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中外鋼結構材料數據庫的建立及應用軟件的開發

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （河南鄭州華北水利水電學院鋼結構與工程研究所 魏群 彭成山）

    [摘要] 本文介紹了作者開發的鋼結構材料數據庫及相應軟件的成果，該數據庫包括了中國及北美鋼結構材料庫的有關內容，并增加了用戶自定義材料的功能，該數據庫軟件為鋼結構設計、分析及圖形的制作等環節提供了完全方便的查詢手段及產生二維及三維圖形的方便方法。
    1 引言
    近年來鋼結構產業在我國有了可喜的進步，充分展現了我國的鋼結構產業有著發展潛力巨大的廣闊市場。我國20年來的改革開放和經濟發展，已經為鋼結構體系的應用創造了極為有利的發展環境。隨著社會分工的不斷細化，鋼結構工程也必將走向專業化發展的道路。在這種情況下，將鋼結構的設計、分析與制作的各個環節與計算機技術相結合，開發相應的專用軟件及鋼結構的數據及圖形庫也成為發展鋼結構產業的必要手段。數據庫是一種存儲數據并對數據進行操作的工具，其作用在于組織和表達信息，數據庫就是信息的集合。一個高效、快捷、便利的數據庫能夠有效的避免資源的浪費，提高數據檢索的效率，縮短信息傳播時間。因此，鋼結構數據庫的建立有著十分重大的實際意義。
    我國目前缺乏完整的鋼結構數據庫，現有數據庫或是僅立足于某個方面，或分散于不同的專業領域。不同部門間的數據庫缺乏連通，就造成不同行業間，不同部門間相對的孤立，造成其溝通協調的不暢通。在實際工程中，由于缺乏一個較為完整實用的數據庫，使得工程設計、施工、管理人員在實際操作過程中協調不便，影響了工作效率。現行的規范以及行業要求，不能夠充分適應傳播迅速的信息時代的要求，帶來因信息滯后、理解溝通不暢等造成的種種問題。這些問題對行業的發展，乃至其他相關行業的發展都會產生不利的影響。因此建立一個廣泛適用中國現行規范和行業標準，且與世界鋼結構數據庫相連且相兼容，構建廣泛實用、內容完整的鋼結構數據庫意義重大，勢在必行。
    完善有效的鋼結構數據庫的建立將有助于提高鋼結構設計的效率，有利于信息的交流傳播，可以促進我國鋼結構行業規范管理，有助于協調各部門間以及部門內部間信息交流。鋼結構數據庫包含了鋼結構設計的各方面的數據以及示意圖，不僅方便查閱引用，而且有利于快速掌握必要的設計知識，節省以往傳統查閱方式的所需的大量人力物力，使設計及生產的效率大為提高。
    2 鋼結構數據庫的簡介
    2.1數據庫內容
    鋼結構數據庫的型材和擴展建模就是基于原有的文獻的文本數據，運用現代計算機手段，將其轉換成為圖文并茂的，便于操作的，具有良好合作界面的數據庫查詢軟件系統。該數據庫將由國內鋼結構型材和國外鋼結構型材兩部分構成。
    國內部分主要參照國標和建筑工業出版社出版的《鋼結構設計手冊》（上下冊）對鋼結構型材分類進行，按照其制造工藝的不同分為熱軋、冷彎、鋼板組合和用戶自定義型鋼五個部分，其中前四種又根據型材的截面形狀不同分為角鋼、槽鋼等類型；國外部分主要參照國外的鋼結構行業標準進行分類,包括美國AISC的型鋼手冊全部內容可以分為：I Profiles、L Profiles、C Profiles、T Profiles、Circular hollow sections、Rectangular hollow sections、Timber Profiles、User defined fixed。在該層節點下一層又分為多個子節點，另外對常用的緊固件也進行了分類整理，同時增加了用戶自定義截面，材料庫總結點多達8千多種類型，其主要分類可見下列節點總目錄圖（圖1a～1d）。


