎn)的連接方式以及計(jì)算方法，這里涉及到一些經(jīng)驗(yàn)問題。另外還需要了解設(shè)計(jì)之外的但又相關(guān)的工藝制作和安裝方面的知識(shí)，因?yàn)楹芏噙@類問題需要在設(shè)計(jì)階段考慮。當(dāng)然，最為重要的還是作為結(jié)構(gòu)工程師的責(zé)任心。
作者 左權(quán)勝
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