土木工程结构从0开始学cad入门级.docx
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土木工程结构从0开始学cad入门级
第一讲绪论
【教学重点】专业计算机应用基本概念
【教学难点】CAD入门
【教学时数】4课时（2课时讲授，2课时上机巩固）
【教学方法】以课堂讲授为主，辅以现场上机操作进行介绍
【作业】上机完成五角星的绘制，并自己摸索CAD基本命令的用法，以利于下一课的学习。
第1章概述
专业计算机应用是土木工程专业的一门重要的专业技能课，它不同于专业课，也不同于一般的专业基础课，是一门实践性很强的操作类课程。
专业计算机应用的主要内容包括：
AutoCAD基本操作，天正建筑CAD的应用，EXCEL工程应用，PKPM等专业软件的基本应用。
通过本课程的教学，使学生掌握CAD基本操作方法与技巧，能熟练使用各类专业类软件。
专业计算机应用即计算机辅助结构设计，Computeraidedstructuraldesign，CASD。
课程重点在于CAD，掌握CAD之后会介绍天正建筑CAD这一基本工具，以方便以后设计过程中使用，EXCEL的介绍有助于大家利用计算机辅助其余的日常工作、学习。
PKPM专业软件的介绍仅为入门级介绍，具体的深入学习必须等到大家形成完整的结构概念之后方可进行。
专业计算机应用的应用领域很广，特别是这一门被调整了课程内容所涉及的内容几乎可以涵盖所有的工程领域。
第2章AutoCAD概述
AutoCAD是AutoDesk公司开发的用于图形绘制的专业图形软件。
最初开发该软件的目的是为了方便机械制图，随着工程类专业应用中广泛使用计算机，AutoCAD逐步被应用到工程应用领域中来，AutoCAD发展成了土木工程专业的一种基本工具。
AutoCAD被广泛应用到土木工程各个领域当中来是二十一世纪以来土木工程领域的一个重大变革，设计院彻底抛弃图板和绘图笔，取而代之的是电脑与CAD工具，其他土木工程领域的单位在小型图纸绘制过程中考虑到CAD图形的易而修改和保存，也在加强这方面的应用，如施工单位的竣工图、隐蔽工程图等的绘制，甚至某些单位的标牌制作都采用CAD工具。
2.1AutoCAD的用户界面
AutoCAD之所以能成为土木工程的一种常用的工具，与它拥有友好的用户界面有着重要的关系。
为了使用户方便地操作CAD，AutoCAD提供了方便、友好的操作界面，本节将针对AutoCAD界面中的元素进行解释，并力图使读者通过学习本节内容，掌握命令的操作方式及如何获取帮助。
图2.1AutoCAD操作界面
图2.1为AutoCAD2004版的操作界面。
标题栏是位于AutoCAD窗口顶端的条带状区域，其内容为AutoCAD标题及正在编辑的文件名称，其左端图标按钮为一常用工具菜单，常用于关闭当前窗口。
其右端三个常用按钮为Windows通用按钮，分别用于最小化、最大化和关闭窗口。
菜单栏是位于标题栏下部的功能极为强大的工作区域，也是Windows通用栏之一，右端也有通用工具按钮，其余菜单项目均联系到相关命令，可以使用快捷方式或鼠标单击的方式运行所对应的AutoCAD命令。
如“文件（F）→新建（N）…Ctrl+N”（以后不特别说明均以→表示菜单的下一级菜单项）即文件菜单中的新建菜单项，对应AutoCAD中的新建文件命令，快捷方式为“Ctrl+N”或者“Alt+FN”。
菜单栏的最后一项为帮助菜单，完全安装的AutoCAD都可以通过帮助菜单获取操作CAD的所有帮助。
工具栏为AutoCAD中为常用命令提供的简化操作方式，每一工具栏按钮对应于一条AutoCAD的命令，AutoCAD为最常用的实用命令都提供了工具栏按钮，如
按钮对应AutoCAD中新建文件命令，鼠标单击也可运行该命令。
可以在AutoCAD工具栏上的任意位置单击Right（鼠标右键）打开工具栏开关浮动菜单栏，进行工具栏开关设置。
绘图窗口是AutoCAD中的主要操作区域，其背景色一般为黑色，可通过“工具→选项”菜单项进行颜色调整。
