建筑結構CAD-1課件

建筑結構CAD三峽大學土木工程專業(yè)課程系列授課人：徐港Email：第一章應用概況和發(fā)展1.1概述1.2CAD的發(fā)展歷史1.3CAD技術在我國建筑業(yè)的應用及現(xiàn)狀1.4國內流行CAD結構應用軟件概覽1.5土建行業(yè)CAD發(fā)展趨勢1.6學習方法目錄計算機輔助設計(ComputerAidedDesign，CAD)幫助工程設計人員進行工程設計和產(chǎn)品設計與開發(fā)，以達到縮短設計周期、提高設計質量、降低成本、提高市場競爭力的一門先進技術。八十年代以來最引人注目的計算機應用技術計算機具備強大的計算功能和高效靈活的圖形處理能力。1.1概述傳統(tǒng)的設計，在設計方法上最具有代表性的為迭代法，包括：a.初始設計b.分析c.再設計1.1概述傳統(tǒng)設計方法缺陷和弱點十分明顯，也越來越不適應現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需要。主要問題在于：●設計周期長●設計效率低●設計質量差●人才浪費●設計方案少，優(yōu)化含量低，缺乏競爭力1.1概述隨著電子計算機技術的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的計算機輔助設計標志著一種現(xiàn)代工程設計方法的萌生。現(xiàn)代工程設計方法以人工智能為出發(fā)點，以包括先進設計計算理論設計方法設計技術的專家系統(tǒng)為基礎，以電子計算機為工具的一項智能工程。1.1概述1.1概述計算機輔助設計（CAD），非僅僅用來輔助繪圖，重要性在于分析、優(yōu)化、檢驗、修改等工作設計各重要過程和環(huán)節(jié)中。盡可能利用計算機去完成那些重復性高、勞動量大的工作，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間和精力來進行創(chuàng)造性的工作。1.1概述計算機輔助設計系統(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)以及設計、計算機圖紙生成。硬件系統(tǒng)包括計算機、信息輸入設備與輸出設備。1.1概述CAD作為一項綜合性的、技術復雜的系統(tǒng)工程，涉及眾多學科的高新技術領域，如：計算機硬件技術工程設計知識和方法計算數(shù)學、計算力學計算機圖形學數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)庫人工智能及專家系統(tǒng)仿真技術等。1.2CAD的發(fā)展歷史CAD歷程起源于20世紀50年代初期。美國麻省理工學院(MIT)研制開發(fā)出了數(shù)控自動銑床，隨后又完成了用于數(shù)控的APT語言，從此開始了對CAD技術的研究。50年代末，在數(shù)控銑床的基礎上，美國GERBER公司研制出平板式繪圖儀。美國CALCOMP公司則制成了滾筒式繪圖儀。這就為CAD技術的實現(xiàn)提供了最基本的物質條件。1.2CAD的發(fā)展歷史MIT的研究人員當時提出了CAD技術的三個研究目標：①實現(xiàn)人機的交互式對話；②以圖形為媒介實現(xiàn)人機對話；③實現(xiàn)計算機輔助模擬。1.2CAD的發(fā)展歷史1963年美國麻省理工學院林肯實驗室的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、光筆等設備連接在計算機上，使設計者可以和計算機進行對話，對在顯示器上顯示的圖形進行交互式處理，初步實現(xiàn)了前述的三個目標，標志著CAD技術的誕生。1.2CAD的發(fā)展歷史可以把CAD技術發(fā)展分成四個階段：(1)第一階段，60年代初期～60年代末期。這個階段的CAD系統(tǒng)以使用大型通用機(晶體管電路為主)和刷新式圖形顯示器為基本標志。這個時期的CAD系統(tǒng)價格昂貴，性能簡單，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DEC公司開始生產(chǎn)出價格相當?shù)土男⌒蜋C。光筆、圖形輸入板等各種形式的圖形輸入設備也投入應用，使得CAD系統(tǒng)的價格大幅度下降，促使CAD技術有可能得到快速發(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。