    2.2 數據庫的建立流程
    數據庫建立的主要工作流程為：基礎數據信息的收集和Excel數據表格建立→繪制型鋼的截面位圖→鋼型材數據表格將Excel表格轉換成為文本文件→將Excel表格轉換成通過VB 建立結點（treeview）→建立VB同 Acess數據庫的連接，實現VB對數據庫數據的讀取→建立成功的查詢系統→數據庫的安全保密性設置→數據庫的發布→根據數據繪制二維或三維圖形。
    建立一個性能良好的數據庫系統，首先要有依靠信息的全面性來保證它的權威。信息收集工作的好壞，直接關系到整個數據庫系統的質量和運用的效率。基礎數據信息的收集它是一項十分龐大而又繁雜的工程，它是數據庫得以利用的關鍵。為了保證數據庫的質量，應堅持以下原則：
    （1）準確性 該原則要求所收集到的信息要真實，可靠。只有依靠準確的數據收集，才能夠保持建立一個正確的數據庫系統，才能保證我們查詢數據的有效性和準確性。所以數據的收錄數據庫系統建立成敗的根基，而且搞好設計的前提和基礎。
    （2）全面性 要求所搜集到的信息要廣泛，全面完整。只有廣泛、全面地搜集信息，才能完整地反映管理活動和決策對象發展的全貌，為決策的科學性提供保障。本數據庫為避免此方面的缺陷，設置了“用戶自定義”項，當給定的型鋼不能夠滿足要求時，可以通過該項進行設置。
    （3）時效性 信息的利用價值取決于該信息是否能及時地提供，即它的時效性。信息只有及時、迅速地提供給它的使用者才能有效地發揮作用。在運用的過程中，我們會根據型鋼的發展以及數據庫技術的發展來更改那些過時的信息，運用更有效的存取方式來服務于用戶。
    我們本次建立數據庫所需的數據信息主要參照國標和中國建筑工業出版社出版的《鋼結構設計手冊》（上下冊）來進行，同時還參閱了多種資料文獻，經過詳盡的查閱，輸入，審核后完成，除了行刺數據外，還包括了常用的設計參數表，包括：
    構件的軸心受壓穩定系數φ、柱的長度計算系數鋼材的規格及截面特性、組合界面的特性、緊固件的規格與尺寸及截面特性構件的承載力和設計值承載力矩設計值、連接承載力設計值橫梁的固端彎矩、單跨等截面門式鋼架彎矩剪力計算公式材料的性能、型鋼的規線距離和連接尺寸、吊車技術資料、焊接破口與結構組裝和安裝偏差以及H型鋼等表格數據。
    2.3 型材截面的點陣圖的繪制
    將型鋼的截面特性列表同相應圖形結合，更形象地表達結構型材的特性。本數據庫圖形庫為盡力的達到完美，我們在型材列表框的右側上方放置相應的示意簡圖，以使得用戶在將選才運用設計前有更直觀的認識。
    用系統自帶的畫圖板進行鋼結構型材截面圖片繪制。圖片的尺寸設為143像素X 143像素，描繪了型材截面尺寸和尺寸的標注，并且圖形下方的屬性列表（listview）同圖形的尺寸標注相對應。目前已經完成的圖片約111種。
    3 ADO方法的應用
    3.1 ADO與ADOX技術簡介
    ActiveX 數據對象 ADO是Microsoft開發數據庫應用程序的面向對象的新接口。ADO訪問數據庫是通過訪問OLE DB數據提供程序來進行的，提供了一種對OLE DB數據提供程序的簡單高層訪問接口。
    ADO技術提供了采用對象模型的數據庫訪問技術，它與同樣采用此技術的
    DAO(數據庫訪問對象)技術相比，提供了更加靈活的技術以及更加廣泛的應用，并將取而代之。
    ADO是用來訪問OLE DB的數據訪問技術。它是基于OLE DB的模型之上的。但是ADO的對象模型簡化了對對象的操作，因為它并不依賴于對象之間的相互層次作用。大多數情況下，可以只關心所要創建和使用的對象，而無須了解其父對象。
    在VB中可通過引用對象庫“Microsoft ActiveX Data Objects 2.5 Library”，來引用ADO。而ADOX是對ADO對象和編程模型的擴展，它將ADO擴展為包括創建、修改和刪除模式對象，如表格和過程。它還包括安全對象，用于維護用戶和組，以及授予和撤消對象的權限。ADOX常用的方法有：添加、創建、刪除、按名稱或序號返回集合的指定成員、更新。
    3.2 鋼結構數據庫界面
    新建數據庫界面利用ADO和ADOX對象動態創建數據庫和數據表（圖2是主界面的形式），這些方法在開發VB數據庫應用程序中很有實用價值，它可以提高數據庫程序靈活性。
    在數據庫開發過程中，通常的使用的方法是：先使用數據庫管理系統(例如：Microsoft Access)或VB中的可視化數據管理器建立好數據庫和數據表結構，然后在程序中通過使用ADODC數據庫控件或引用ADO對象與數據庫中的表建立連接，再通過數據庫感知控件(例如：文本框、DataGrid等)來進行數據庫的各種操作。但是，在這種開發過程中，用戶在程序運行過程中無法動態地建立自己所需的數據庫和數據表。
    在程序運行過程中建立自己所需的數據庫和數據表，其本質就是用代碼(或者說通過編程)來建立數據庫和數據表，能夠提高程序的靈活性和實用性。使用ADO開發數據庫應用程序時，通過引用對象庫“Microsoft ActiveX Data Objects 2.5 Library”（簡稱ADO）和對象庫“Microsoft ADO Ext 2.1. For DDL Security”（簡稱為ADOX）來完成在程序運行過程中動態地創建數據庫和表。ADOX是對 ADO 對象和編程模型的擴展，它將 ADO 擴展為包括創建、修改和刪除模式對象，如表格和過程。它還包括安全對象，用于維護用戶和組，以及授予和撤消對象的權限。


