轻钢材料截面几何性质计算

李丽

摘 要：在轻钢工程的各种结构设计计算中，经常要用到与材料截面有关的一些几何量，如惯性矩、截面抵抗矩，但由于轻钢材料的种类繁多，如果用传统的手工计算方法既费时又费力，还容易出错。该文分别用AutoCAD和CAXA对材料截面的几何性质进行计算，对比结果发现两者相差不大，都适用于计算材料截面的几何量。

关键词：轻钢材料 AutoCAD CAXA 截面几何性质

中图分类号：O312 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0043-02

轻钢结构建筑具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工工期短、可回收重新利用、环境污染少、节能环保等优点，是绿色环保型建筑。用于建造轻钢结构建筑的轻钢材料常用于大型厂房、机场、高铁站台、会展中心等建筑中，也是未来建筑材料的发展方向。在对轻钢结构进行设计计算时，经常需要使用到各种型号的墙面板、屋面板和楼承板截面的几何性质，如：惯性矩、抵抗矩等。但是墙面板、屋面板和楼承板的形状都不规则，几乎不能用传统手工方法计算，然而AutoCAD和CAXA软件就能应用面域特征功能进行查看和计算，该计算过程十分简便，且计算结果精确可靠。本文以墙面板YX66-400-800型号为例进行描述。

1 AutoCAD计算轻钢材料的截面几何性质

1.1 将图形建立成面域

首先导入墙面板YX66-400-800型版型图到AutoCAD软件中。如图1。

建立一个面域的首要条件是，图形必须是一个封闭的图形，并且不能有断开或是超出的部分。先将图形分别上下偏移0.25 mm（偏移量由厚度决定，计算方法相同），再将两端端口用直线封闭起来，删除中间的那条曲线。用面域命令创建面域，可以在命令中直接输入快捷命令Region，也可以点取菜单栏绘图—面域。根据提示选取对象，然后回车。面域建立完成。

1.2 将坐标轴原点平移到图形的质心上

可以直接在命令窗口输入MASSPROP命令，也可以点取菜单栏工具—查询—面域/质量特征命令。然后选取对象，回车，弹出图2。

由图2可知，现在的质心为：

X=-1345.0001，Y=-2345.0002

在命令窗口输入UCS回车，分别输入X值和Y值，中间用逗号隔开，回车，选择水平为X方向，竖直为Y轴方向。这样坐标轴原点就移到质心上了。

1.3 截面惯性矩和抵抗矩的计算

在命令窗口输入MASSPROP命令，也可以点取菜单栏工具—查询—面域/质量特征命令。然后选取对象，回车。弹出图3。

由图3可知，现在X、Y的坐标值都已经为零，说明上一步已经成功将坐标原点移动到质心上了。惯性矩为：

mm4，

mm4

截面抵抗矩（W）是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值，即：

mm3

mm3

2 用CAXA计算轻钢材料的截面几何性质

2.1 将坐标原点移动到截面图形的质心上

首先进行偏移命令，将两端用直线封闭。点取工具—重心命令（材料均匀时，重心与质心重合），然后拾取闭合区域，单击鼠标右键弹出图4。

由图4可知：X=-4.134，Y=0.580；

输入UCS命令，单击回车，给坐标原点命名为重心，单击回车，分别输入X、Y轴的坐标值，中间用逗号隔开，单击回车，指定水平方向为X轴，竖直方向为Y轴。再次检查重心位置，如图5。

由图5可知，X=0，Y=0说明坐标原点已经成功移动到了截面的质心上。

2.2 截面惯性矩和抵抗矩的计算

点取工具-惯性矩命令，拾取要计算材料的封闭区域，在选择自己需要的惯性矩种类，这里选取，单击右键，弹出图6。

如图所示，惯性矩：

mm4， mm3

同样的方法可以计算出：

mm4， mm3

3 用AutoCAD和CAXA计算轻钢材料截面几何性质的对比

针对YX66-400-800版型，从表1可知，以AutoCAD为标准计算的最大误差为0.1196%，由此可见，两者的计算结果十分相近。结合计算过程可知，两种方法的计算量及计算步骤也相差不多，但却仍是两种处理方式的到的相近的结果，因此，两者的计算结果能相互映证，都可靠，并且两种方法都比较方便。

4 结语

轻钢材料在我国轻钢结构建筑领域有着广泛的应用，但由于轻钢材料的不规则性使得传统的计算方法并不适用，该文给出了两种快捷、可靠的计算轻钢材料截面的几何参数的方法，使用这两种方法得到的结果相差不大，证明其结果是可靠的。对于计算轻钢材料的几何性质，可以选用AutoCAD和CAXA软件中的一种软件进行计算，由计算过程也可发现该方法十分方便可靠。

参考文献

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