在AutoCAD中绘制的图形都显示在该区域中，该区域为一无限区域，即任意尺寸的图形均可在该区域中显示和绘制。
命令提示行为AutoCAD中常用的操作区域，AutoCAD中的命令及简化命令均在此区域中输入，所有命令的提示信息也在该区域中显示。
可用快捷键F2将该区域扩大为一个窗口进行显示。
状态栏为显示AutoCAD绘图状态的带状区域，在不同的状态下显示不同的内容，
为状态栏中一个重要的组成部分，可以进行捕捉、栅格、正交、极轴追踪、对象捕捉、对象追踪、线宽设置，并可修改绘图区域为模型空间和图纸空间。
2.2AutoCAD中的文件操作
为了能方便地进行图形处理及交流，需要将在AutoCAD中绘制的图形保存为图形文件。
AutoCAD中的文件操作与Windows中的通用文件操作方式是一样的，所不同的地方在于在AutoCAD中可以存储的文件格式为AutoCAD专用的或是兼容的格式。
AutoCAD中常用的文件格式对应的文件扩展名分别为：
DWG（图形文件）、DWT（图形模板）、DWS（图形标准）、DXF（图形交换文件）。
其中DWG格式及DXF格式为AutoCAD中最为常用的文件格式，DWG为AutoCAD的专用图形格式，该格式文件在不同版本AutoCAD间一般不用通用，DXF为AutoCAD的图形交换文件格式，其内容为ASCII格式，在绝大多数的绘图工具软件中都可以交换使用。
“文件→新建”菜单项命令运行时将会生成一个新的图形，一般情况下会给出文件名“Drawing.dwg”。
可用快捷方式“Ctrl+N”执行新建文件命令，也可按工具栏按钮中的新建按钮执行该命令，或者在命令提示行中输入“new”运行该命令。
“文件→另存为”菜单项命令运行时会弹出如图2.2所示的窗口。
选择合适的存储文件夹，输入合适的文件名，选择合适的文件类型，然后点击保存按钮即可将文件保存在相应的文件夹中。
可用快捷方式“Ctrl+Shift+S”执行文件另存为命令，或在命令提示行中输入“saveas”命令执行文件另存为命令。
“文件→保存”菜单项命令运行时会有两种情况出现，当文件为第一次保存而且没有设置文件名（为AutoCAD默认的文件名：
Drawing）时，将会出现如图如图2.2所示的“图形另存为”窗口；当文件不是第一次保存时，将直接将当前编辑的图形文件保存到已经设置好的文件名中去。
可用快捷方式“Ctrl+S”执行文件保存命令，或在命令提示行中输入“save”命令执行该命令，或在工具栏中点击保存命令按钮执行该命令。
图2.2“图形另存为”窗口
2.3绘制第一个图形
为了让读者熟悉AutoCAD的绘图窗口及用户界面，下面列举一例来让读者熟悉CAD的绘图过程。
例：
绘制如图2.3所示的五角星。
图形绘制过程如下：
点击绘图工具栏中的多边形按钮，绘制正五边形。
命令:
_polygon输入边的数目<4>:
5选择多边形命令按钮，输入数字5
指定正多边形的中心点或[边（E）]:
在图形窗口中拾取任意点
输入选项[内接于圆（I）/外切于圆（C）]:
直接回车
指定圆的半径:
50输入数字50
由上述操作过程得到图形如图2.4所示为一正五边形。
点击绘图工具栏中的Line命令按钮，将五边形五个角点连接成五角星形状。
命令:
_line指定第一点:
点击line命令按钮，拾取端点1（图2.5）
指定下一点或[放弃（U）]:
拾取端点2
指定下一点或[放弃（U）]:
拾取端点3
指定下一点或[闭合（C）/放弃（U）]:
拾取端点5
图2.3五角星图2.4正五边形
指定下一点或[闭合（C）/放弃（U）]:
拾取端点4
指定下一点或[闭合（C）/放弃（U）]:
c输入字母c
图2.5直线端点选择图2.6选择剪切边界
点击编辑工具栏中的ERASE命令按钮，将正五边形擦除。
命令:
eERASE找到1个输入e，回车，然后选择五边形，回车
输入修剪命令的简化命令tr，将五角星中多余的线段删除。
命令:
trTRIM输入tr，回车
当前设置:
投影=UCS，边=无
选择剪切边...
