輕鋼材料截面幾何性質計算

李麗

摘 要：在輕鋼工程的各種結構設計計算中，經常要用到與材料截面有關的一些幾何量，如慣性矩、截面抵抗矩，但由于輕鋼材料的種類繁多，如果用傳統的手工計算方法既費時又費力，還容易出錯。該文分別用AutoCAD和CAXA對材料截面的幾何性質進行計算，對比結果發現兩者相差不大，都適用于計算材料截面的幾何量。

關鍵詞：輕鋼材料 AutoCAD CAXA 截面幾何性質

中圖分類號：O312 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0043-02

輕鋼結構建筑具有自重輕、強度高、抗震性能好、施工工期短、可回收重新利用、環境污染少、節能環保等優點，是綠色環保型建筑。用于建造輕鋼結構建筑的輕鋼材料常用于大型廠房、機場、高鐵站臺、會展中心等建筑中，也是未來建筑材料的發展方向。在對輕鋼結構進行設計計算時，經常需要使用到各種型號的墻面板、屋面板和樓承板截面的幾何性質，如：慣性矩、抵抗矩等。但是墻面板、屋面板和樓承板的形狀都不規則，幾乎不能用傳統手工方法計算，然而AutoCAD和CAXA軟件就能應用面域特征功能進行查看和計算，該計算過程十分簡便，且計算結果精確可靠。本文以墻面板YX66-400-800型號為例進行描述。

1 AutoCAD計算輕鋼材料的截面幾何性質

1.1 將圖形建立成面域

首先導入墻面板YX66-400-800型版型圖到AutoCAD軟件中。如圖1。

建立一個面域的首要條件是，圖形必須是一個封閉的圖形，并且不能有斷開或是超出的部分。先將圖形分別上下偏移0.25 mm（偏移量由厚度決定，計算方法相同），再將兩端端口用直線封閉起來，刪除中間的那條曲線。用面域命令創建面域，可以在命令中直接輸入快捷命令Region，也可以點取菜單欄繪圖—面域。根據提示選取對象，然后回車。面域建立完成。

1.2 將坐標軸原點平移到圖形的質心上

可以直接在命令窗口輸入MASSPROP命令，也可以點取菜單欄工具—查詢—面域/質量特征命令。然后選取對象，回車，彈出圖2。

由圖2可知，現在的質心為：

X=-1345.0001，Y=-2345.0002

在命令窗口輸入UCS回車，分別輸入X值和Y值，中間用逗號隔開，回車，選擇水平為X方向，豎直為Y軸方向。這樣坐標軸原點就移到質心上了。

1.3 截面慣性矩和抵抗矩的計算

在命令窗口輸入MASSPROP命令，也可以點取菜單欄工具—查詢—面域/質量特征命令。然后選取對象，回車。彈出圖3。

由圖3可知，現在X、Y的坐標值都已經為零，說明上一步已經成功將坐標原點移動到質心上了。慣性矩為：

mm4，

mm4

截面抵抗矩（W）是截面對其形心軸慣性矩與截面上最遠點至形心軸距離的比值，即：

mm3

mm3

2 用CAXA計算輕鋼材料的截面幾何性質

2.1 將坐標原點移動到截面圖形的質心上

首先進行偏移命令，將兩端用直線封閉。點取工具—重心命令（材料均勻時，重心與質心重合），然后拾取閉合區域，單擊鼠標右鍵彈出圖4。

由圖4可知：X=-4.134，Y=0.580；

輸入UCS命令，單擊回車，給坐標原點命名為重心，單擊回車，分別輸入X、Y軸的坐標值，中間用逗號隔開，單擊回車，指定水平方向為X軸，豎直方向為Y軸。再次檢查重心位置，如圖5。

由圖5可知，X=0，Y=0說明坐標原點已經成功移動到了截面的質心上。

2.2 截面慣性矩和抵抗矩的計算

點取工具-慣性矩命令，拾取要計算材料的封閉區域，在選擇自己需要的慣性矩種類，這里選取，單擊右鍵，彈出圖6。

如圖所示，慣性矩：

mm4， mm3

同樣的方法可以計算出：

mm4， mm3

3 用AutoCAD和CAXA計算輕鋼材料截面幾何性質的對比

針對YX66-400-800版型，從表1可知，以AutoCAD為標準計算的最大誤差為0.1196%，由此可見，兩者的計算結果十分相近。結合計算過程可知，兩種方法的計算量及計算步驟也相差不多，但卻仍是兩種處理方式的到的相近的結果，因此，兩者的計算結果能相互映證，都可靠，并且兩種方法都比較方便。

4 結語

輕鋼材料在我國輕鋼結構建筑領域有著廣泛的應用，但由于輕鋼材料的不規則性使得傳統的計算方法并不適用，該文給出了兩種快捷、可靠的計算輕鋼材料截面的幾何參數的方法，使用這兩種方法得到的結果相差不大，證明其結果是可靠的。對于計算輕鋼材料的幾何性質，可以選用AutoCAD和CAXA軟件中的一種軟件進行計算，由計算過程也可發現該方法十分方便可靠。

參考文獻

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