STAAD软件二次开发在栈桥整体计算中的应用

叶葱葱

( 福建省电力勘测设计院　福建福州　350001)



STAAD软件二次开发在栈桥整体计算中的应用

叶葱葱

( 福建省电力勘测设计院福建福州350001)

STAAD软件，虽然至今尚未提供符合中国规范的配筋模块，但可以利用其公开的函数库进行二次开发。研究证明，二次开发的STAAD软件可以克服其他设计计算软件缺陷，提高设计工作人员工作效率和设计质量。文章提供了二次开发的STADD软件主要设计思路。

输煤栈桥;三维建模;STAAD;二次开发

0　引言

输煤栈桥是连接储煤场、转运站和主厂房的桥梁结构，是火力发电厂燃料供应系统的重要构筑物，也是燃煤电厂土建设计的重要内容，准确地计算和分析栈桥结构，对于保证发电厂安全可靠运行具有重要的意义。

以往对输煤栈桥的计算多采用PKPM的STS模块进行平面模型计算，该计算模型存在一定的缺陷。本文采用STAAD软件进行栈桥三维建模计算，根据整体计算的结果，指出原有平面计算方法的不足和需要改进的地方。由于STAAD软件未提供符合中国规范的配筋模块，利用计算结果进行配筋设计比较困难。但STAAD提供了一个公开的函数库，允许设计者提取模型和结果信息，可对STAAD进行二次开发。笔者据此设计一款后处理软件，方便设计人员采用三维计算结果进行基础、梁、柱和板的配筋设计。本研究对于改进输煤栈桥的计算方法，以及推进STAAD软件在复杂混凝土结构设计方面的应用具有参考意义。

1　工程概况

本工程为福建石狮鸿山热电厂二期2×1000MW机组工程，该段栈桥为C10皮带栈桥(见图1)，总长154.5m,宽9.0m，单跨最大跨度为25m。栈桥横向支架为钢筋混凝土框架结构, 设置两个刚性跨，在支架柱之间设一座混凝土推煤机库。栈桥采用钢桁架结构,桥面板采用压型钢板底模的现浇钢筋混凝土板, 栈桥侧、顶面采用压型钢板围护结构，基础采用柱下钢筋混凝土独立基础。

本工程的基本风压0.9kN/m2, 地面粗糙度类别为A类；抗震设防烈度为8度(0.205g);

设计地震分组为第一组；建筑场地类别为Ⅱ类，框架抗震等级一级，抗震构造措施按9度考虑。温度作用包括季节温升和季节温降，根据水文气象报告，当地平均最高气温28℃，平均最低气温为11℃，按最不利温差计算温度作用。

栈桥左端设置一个刚性跨，该刚性跨原先设计成钢管桁架结构。但是在STAAD整体建模计算时发现，钢管桁架刚度较小，发挥不了刚性跨的作用，大部分的横向水平力传递至其相邻的单跨混凝土支架，故将此桁架更改为钢筋混凝土结构，并加大截面，增加刚度。

中间跨钢桁架与混凝土支架为铰接，栈桥两端头通过带横向限位的纵向滑动支座与转运站连接(见图2)。整体建模计算时发现转运站结构的刚度大于栈桥支架的刚度，支座水平力远大于按端部栈桥跨度一半分配来的水平力。如果设计配合时，只是按栈桥跨度一半提资水平力，则可能导致实际情况下，转运站所受水平力大于设计荷载，产生过大的横向位移。

因此，在PK平面设计模型中，人为假定栈桥跨度一半的水平力传递给混凝土支架，考虑不到横向刚度的差异导致的荷载分布不均，使混凝土支架设计时候荷载取值不正确，存在安全隐患。

2　平面计算模型的不足

传统的钢结构栈桥计算一般采用PKPM中的STS模块进行平面桁架计算，在平面模型中，所有的荷载均简化到平面桁架节点上，计算时假定全部构件为轴心受力构件，并且不考虑结构次弯矩对整体结构的影响，因此这种计算模型存在一定的缺陷[1]。

设计过程中，通过对比分析，发现平面计算模型还存在以下的不足和需要改进的地方：

(1)钢栈桥两端设置横向钢框架保证侧向刚度，横向钢框架的立柱是一个受弯构件，该立柱与下弦桁架连接处受弯矩作用大，该处作用力是通过加焊竖向肋板来满足要求(见图3)。PKPM平面模型中假定所有杆件均为轴心受力，无法对该立柱进行核算，容易导致设计者忽略对连接处的核算。

(2)栈桥横向计算时，横向荷载(风荷载和地震荷载)的分配与各跨支架的横向刚度有关，而PKPM平面模型计算无法考虑各跨柱子的刚度差异，只能简单地按各跨一半的迎风面积进行风荷载分配，按栈桥跨度的一半来分配上部自重产生的地震力。这种人为假设分配，荷载的分配差别较大，不符合实际情况。

(3)栈桥混凝土支架计算配筋时，若配筋为最小配筋率控制，PK模块给出单向两侧的配筋量已经达到最小配筋率，则支架柱四面的配筋量达到最小配筋量的两倍，人为增大了配筋。

(4)PK平面计算模块下进行模型调整和修改时，经常发生修改信息无法保存或者整个模型信息丢失的情况。经过反复尝试发现，模型的修改应在右侧竖列操作目录下进行，例如：要取消节点或者复制网格，必须在右侧网格生成目录下操作，如果在其他目录下操作，则会出现模型信息无法保存或者程序异常。