此時商品化CAD系統(tǒng)在中小企業(yè)中開始應用與推廣。1.2CAD的發(fā)展歷史(3)第三階段，80年代90年代初期。在此時期出現(xiàn)了廉價的固體電路隨機存儲器，產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器、鼠標器、靜電式繪圖儀,伴隨著超大規(guī)模集成電路技術的進步，微型機、超級微型機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技術從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展，從用于產(chǎn)品設計發(fā)展到用于工程設計。標志著CAD技術進入了實用期。1.3CAD技術在我國建筑業(yè)的應用及現(xiàn)狀我國括CAD技術的研究、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CAD技術的研究和開發(fā)工作，初期階段主要是引進國外的一些CAD系統(tǒng)，對CAD技術作原理和算法上的研究。開發(fā)出一批實驗性系統(tǒng)，取得一些應用性成果，CAD技術也向更多的行業(yè)領域擴散。形成了我國自己的CAD技術研究隊伍。土木建筑行業(yè)是較早應用CAD技術的行業(yè)之一。在北京火車站候車大廳的薄殼屋頂工程設計中，首次采用電子計算機進行結構計算，大大加快了設計進度，開創(chuàng)了我國建筑結構設計工作電腦化的新篇章。1959年，原建工部建筑科學研究院正式建立電算所，開始了建筑結構分析方面的應用，并編制了一些薄殼結構實用計算程序。由于種種原因，發(fā)展不快，而且應用范圍在相當長的時期內僅僅局限于結構計算。1.3CAD技術在我國建筑業(yè)的應用及現(xiàn)狀1.3CAD技術在我國建筑業(yè)的應用及現(xiàn)狀20世紀70年代之前，工程設計及科研使用國產(chǎn)計算機(如TQl6，709機等）來完成數(shù)值計算與結構分析，機器體積大、速度慢、容量小且價格昂貴，采用紙帶穿，使用十分不便。由于價格昂貴，全國只有少數(shù)幾家大型國防和工業(yè)與民用設計院才有條件擁有這樣的計算機開展CAD應用工作，而且實用軟件數(shù)量相當有限。1.3CAD技術在我國建筑業(yè)的應用及現(xiàn)狀建筑結構CAD技術的發(fā)展產(chǎn)生重大變革的一個突出特點是微型計算機異軍突起。1981年IBM推出第一臺PC機，使得專業(yè)人員可以直接上微機操作。微機CAD有如下優(yōu)點：(1)價格低廉。(2)有較強的實用性。(3)性能穩(wěn)定，維護簡易。(4)易學易用。1.3CAD技術在我國建筑業(yè)的應用及現(xiàn)狀建筑結構CAD發(fā)生重大變革的另一個顯著特點就是軟件系統(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構設計軟件開始進入實用階段。目前前處理廣泛采用了人機圖形交互輸入數(shù)據(jù)，后處理可將計算設計結果以圖形方式輸出(如變形圖、內力圖、振形圖等)，直至自動生成完整的施工圖。1.4國內流行CAD結構應用軟件概覽目前國內流行的軟件基本上是由我國建筑科研機構、大中型設計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，是我國建筑工程CAD軟件的主流。國外一些大型CAD應用軟件正通過漢化、采用中國規(guī)范等方式，在中國市場上獨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)展趨勢展望21世紀，以多媒體、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡、可視化、虛擬現(xiàn)實等技術為代表的人一計算機交互理論和技術將滲透到土木工程領域的各個方面，使得傳統(tǒng)的工作模式、表達方法、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)展趨勢集成化技術是指在工程設計階段和各專業(yè)的有關應用程序之間，信息提取、交換、共享和處理的集成，即信息流的整體化，將設計的各階段及涉及的各專業(yè)有機的形成一個整體。協(xié)同技術是指在集成的基礎上，在網(wǎng)絡技術的支持下，