用EXCEL完善钢结构计算

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摘要： 本文介绍用EXCEL编制一系列小程序，作为钢结构计算的补充，使结构计算更为简单快捷，大大提高了结构设计人员的工作效率和准确度，并举例说明其应用,供设计参考。
关键字： 钢结构 补充计算 EXCEL程序


1．问题的提出
　　随着计算机的广泛应用和软件的不断开发，结构设计人员逐渐摆脱了大量繁重的计算工作。目前可用来进行钢结构整体计算的软件主要有3D3S[1]、STAAD/CHINA以及PKPM系列-钢结构CAD软件和STS软件等。软件的应用大大的提高了设计人员的工作效率。但是，任何一种设计软件都不可能包罗万象，尽如人意。在实际工作中，使用这些软件的同时，结合实际工程，对一些特殊构件或整体分析较难处理的特殊部位作一些补充计算是必不可少的。
　　用EXCEL编制一些计算程序，其优点在于不受源程序影响,设计人员可根据规范要求编制成如用手写计算书一样的形式,按规范要求提取各项系数和计算公式。计算中规范提及的各项注意条款均可列于计算一旁以示提醒,其计算过程一目了然。同时,当规范更新时,只要更改相应的数据和公式很快就能编制出与规范相匹配的新程序,既简单快捷，又便于核对。
　　对于工程校审人员,通过使用EXCEL编制出一些常用的计算程序,会给校审工作带来极大的方便,大大提高工作效率和质量。
结构设计中，可编制小程序的计算内容很多，仅举以下几例:
A.结构计算程序中原始数据的取值,如楼面均布荷载,墙体线荷载；
B.结构计算程序中楼面梁上荷载作简化计算未计入的墙、板、梁的荷载；
C.结构计算程序中末涉及到的荷载,如首层基础梁计算及由基础梁传递给柱基的竖向力的补充计算等；
D.建筑上不能用软件计算的各种构件需作单独验算,如圆弧梁的弯扭剪验算、大跨度梁板的挠度及裂缝宽度验算、工业厂房的牛腿配筋验算、部分杆件的连接计算等；
E.构筑物的验算,如天面水箱计算、楼梯计算、独立柱基和桩基础承载力计算等。
2．用EXCEL编制结构计算程序
　　EXCEL是WINDOWS操作系统下的办公软件,是office软件包下的一种工作表格,易学易记,其操作步骤极具个性化,可建立交互的Web数据页。以往对EXCEL的介绍总是与财务报表、生产成本核算及金融业报表联系在一起,因而钢结构设计计算中很少有人涉足其间。本人通过一段时间的探索和实践,觉得虽然EXCEL不是为建筑结构专业而编制,但其广泛的应用性和丰富的数据处理功能,为完善钢结构设计计算提供了良好的用武之地。其具体编程有如下几个步骤:
2.1 建立明确的文字公式
　　中文WINDOWS(98或2000)的文字处理,不仅具有良好的中文输入功能，而且英文输入也十分方便,特别是“微软拼音输入法”中“选软键盘”一项,提供的字符更是丰富多彩,其中有希腊字母,数学符号.单位符号及特殊符号等十二种键盘符号可供选择。另外,在EXCEL窗口下拉菜单区点取:格式\单元格\字体,可选用“上标”或“下标”(或先选取单元格，再点鼠标右键\设置单元格格式\字体),利用EXCEL的其本键或菜单就有条件编写结构计算公式,许多公式的形式为A=B/C=…,除号“/”一般是水平横线。用EXCEL编制这类公式时就得占用两行单元格,其中“A=”占一列,将其所在单元格与下一行单元格合并,可以点鼠标右键\设置单元格\对齐\垂直对齐\居中: “B”和“C”分别占上下两行单元格,对于有很多文字的格式可再合并左右方向的单元格:表示除号的水平横线，则先选中B所在的单元格再点右键\设置单元格格式\边框(选画下边框线)即可形成；公式中第二个“=”号，也是两个单元格合并。到此文字公式已全部编辑完成。从上面的文字书写中可看出用EXCEL书写的中文公式所使用的菜单并不复杂，只是一二个设置的重复工作，但相当重要，因这一部分工作具有直观性。
2.2 建立清楚的数字化公式
　　上一步建立的“公式”只是一种文字公式，直观，易对照复查阅读，但这些文字不是变量，其公式也不能作运算。其等式的后部分才是运算的主题，那就是数字化公式的建立——用EXCEL建立相应的工作表公式。众所周知，EXCEL工作表最突出的特点就是能够运算复杂的公式并能有条理地显示结果，其公式必须是以等号“＝”开始，然后再输入其他的运算数据或文字[2]。公式中的变量为单元格的地址，EXCEL的基本元素为单元格，它是存储数据的基本单位。各单元格都有一个固定的地址:列标+行标，如第F列第三行相交处的单元格地址用F3，第C列第五行相交处的单元格地址用C5[3]。用运算符表示公式操作类型，用地址表示参与计算的数据位置，如在单元格A3中输入:＝A1+A2-2，表示将单元格A1和A2中的数据相加后减2，结果放在单元格A3中[3]。用EXCEL编写的程序就是把这些单元格地址内填满各种所需数字，根据规范公式进行运算，这里公式占据的单元格仅显示出运算的最后结果,除非选择它与公式相对应的数字化公式才能显示出来，否则是看不到各种中间内容的。所以，建立数字化公式时必须仔细填写正确的数字，以求计算快而准确。
2.3 数字化公式中相关函数的采用
　　在EXCEL的工作表中建立函数的方法有三种：直接在单元格建立函数；在数据“编辑栏”输入函数；或利用工具栏上的函数工具按纽建立函数[2]。钢结构计算所要建立的公式中采用的相关函数也是按照这些方法建立,其具体操作可按下列步骤进行:先选取单元格\点取插入\函数\常用函数(数学和三角函数)。EXCEL的常用函数包含有:平方根（SQRT）、自然对数(LN)、正余弦函数、数值求和(SUM)及单元格求和(SUMIF)等。数学与三角函数中包含各种正反三角函数、正反双曲余弦正切值、圆周率??(PI)值等。设计计算中常用的函数一般均可在其中找到。

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