建筑結(jié)構(gòu)CAD-1課件

建筑結(jié)構(gòu)CAD三峽大學(xué)土木工程專業(yè)課程系列授課人：徐港Email：第一章應(yīng)用概況和發(fā)展1.1概述1.2CAD的發(fā)展歷史1.3CAD技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用及現(xiàn)狀1.4國(guó)內(nèi)流行CAD結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件概覽1.5土建行業(yè)CAD發(fā)展趨勢(shì)1.6學(xué)習(xí)方法目錄計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign，CAD)幫助工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，以達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一門先進(jìn)技術(shù)。八十年代以來最引人注目的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)計(jì)算機(jī)具備強(qiáng)大的計(jì)算功能和高效靈活的圖形處理能力。1.1概述傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方法上最具有代表性的為迭代法，包括：a.初始設(shè)計(jì)b.分析c.再設(shè)計(jì)1.1概述傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法缺陷和弱點(diǎn)十分明顯，也越來越不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需要。主要問題在于：●設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)●設(shè)計(jì)效率低●設(shè)計(jì)質(zhì)量差●人才浪費(fèi)●設(shè)計(jì)方案少，優(yōu)化含量低，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力1.1概述隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)標(biāo)志著一種現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)方法的萌生。現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)方法以人工智能為出發(fā)點(diǎn)，以包括先進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)算理論設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)技術(shù)的專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以電子計(jì)算機(jī)為工具的一項(xiàng)智能工程。1.1概述1.1概述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），非僅僅用來輔助繪圖，重要性在于分析、優(yōu)化、檢驗(yàn)、修改等工作設(shè)計(jì)各重要過程和環(huán)節(jié)中。盡可能利用計(jì)算機(jī)去完成那些重復(fù)性高、勞動(dòng)量大的工作，以及某些單純依靠人難以完成的工作，使工程師們有更多的時(shí)間和精力來進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。1.1概述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)兩大部分組成。軟件系統(tǒng)包括程序控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖紙生成。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、信息輸入設(shè)備與輸出設(shè)備。1.1概述CAD作為一項(xiàng)綜合性的、技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及眾多學(xué)科的高新技術(shù)領(lǐng)域，如：計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)工程設(shè)計(jì)知識(shí)和方法計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)人工智能及專家系統(tǒng)仿真技術(shù)等。1.2CAD的發(fā)展歷史CAD歷程起源于20世紀(jì)50年代初期。美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)研制開發(fā)出了數(shù)控自動(dòng)銑床，隨后又完成了用于數(shù)控的APT語言，從此開始了對(duì)CAD技術(shù)的研究。50年代末，在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，美國(guó)GERBER公司研制出平板式繪圖儀。美國(guó)CALCOMP公司則制成了滾筒式繪圖儀。這就為CAD技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了最基本的物質(zhì)條件。1.2CAD的發(fā)展歷史MIT的研究人員當(dāng)時(shí)提出了CAD技術(shù)的三個(gè)研究目標(biāo)：①實(shí)現(xiàn)人機(jī)的交互式對(duì)話；②以圖形為媒介實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話；③實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助模擬。1.2CAD的發(fā)展歷史1963年美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的I.E.Sutherland開發(fā)成功了sketchpad系統(tǒng)，該系統(tǒng)將圖形顯示器、鍵盤、光筆等設(shè)備連接在計(jì)算機(jī)上，使設(shè)計(jì)者可以和計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話，對(duì)在顯示器上顯示的圖形進(jìn)行交互式處理，初步實(shí)現(xiàn)了前述的三個(gè)目標(biāo)，標(biāo)志著CAD技術(shù)的誕生。1.2CAD的發(fā)展歷史可以把CAD技術(shù)發(fā)展分成四個(gè)階段：(1)第一階段，60年代初期～60年代末期。這個(gè)階段的CAD系統(tǒng)以使用大型通用機(jī)(晶體管電路為主)和刷新式圖形顯示器為基本標(biāo)志。這個(gè)時(shí)期的CAD系統(tǒng)價(jià)格昂貴，性能簡(jiǎn)單，全世界只有少數(shù)大企業(yè)研制或擁有大約200套CAD系統(tǒng)，主要應(yīng)用于航空和汽車制造業(yè)。1.2CAD的發(fā)展歷史(2)第二階段，60年代末期～70年代末期。60年代末，美國(guó)DEC公司開始生產(chǎn)出價(jià)格相當(dāng)?shù)土男⌒蜋C(jī)。光筆、圖形輸入板等各種形式的圖形輸入設(shè)備也投入應(yīng)用，使得CAD系統(tǒng)的價(jià)格大幅度下降，促使CAD技術(shù)有可能得到快速發(fā)展和推廣。