选择对象:
指定对角点:
找到5个，总计5个从右向左框选所有线
选择对象:
选择要修剪的对象，或按住Shift键选择要延伸的对象，或[投影（P）/边（E）/放弃（U）]:
拾取位置1（图2.6）
选择要修剪的对象，或按住Shift键选择要延伸的对象，或[投影（P）/边（E）/放弃（U）]:
拾取位置2
选择要修剪的对象，或按住Shift键选择要延伸的对象，或[投影（P）/边（E）/放弃（U）]:
拾取位置3
选择要修剪的对象，或按住Shift键选择要延伸的对象，或[投影（P）/边（E）/放弃（U）]:
拾取位置4
选择要修剪的对象，或按住Shift键选择要延伸的对象，或[投影（P）/边（E）/放弃（U）]:
拾取位置5
到此为止，一个五角星就绘制完成了。
2.4AutoCAD中常用快捷按键
在AutoCAD中为了操作方便和快捷，将一些常用的按键进行了特别定义。
2.4.1替代键
在AutoCAD中大部分情况下回车键、空格键、鼠标右键均可以通用，即在大部分能使用回车键的场合都可以使用空格键或鼠标右键代替，但应注意其适用条件。
A空格键在非文本输入的时候均可以代表回车键使用，B鼠标右键代替回车键使用则应当注意三个方面的问题:
其一是鼠标光标必须停留在绘图区域中方有可能代替回车键使用，当鼠标光标停留在其他区域时会弹出相应的右键菜单，而非直接代替回车键；其二是使用鼠标右键时不可同时按下“Ctrl”或“Shift”键，如果同时按下了“Ctrl”或“Shift”键，则会弹出相应的右键菜单；其三是“工具→选项”菜单项中对应的设置，如设置为右键菜单，则会弹出相应的右键菜单。
2.4.2万能退出键
在AutoCAD命令运行过程中，为了退出命令的运行，可以使用“ESC”键，连续三次点按“ESC”键可以退出绝大部分AutoCAD命令的运行。
2.5本讲义的一般规定
本讲义中未特别申明时，斜体字均表示在绘图过程中执行的操作的解释，加下划线表示在命令提示行中输入的内容。
本讲义中未特别申明时，“→”表示菜单与下一级菜单项的连接。
第二讲AutoCAD基本绘图与编辑命令
【教学重点】AutoCAD基本绘图与编辑命令
【教学难点】AutoCAD基本绘图与编辑命令
【教学时数】12课时（6课时讲授，6课时上机巩固，穿插进行）
【教学方法】现场上机操作演示，并对命令进行详细解析介绍
【作业】上机完成simwe论坛上两个习题的绘制。
第3章AutoCAD基本绘图与编辑命令
3.1AutoCAD常用坐标系统及基本操作技巧
3.1.1坐标系统
AutoCAD中可以采用多种坐标系统，主要为直角坐标系统及极坐标系统。
在具体应用过程中，使用坐标系统可以使用绝对坐标和相对坐标两种。
图3.1各种坐标系统下的点
图3.1中6个点的坐标代表了AutoCAD中各种坐标系统下的点的坐标表示方法。
点1使用的为绝对坐标（100，150），点2绝对坐标为（200，300），如使用line命令已经输入端点1时，可以直接输入相对直角坐标（@100,150）来输入点2，表示点2相对于点1的直角坐标X坐标增量为100，Y坐标增量为150。
点3为绝对极坐标（100<45）对应的点，点4相对于点3相对极坐标为（@100<30）,即取点3为坐标原点，极径为100，转角为30度（x轴逆时钟旋转）表示的点为点4。
当需要输入的点与前面的参考点的相对关系为如图3.1所示的点5相对于点3或点6相对于点5的情况时，则可利用AutoCAD中定义的另一种相对坐标表示法：
正交方式+距离。
如使用LINE命令绘制线段35的命令如下：
命令:
lLINE指定第一点:
输入L回车，运行LINE命令，指定点3
指定下一点或[放弃（U）]:
200确定下次方式打开，水平向右移动鼠标，使橡皮线自点3水平向右，然后输入200，回车
指定下一点或[放弃（U）]:
直接回车结束命令。
使用LINE命令绘制线段56的命令如下：
命令:
lLINE指定第一点:
输入L回车，运行LINE命令，指定点5
指定下一点或[放弃（U）]:
150确定下次方式打开，竖直向上移动鼠标，使橡皮线自点5竖直向上，然后输入150，回车
指定下一点或[放弃（U）]:
直接回车结束命令。
关键点：
1、参考点是最后一次输入的点，但必须有连续性。
2、“正交方式+距离”输入时必须保证正交方式为“开”，可按F8来修改正交方式的“开”、“关”状态。
3.1.2对象捕捉设置
在使用AutoCAD绘图的过程中，经常会碰到需要从已有的图形上拾取点的问题，AutoCAD为这个问题提供了完美的解决方案：
对象捕捉。
AutoCAD中提供了图3.2所示的多种对象点捕捉方式，可以捕捉端点、中点、圆心、节点、象限点、交点、延伸点、插入点、垂足、切点、最近点、外观交点、平行点等特征点。
可通过右击状态栏中的“对象捕捉”，并从弹出菜单中选择设置调出图3.2所示对话框，或将鼠标光标置于绘图区域，通过“Ctrl+右击”，从弹出菜单中选择“对象捕捉设置”调出上述对话框。
F3为启用和关闭对象捕捉的快捷键。
图3.2对象捕捉设置
执行命令时在对象捕捉点上暂停会由CAD提供自动捕捉到的特征点的信息，即弹出显示当前捕捉到的是哪一种特征点。
对象捕捉追踪进一步加强了对特征点进行捕捉的功能，读者可以自己去体会，熟练掌握这一技巧，在绘图过程中灵活运用，将会起到事半功倍的作用。
F11键是开启和开闭对象捕捉追踪功能的快捷键。
3.1.3对象选择A.鼠标单击。
B窗口选择（由左上向右下，只拾取全部在内的）。
C交叉选择（由右下向左上，拾取包括部分在内的所有）
AutoCAD为用户提供的常规对象选择方式有三种：
鼠标单击对象选择、窗口选择和交叉选择。
鼠标单击对象选择方式适用于少量对象选择的情况，窗口选择和交叉选择则适用于大量对象集中处于一个较小的区域内的情况。
窗口选择与交叉选择在操作上极其相似，仅仅是选择点的顺序不同而已。
窗口选择时，鼠标首先应点击的点应位于后一窗口对角点的左侧，而交叉选择则要求首先点击的点在后一窗口对角点的右侧。
从选择的内容来看，窗口选择和交叉选择的区别较大，窗口选择仅能选择完全包围在所选择的窗口中的对象，而交叉选择则能选择所有有一点包围在所选择的窗口中的对象。
图3.3表示了窗口选择和交叉选择的区别。
图3.3窗口选择与交叉选择的区别
图3.3中绘制了三角形、矩形、五边形、圆及直线对象各一个，虚线框表示选择窗口。
窗口选择时，窗口第一角点为点1，第二角点为点2，此时选择到的对象仅有三角形、五边形两个完全包围在虚线框中的对象。
交叉选择时，窗口第一角点为点2，第二角点为点1，此时所有的对象因都有部分位于虚线框中，故全部选中。
除上述三种常规对象选择方法外，AutoCAD还提供了一种功能相当强大的快速选择功能。
通过“工具→快速选择…”菜单项或执行QSELECT命令可以调出如图3.4所示的快速选择对话框，通过对该对话框中的“应用到”、“对象类型”、“特性”、“如何应用”等项进行设置后可对当前图形中大量的图形对象进行选择。
图3.4快速选择对话框
3.1.4窗口缩放
由于AutoCAD的绘图区域为无限区域，用户经常使遇到屏幕无法显示所有内容或需要将屏幕中某一区域放大显示的问题。
针对这一问题，AutoCAD提供了多种解决方案，其中最为常用的有两种：
鼠标滚轮方式和命令方式。
命令方式使用的命令为ZOOM（命令别名为Z）。
命令:
zoom
指定窗口角点，输入比例因子（nX或nXP），或
[全部（A）/中心点（C）/动态（D）/范围（E）/上一个（P）/比例（S）/窗口（W）]<实时>:
通过ZOOM命令可以实行窗口放大，比例放大/缩小显示，显示全部内容，以指定点为中心进行窗口移动，动态设置窗口大小，将所有内容扩展至全屏显示，恢复上一窗口状态，实时放大/缩小窗口，窗口平移等窗口缩放功能。
工具按钮
是ZOOM命令的几个常用选项，第一个为平移，第二个为实时放大/缩小显示，第三个为窗口放大，第四个为恢复上一窗口状态。
鼠标滚轮方式进行窗口放大和缩小是在绘图过程中最为常用的方式，滚轮双击可以实现ZOOMEXTEND的功能，即将所有内容扩展至全屏显示。
滚轮上滚/下滚则能实现实时窗口放大/缩小功能。
按下滚轮进行鼠标移动可以实现窗口移动功能。
窗口缩放功能在AutoCAD绘图过程中极为常用，因此，读者应当花一定的时间来熟练掌握各个缩放功能的操作。
3.2AutoCAD绘图与编辑命令
AutoCAD绘图与编辑命令是进行绘图操作的基本命令，熟练操作这些基本命令是熟练使用AutoCAD进行图形处理的前提条件。
因此本讲义将花费较大篇幅来对这些基本命令进行介绍。
由于这些基本命令本身并不存在相关性，学习过程中如果一条命令一条命令地去学习将会是非常枯燥的事情，因此，本讲义设计了多个例题，在介绍例题的时候对这些命令进行详细解释，而且基本上只选择这些命令中比较常用的选项进行介绍，而一些不太常用的选项则不进行介绍，由读者自学。
3.2.1第一个命令—LINE
命令功能：
创建直线段。
命令：
LINE（L）
工具按钮：
菜单：
绘图→直线
命令提示：
命令：
lLINE指定第一点:
第一点提示
指定下一点或[放弃（U）]:
第二点提示
指定下一点或[放弃（U）]:
第三点提示
指定下一点或[闭合（C）/放弃（U）]:
第三点后提示
说明：
指定第一点和指定下一点均可以鼠标单击或输入坐标或进行对象特征点捕捉来进行指定。
闭合选项表示输入C回车之后可以从当前点连一条到第一点的直线段，并且命令结束。
如果不希望继续绘制直线段，则可以直接回车以结束命令，如果对上一直线段不满意，希望取消，可以输入U回车以撤消上一直线段。
由于这是我们所介绍的第一个命令，因此，在此对命令介绍的格式作一说明，以后在进行命令介绍时都将按上述格式进行。
命令功能项介绍该命令的基本功能，命令即可以在命令提示行中直接输入的命令，后跟括号中为该命令的别名，也即在命令提示行中可以输入运行该命令的简化命令，然后是对应的工具按钮及菜单项，命令提示为命令运行过程中出现的提示，后面紧跟的斜体字解释各命令提示的意义及出现的前提，说明部分为对该命令各选项的解释。
对于基本命令，建议各位读者在学习时尽量将其命令别名记住，熟练之后将大大缩短绘图操作的时间。
本讲义中介绍基本命令都将介绍其命令别名，如读者对其余命令的命令别名有兴趣，可以通过查阅CAD安装目录中的Support文件夹下的文件（如：
D:
\ProgramFiles\ACAD2004\Support\acad.pgp）以了解其余命令的别名。
同时，由于该文件为一文本文件，如果读者已经能熟练操作CAD，希望对个别命令别名进行修改，也可以通过修改该文件来实现，但应注意的是，该文件只能在CAD开始运行时自动读入内存中，故修改该文件后，必须重新启动CAD，新的命令别名才能起作用。
3.2.2求四边形的高度H
例3.1求作图3.5所示四边形，并测量其顶点到底边的距离H。
图3.5求四边形的高度
解题思路：
可以通过AutoCAD中的测量距离的命令Dist（Di）来测量该四边形的高度，解答此题的关键在于如何将四边形绘制出来。
由题中给出的已知条件，可以绘制任意一条边，但另外三条边与这一条边的组合将是一个比较困难的事情，在此，我们必须借助辅助线来完成该四边形的绘制。