    4 數據庫的查詢與制圖功能
    該數據庫可方便地嵌入到AUTO CAD的工作環境之中，利用ADO的節點表可方便地查到所關心的型材界面（參見圖3所顯示截面），所有的型材，包括自定義界面材料都已寫出了相應的Visual Lisp應用程序，因此在CAD屏幕上給定一點，VLisp程序便可根據數據庫的數據繪制出二維的截面圖形。如果需要三維圖形的繪制，只需要給定二個指定點便可生成該界面的直線式的三維實體圖形。當然若給定曲線路徑，則會生成一個沿該路徑的三維實體圖形。
    很顯然，這個數據庫及軟件系統在鋼結構設計與制圖中是十分方便和功能強大的工具。值得一提的是，該數據庫所提供的自定義截面，也有豐富的參數調整功能，所以此系統還可以方便地應用于混凝土、鋼筋混凝土及現代復雜工程的三維建模過程當中。

    結語
    我國的鋼結構建設雖然起步較晚，但其迅速發展的和廣泛的應用，已經是不爭的事實。為促進我國鋼結構事業的進一步發展，本文介紹的開發鋼結構型材及擴展數據庫，從鋼結構設計的基礎做起，大大的提高鋼結構型材查詢、應用的效率，產生巨大的社會經濟效益。該數據庫及制圖系統的研發，為我國的鋼結構設計用戶提供了快速、簡便、完善的數據庫系統及易于操作、方便成形的二維及三維制圖系統。隨著此數據庫的不斷完善和功能的不斷增強，可以相信，該成果在我國鋼結構工程中得到普及應用，發揮更大的作用。
    * 豆計龍、薛澤輝、馬榮奎等研究生參加了研究工作。

    參考文獻：
    1. 魏 群，“邏輯產品模型的研究與應用”，”新世紀水利工程科技前沿（院士）論壇“論文集，
    天津大學出版社，2005；
    2. 魏 群，“CIS/2 鋼結構國際標準及CAD系統的研發應用”，第二屆中國國際鋼結構大會文集20北京
    3. 鋼結構設計手冊編輯委員會，《鋼結構設計手冊》（上下冊），建筑工業出版社
    4. 蘇周民，《鋼結構》，中國建筑工業出版社
    5.《鋼結構設計規范》GB50017-2003，中國計劃出版社


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