数据库环境下进行的混凝土结构设计计算尝试

佟成玉 石晓娟 艾海英 柳自成

摘要：针对混凝土结构设计人工计算数值的复杂性，提出了在数据库环境下的计算方法，并以伸臂梁在均布荷载下的结构设计为例，介绍了其在Visual foxpro中的计算，提高了计算的精度和速度，可视化程度更高。同时展望大数据概念，将提高混凝土结构设计计算的精度，使力学分析更加精准，材料利用更加科学高效，稳定性验算更加便捷，设计操作更加方便，理论更加切合实际。

关键词：数据库，混凝土结构设计，计算

中图分类号：TV331文献标识码： A

前言

混凝土结构设计的数值计算是建立在大量的试验和经验之上的，是根据构件所受的外力分析及内部混凝土和钢筋作用产生的抵抗外力作用的能力，在力学的基础上建立平衡方程的一个计算过程。但混凝土构件在实际服役过程中受诸如不同材料等级，不同环境和不同形态的影响差异巨大，所以建立的平衡方程和数学计算模型是在简化和等效转化各种因素后的理想化平衡方程，即便如此，方程中依然存在很多的随材料等级，环境因素和构件本身形态变化而变化的系数。综合考虑这些系数，对设计一个构件而言是一个相对庞大的数据库，并且有一部分数据是在计算的过程中需要加以验证并作为下一步计算的前提条件。因此整个计算过程很难形成一个流畅和严谨的计算思路和步骤。目前的计算大多停留在人工计算的阶段，通过已有条件查表获得相关参数，通过各种规范限制很多变量的取值，也需要人工查表得到中间变量的取值要求并核对中间变量的取值是否符合条件。整个人工计算过程相对繁杂，本文对在数据库处理环境下进行混凝土结构设计计算的尝试加以介绍以及更深层次应用的展望。

1.以伸臂梁在均布荷载下结构设计为例

1.1传统设计方法思路分析

首先从力学上分析计算梁的受力情况，做梁的剪力和弯矩图，然后根据经验和实际情况确定梁的截面尺寸，混凝土等级，钢筋等级以及相关的设计变量，接着根据所确定的设计变量查表得出相关的设计参数并代入公式计算，与此同时根据设计要求查表进行中间变量的核对和修正，最后计算得出钢筋的设计面积，查表进行选择钢筋配筋。整个过程设计很多的查表，计算，核对修正的步骤，工作量相当大，而借助计算机进行数据处理就显得很便捷。

1.2 在Visual foxpro进行设计的具体操作

首先在Visual foxpro中创建项目并建立计算必须考虑的系数的数据库，要求以二维表的形式。二维表要求各系数和与之唯一对应的材料种类为关键字段，确保查询结果的唯一性。如普通钢筋强度设计值将钢筋牌号作为关键字段，就有一系列的诸如轴心抗压强度，轴心抗拉强度等唯一的系数与之对应。

表1.1 普通钢筋强度设计值数据表

注：fy表示钢筋抗拉强度设计值，fyy表示钢筋抗压强度设计值

然后，在项目中创建表单，并将表单计算涉及到的数据表添加到表单的数据环境中。为了方便设计初始变量的可视化输入，在表单中插入伸臂梁的图例，以及插入各种设计初始变量的标签和可供直接输入具体数值的文本框或组合框。对于输出结果同样是标签加文本框或表格的形式。插入命令按钮或选项按钮组作为计算的执行标志和计算程序的载体。以下是具体程序设计的相关重点语句。

输入赋值语句：q1=val(thisform.text1.value)

查询语句：select 普通钢筋强度设计值.fy from 普通钢筋强度设计值 where普通钢筋强度设计值.牌号=alltrim(thisform.combo2.value) into cursor 'gj1'

fy=val(普通钢筋强度设计值.fy)

分支结构：if j>=f

j=f

v=e*fc*b*h0*h0*j*(1-0.5*j)

i=(m0-v)/(fyy*(h0-k))

s=j*e*fc*b*h0/fy

thisform.text11.value=i

else

j=j

s=e*fc*b*h0*j/fy

thisform.text11.value='单筋截面'

endif

输出结果语句：thisform.text10.value=s

表1.2伸臂梁混凝土设计计算表单

2.在Visual foxpro中设计计算程序介绍

Visual foxpro数据库应用技术，是一个交互式，可视化程度相当高的数据库处理技术，并且建立在计算机软件的基础之上，应用在混凝土结构设计计算上具有很大优势。

2.1数据库的建立和应用

应用数据库可以直接调用计算参数。将混凝土设计计算中涉及的参数以表的形式Visual foxpro中建立数据库，在表中任意的一个参数都有唯一的混凝土材料类别或其它设计变量与之对应。确保一个变量对应唯一参数，供计算机进行自动精准查询计算涉及的参数。