注意到长度为55的线与长度为80的线之间的夹角为25°，而一般在绘制图线的过程中一般很难用到，作其平行线如图3.6所示，并且长度也为55，此时我们能注意到两条长为55的线与长为50的线及其平行线组成一个平行四边形，我们只要能找到原题中长为55的线的右侧端点即可得出想要的图形，由于长为55的辅助线右端到原长为55的线的右端点的距离为50，而长为80的线右端点到原长为55的线的右端的距离为20，由这两个距离可以确定两个点的位置，如图3.7所示（其中的交点1，交点2均满足上述条件），但观察到交点2位于长为80的线的下侧，故可以排除，确定唯一的一个点，进而确定整个四边形。
图3.6作平行线图3.7求交点
根据上述解题思路的分析，我们已经掌握了作该四边形的方法，但要具体绘制该四边形，还必须了解AutoCAD中相关的作图命令，因此首先介绍一下作图过程中需要用到的命令。
整个作图过程中将会用到的命令为：
LINE（直线），CIRCLE（圆），COPY（复制），ERASE（删除），DIST（测量距离）。
下面具体来进行介绍：
命令功能：
创建圆。
命令：
CIRCLE（C）
工具按钮：
菜单：
绘图→圆
命令提示：
命令:
cCIRCLE指定圆的圆心或[三点（3P）/两点（2P）/相切、相切、半径（T）]:
指定圆心
指定圆的半径或[直径（D）]<50.0000>:
20输入半径
命令:
cCIRCLE指定圆的圆心或[三点（3P）/两点（2P）/相切、相切、半径（T）]:
t输入选项T
指定对象与圆的第一个切点:
指定第一个切点
指定对象与圆的第二个切点:
指定第二个切点
指定圆的半径<20.0000>:
20输入半径
说明：
圆命令拥有大量的选项，但常用选项并不太多，上面的命令提示中我们给出了两种选项的提示内容。
其一是指定圆心和半径（或直径），这是圆命令在使用过程中用得最多的一个选项。
另一个选项是T选项，即“相切、相切、半径”选项，该选项在后面的例题中将会用到，故在此作一解释，此选项应多作练习，如切点与半径的配合不好，将得不到想要的圆，关键是切点到两切线交点的距离尽可能大。
命令功能：
复制对象。
命令：
COPY（CO、CP）
工具按钮：
菜单：
编辑→复制
命令提示：
命令:
cpCOPY
选择对象:
找到1个选择需要复制的对象
选择对象:
继续提示选择需要复制的对象，选择完时回车结束选择
指定基点或位移，或者[重复（M）]:
指定基点，或输入M以重复复制
指定位移的第二点或<用第一点作位移>:
指定参考点或输入距离
说明：
复制命令可以先执行命令再选择对象，也可以先选择对象再运行命令。
必要的时候可以配合对象捕捉或正交方式使用。
命令功能：
从图形删除对象。
命令：
ERASE（E）
工具按钮：
菜单：
编辑→删除
命令提示：
命令:
eERASE
选择对象:
指定对角点:
找到1个可以用前述所有对象选择方式选择对象
选择对象:
选择完成后，回车结束命令
说明：
删除命令可以先执行命令再选择对象，也可以先选择对象再运行命令。
命令功能：
测量两个点之间的距离和角度。
命令：
DIST（DI）
工具按钮：
菜单：
工具→查询→距离
命令提示：
命令:
diDIST指定第一点:
指定第一点
指定第二点:
指定第二点
距离=54.2217，XY平面中的倾角=270，与XY平面的夹角=0
X增量=0.0000，Y增量=-54.2217，Z增量=0.0000
说明：
DIST命令可以测量两个点之间的距离及相对的角度，并在命令运行结束时在命令提示行的最后两行中分别显示两点之间的距离，两点连线在XY平面中的倾角，两点连线与XY平面的夹角，第二点相对第一点的X增量、Y增量及Z增量。
下面介绍四边形的绘制过程及其顶点到底边的距离的测量。
打开正交方式，绘制长度为80的水平线，并从其左端点绘制长度为55，与水平向右夹角为25°的线，如图3.8所示。
图3.8绘制水平线及
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