Applicon公司、ComputerVision公司、Calma公司等推出了被稱為TurnKey的圖形處理系統(tǒng)后，交互式圖已是較容易的事了。此時(shí)商品化CAD系統(tǒng)在中小企業(yè)中開始應(yīng)用與推廣。1.2CAD的發(fā)展歷史(3)第三階段，80年代90年代初期。在此時(shí)期出現(xiàn)了廉價(jià)的固體電路隨機(jī)存儲(chǔ)器，產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器、鼠標(biāo)器、靜電式繪圖儀,伴隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，微型機(jī)、超級(jí)微型機(jī)和圖形工作站得到普及使用，商品化圖形系統(tǒng)也獲得迅速發(fā)展.使CAD技術(shù)從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展，從用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到用于工程設(shè)計(jì)。標(biāo)志著CAD技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用期。1.3CAD技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用及現(xiàn)狀我國(guó)括CAD技術(shù)的研究、開發(fā)也起步較晚。自60年代末期，最早在航空、造船和汽車行業(yè)開始了對(duì)CAD技術(shù)的研究和開發(fā)工作，初期階段主要是引進(jìn)國(guó)外的一些CAD系統(tǒng)，對(duì)CAD技術(shù)作原理和算法上的研究。開發(fā)出一批實(shí)驗(yàn)性系統(tǒng)，取得一些應(yīng)用性成果，CAD技術(shù)也向更多的行業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)散。形成了我國(guó)自己的CAD技術(shù)研究隊(duì)伍。土木建筑行業(yè)是較早應(yīng)用CAD技術(shù)的行業(yè)之一。在北京火車站候車大廳的薄殼屋頂工程設(shè)計(jì)中，首次采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，大大加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，開創(chuàng)了我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作電腦化的新篇章。1959年，原建工部建筑科學(xué)研究院正式建立電算所，開始了建筑結(jié)構(gòu)分析方面的應(yīng)用，并編制了一些薄殼結(jié)構(gòu)實(shí)用計(jì)算程序。由于種種原因，發(fā)展不快，而且應(yīng)用范圍在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)僅僅局限于結(jié)構(gòu)計(jì)算。1.3CAD技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用及現(xiàn)狀1.3CAD技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用及現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代之前，工程設(shè)計(jì)及科研使用國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)(如TQl6，709機(jī)等）來完成數(shù)值計(jì)算與結(jié)構(gòu)分析，機(jī)器體積大、速度慢、容量小且價(jià)格昂貴，采用紙帶穿，使用十分不便。由于價(jià)格昂貴，全國(guó)只有少數(shù)幾家大型國(guó)防和工業(yè)與民用設(shè)計(jì)院才有條件擁有這樣的計(jì)算機(jī)開展CAD應(yīng)用工作，而且實(shí)用軟件數(shù)量相當(dāng)有限。1.3CAD技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用及現(xiàn)狀建筑結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大變革的一個(gè)突出特點(diǎn)是微型計(jì)算機(jī)異軍突起。1981年IBM推出第一臺(tái)PC機(jī)，使得專業(yè)人員可以直接上微機(jī)操作。微機(jī)CAD有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)價(jià)格低廉。(2)有較強(qiáng)的實(shí)用性。(3)性能穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)易。(4)易學(xué)易用。1.3CAD技術(shù)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用及現(xiàn)狀建筑結(jié)構(gòu)CAD發(fā)生重大變革的另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是軟件系統(tǒng)中圖形處理功能日臻完善。80年代后期，具有圖形前后處理功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件開始進(jìn)入實(shí)用階段。目前前處理廣泛采用了人機(jī)圖形交互輸入數(shù)據(jù)，后處理可將計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果以圖形方式輸出(如變形圖、內(nèi)力圖、振形圖等)，直至自動(dòng)生成完整的施工圖。1.4國(guó)內(nèi)流行CAD結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件概覽目前國(guó)內(nèi)流行的軟件基本上是由我國(guó)建筑科研機(jī)構(gòu)、大中型設(shè)計(jì)院和高等院校自主開發(fā)或二次開發(fā)后推出的以AutoCAD為圖形支撐平臺(tái)，是我國(guó)建筑工程CAD軟件的主流。國(guó)外一些大型CAD應(yīng)用軟件正通過漢化、采用中國(guó)規(guī)范等方式，在中國(guó)市場(chǎng)上獨(dú)家或通過代理商推出他們的商品軟件。哪些？1.5土建行業(yè)CAD發(fā)展趨勢(shì)展望21世紀(jì)，以多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)為代表的人一計(jì)算機(jī)交互理論和技術(shù)將滲透到土木工程領(lǐng)域的各個(gè)方面，使得傳統(tǒng)的工作模式、表達(dá)方法、思維形式、管理方式都將出現(xiàn)革命化的變化，有力地推動(dòng)生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展。向集成化、協(xié)同化、智能化的方向發(fā)展。1.5土建行業(yè)CAD發(fā)展趨勢(shì)集成化技術(shù)是指在工程設(shè)計(jì)階段和各專業(yè)的有關(guān)應(yīng)用程序之間，信息提取、交換、共享和處理的集成，即信息流的整體化，將設(shè)計(jì)的各階段及涉及的各專業(yè)有機(jī)的形成一個(gè)整體。協(xié)同技術(shù)是指在集成的基礎(chǔ)上，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，