表2.1 在Visual foxpro下建立的混凝土设计参数数据库

注：（1）以上仅部分关键参数数据表

（2）以上部分表为配合表单计算和查询程序的需要属编者自行设计，非混凝土设计规范或相关资料直接给出的表（箍筋配置表）

2.2表单作为应用程序

以表单作为应用程序进行可视化计算。表单是Visual foxpro提供的可视化程序设计环境和工具。具有面向对象的特点和极高的交互式和可视化的优点，在表单中插入各种控件，供设计初始变量的输入，计算程序的编写和执行以及最终结果的输出。通过查询语句的编写，可以在已有的数据库中根据输入的初始变量查询到计算参数。通过执行计算语句的编写，可以进行相关的计算。通过分支结构语句的编写，可以核对和矫正与计算不符要求的中间变量，确保计算在可行的条件下进行。最终按需求输出计算结果。得益于现实中的混凝土构件在规格和模型上有相对固定的要求，因此在计算中不会影响平衡方程的主控变量，给计算的程序带来和相对稳定的模式，因此可以考虑按构件的类型区分几个大类，进行编程计算。如梁就可以按荷载类型分为均布荷载，集中力作用和两种的组合来进行各自的计算编程，也可以按梁的形式分为简支梁，伸臂梁和悬臂梁等。

表2.2混凝土设计计算表单

注：以上仅部分设计计算的表单

2.3采用Visual foxpro进行混凝土结构设计计算的优点和不足

电算在计算的精度和速度上的优势是不言而喻的。但采用Visual foxpro进行混凝土结构设计计算，可以利用已建立的数据库根据输入的初始设计变量进行自动的查询相关参数并自行代入计算。计算中间步骤，自动查表核对并矫正中间变量，可以在数值上讨论混凝土计算中的各种特性和对应的限制。同时输出的可视化程度也很高，可以是文字，数值，表格还可以是对话框，可以根据计算和研究的需要以多种形式输出计算过程中的各种关键数值和最终的计算结果。

不足之处在于Visual foxpro中的表单不能进行自行的制图和出图，也不能支持大型的复杂程序的运算，只能进行简单的顺序和分支结构语句的运行计算，对计算的编程带来了一定的困难。

2.4混凝土结构设计计算在Visual foxpro中的整体规划

主要解决混凝土从已知受外力情况为基础，在Visual foxpro表单中进行内力计算，选取主控内力作为结构设计的设计值，进行截面和配筋的计算。附加具体的配筋方案选择和构件结构挠度和裂缝及稳定性的验算

（1）将混凝土构件的梁、板、柱作为三大第一模型

（2）在各自的第一模型衍生出根据荷载和规格的第二模型

（3）根据第二模型计算结果生成专做配筋方案的第三模型

（4）基于三大模型计算结论下的构件结构挠度和裂缝及稳定性的验算模型

以下是各大模块中的相关表单示意图：

表2.3 板配筋计算表单表2.4 螺旋箍筋柱配筋计算表单

表2.5 纵向受力钢筋配置表单表2.6 板钢筋配置表单

注：输入已计算的理论钢筋面积和根据实际的需 注：可以进行板受力钢筋和分布钢筋尺寸大小和间距的求理想的钢筋根数就可自动按实际情况进行配筋，自动配置。

相对于人工的查钢筋面积表再人工试算显的很便

捷。

表2.7 挠度计算表单

注：可对已设计好的构件进行挠度计算，作为构件是否满足要求的依据

3.混凝土结构设计计算在Visual foxpro中应用的展望

基于Visual foxpro数据库应用技术，在查询数据和计算处理数据的自动，高效，精准的优势，融入大数据的概念，结合具体实验理论和相关分析，细化混凝土构件的受力模型，建立更加细化和完备的混凝土结构设计计算参数的数据库，编写更加精准和高效的计算程序，提高混凝土结构设计计算的精度，使混凝土结构设计在力学分析上更加精准，在材料利用上更加科学高效，在稳定性验算上更加便捷，在设计操作中更加方便，理论上更加切合实际试验理论和分析的大数据模型。

4.结语

建立在已有的混凝土结构设计计算的理论上，借助于Visual foxpro数据库应用技术的相关优势，在很多方面对混凝土结构设计的计算带来了便利。是混凝土结构设计计算在数据库处理环境下的一个尝试，也提出了大数据概念在结构设计中的一个展望。

Design of concrete structures calculations attempt

under the database environment

(Tong Chengyu  Shi Xiaojuan  Ai Haiying  Liu Zicheng)

Abstract: Combining with the complexity of manual calculation to design of concrete structures, the paper explores the method of calculation in a database environment.

Taking the Outrigger beams under uniform load structural design as an example, introduces the calculation in Visual  foxpro, it improves the calculation accuracy and speed, make the calculation more visible. At the same time looking forward to big data concepts, it will improve the accuracy of the calculated to design of concrete structures, make the mechanical analysis more precise, materials using more scientific and efficient, stability checking more convenient, design operation more convenient, theory more realistic.

Key words: database, design of concrete structure, calculation

作者简介：

1.佟成玉，1985年，女，天津，讲师，硕士，现从事土木工程专业教学

2.石晓娟，1978年，女，山东，工程师，硕士，现从事土木工程专业教学

3.艾海英，1984年，女，山东，助教，硕士，现从事土木工程专业教学

4.柳自成，1991年，男，江苏，学生，本科，土木工程专业