3　STAAD软件的优势

STAAD软件在中国的应用主要集中在复杂工业建、构筑物中，与广泛应用于民用建筑的PKPM设计软件相比，其较明显的优势体现在：

(1)PKPM中的水平活荷载都是在同一工况下(同时产生)，建模时不同工况活荷载无法同时添加；而STAAD程序中可以通过活荷载互斥设置轻松解决。

(2)在STAAD荷载输入和荷载组合工况可以人为干预或调整，适用于荷载工况复杂的工业厂房设计。

(3)STAAD三维空间建模计算，能有效、真实模拟结果的受力情况，精确进行内力计算，在满足规范、保证安全的前提下，优化构件截面，节约工程造价。

(4)STAAD软件的输入、输出数据是开放的，可以方便地调取结构信息和计算结果数据，有利于软件的二次开发，例如：其他软件就可以直接生成STAAD的模型信息文件(.std文件)，以及利用VB、C等编程语言调取STAAD的计算结果数据。

4　STAAD的二次开发

STAAD软件在国内主要应用于钢结构设计方面，没有提供依照中国规范的混凝土设计配筋模块。平常进行混凝土结构计算后，需人为提取内力配筋，后处理的过程也较为繁琐：一种是判断出控制工况后，提取该工况的内力进行配筋计算，另一种是计算出各个内力工况下的配筋后取其包络。这两个过程中数据的提取和处理都比较复杂，容易出错。但可以利用STAAD软件提供的开放式的数据接口二次开发来解决这个问题。

相比于国内的一些结构分析设计软件[2],STAAD软件的结构模型文件和内力结果文件都是公开和透明的，并且还提供了一个开放式函数库OpenSTAAD,它允许设计人员提取STAAD的模型和内力结果信息，并在此基础上进行二次开发和后处理。

STAAD从STAAD2002版本开始，提供了vb的接口，用户用vb可以直接调用其内部函数，方便地进行二次开发。笔者利用VB语言设计一款针对STAAD内力计算结果的后处理软件，根据中国规范进行配筋和校核，解决了提取内力手算配筋的繁琐。该后处理程序可以直接读取STAAD处理文件中的模型信息文件(后缀为.std文件)和内力计算结果文件(后缀为.anl文件)，把这些数据信息存储于二维或多维数组中，按照中国规范的公式进行重合和后续处理，二次开发关键的命令流如下：

Filepath = "C:Documents and Settings***.std"

objOpenSTAAD.SelectSTAADFile Filepath

objOpenSTAAD.GetPrimaryLoadCaseCount pnCount

objOpenSTAAD.GetLoadCombinationCaseCount pnCount1

objOpenSTAAD.GetSupportReactions Node, i, Reactions(0)

软件主要的设计思路：

(1)提取支座反力进行基础设计，并按基底承载力和零应力区范围共同控制，让程序自动计算得到最优基础尺寸；

(2)提取柱子杆件内力，分别按偏压构件和偏拉构件计算配筋，对配筋结果进行包络，提取配筋的最大值，并满足抗震构造要求；

(3)提取梁杆件内力，按受弯构件计算配筋，并满足抗震构造要求；

(4)提取板单元弯矩进行组合，按受弯构件计算配筋并验算裂缝。

利用该软件，可以很方便快捷地进行基础和混凝土构件的设计和调整。特别是当模型需要反复修改时，可以较快地计算基础尺寸，迅速完成基础和构件的配筋设计，保证工程质量，满足工程进度要求。

5　结论

STAAD软件对输煤栈桥的整体建模计算，体现了带混凝土桥面板的钢桁架实际刚度，充分考虑了混凝土支柱之间协调作用，与传统的PK平面计算模型相比，更接近结构真实受力。鉴于目前很多电力设计院仍采用平面计算模块，建议从以下三点加以改进：

(1)风荷载的输入不能简单地按一半栈桥迎风面积简化，特别是在风荷载有可能起控制作用低烈度区，栈桥端部传递给转运站或主厂房的风荷载宜从空间模型中提取;

(2)应注意对钢桁架立柱柱底截面的核算，加焊肋板保证其受弯强度;

(3)栈桥混凝土支架配筋为构造配筋时，可按规范中单侧最小配筋率配筋。

STAAD软件非常适用于结构形式复杂的火力发电厂土建设计，虽然现阶段Staad尚未提供中国规范配筋的后处理模块，但可根据其公开的软件接口进行二次开发，以减轻设计人员工作量，提高工作效率和设计质量。

[1]姜云莆.漳州后石电厂全封闭圆形煤场大跨度进仓栈桥设计简介 [J]. 四川建筑，2002(22)51-53.

[2]魏亮，陈延，陈慧.STAAD二次开发的经验[J].钢结构，2007，22(6).

叶葱葱(1983-)，男，硕士，工程师，主要从事火电厂结构设计方面的工作。

The application of STAAD’s secondary development in the 3-D calculation of Coal conveyor gallery

YECongcong

( Fujian Electric power survey & Design Institute ,Fuzhou 350001)

The STAAD software has not reinforced module based on chinese standard,it can provides an open database.The secondary development of STAAD can overcome some disadvantages of other software.The design method about secondary-development were provided in the paper.

Coal conveyor gallery； 3-D Modeling； STAAD； Post-progress program

叶葱葱(1983-)，男，工程师。

E-mail:610766441@qq.com

2016-01-06

TU94

B

1004-6135(2016)02-0106-03