Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптимизация проектных решений оснований и фундаментов с помощью Microsoft Excel и Visual Basic for Applications (примеры расчета). Методические указан
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ГУМАНИТАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»
Кятов Н.Х.
Оптимизация проектных решений оснований и
фундаментов с помощью Microsoft Excel и Visual Basic
for Applications ( примеры расчета)
Методические указания к практическим занятиям слушателей
дополнительной образовательной программы повышения квалификации
«Строительство зданий и сооружений» по направлению
подготовки 270800 Строительство
Черкесск
2013
УДК 69
ББК 38.58
К 99
Рассмотрено на заседании кафедры технологии строительного производства и
строительных материалов.
Протокол № 3. от " 09 " октября 2013 г.
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом СевКавГГТА.
Протокол № 3. от " 31 " декабря 2013 г.
Рецензент: к.т.н., доцент Багдасаров А.С.
Составитель: к.т.н., доцент Кятов Н.Х.
К 99 Кятов Н.Х.Оптимизация проектных решений оснований и
фундаментов с помощью Microsoft Excel и Visual Basic for Applications (
примеры расчета) : методические указания к практическим занятиям
слушателей дополнительной образовательной программы повышения
квалификации «Строительство зданий и сооружений» по направлению
подготовки 270800 Строительство / Н.Х. Кятов.- Черкесск: БИЦ
СевКавГГТА, 2013. - 44 с.
Методические указания предназначены для слушателей повышения
квалификации специалистов строительства и жилищно-коммунального комплекса по
направлению «Строительство зданий и сооружений».
В методических указаниях представлены основы использования формул и
встроенных функций табличного процессора Excel и графическое представление
результатов расчета на конкретных примерах. Приведены основы базовых структур
языка Visual Basic for Applications, некоторые свойства и методы объекта Range по
управлению диапазонами и основы логических конструкций для управления ходом
выполнения программ. На примере показана последовательность создания кода
обработки событий для пользовательской формы. Подробно рассмотрена
последовательность создания приложения для определения распределения
вертикальных нормальных напряжений по оси, проходящей через центр
прямоугольной, квадратной, ленточной и круглой подошвы фундамента.
УДК 69
ББК 38.58
© Кятов Н.Х. 2013
© ФГБОУ ВПО СевКавГГТА, 2013
2
Содержание
Введение
1. Использование формул и встроенных функций.
2. Графическое представление результатов расчета.
3. Базовые структуры языка VBA.
4. Некоторые свойства и методы диапазонов.
5. Условные операторы и циклы.
6. Код обработки событий для пользовательской формы.
7. Приложение определения распределения вертикальных нормальных
напряжений.
Рекомендуемая литература.
3
Введение
Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе
основания, типа, конструкции и основных размеров фундамента и в
совместном расчете основания и фундамента как одной из частей
сооружения. Проектирование начинают с изучения факторов,
определяющих выбор проектных решений. Среди них первостепенную
значимость имеют следующие: степень ответственности здания или
сооружения, их конструктивные и архитектурно-планировочные
особенности; нагрузки, учитываемые в расчетах; данные инженерногеологических и гидрогеологических изысканий на строительной
площадке; местные условия строительства.
Использование персональных компьютеров для инженерных
расчетов становится наиболее эффективным при использовании
электронных таблиц - табличного процессора Excel, ставшего в настоящее
время довольно мощным инструментом для проведения инженерных и
научных расчетов. Это, прежде всего, связано с тем, что табличный
процессор Excel является составной частью интегрального программного
комплекса Microsoft Office, работающего на платформе Windows, и в
полном объеме реализует функциональные возможности этой
операционной системы. К числу достоинств табличного процессора Excel,
определяющих широкие возможности его использования в инженерных
расчетах, можно отнести:
- относительную простоту освоения и практического использования;
- довольно значительное число встроенных функций (математических,
тригонометрических, инженерных, логических, статистических и др.);
- возможность создания «собственных» программных модулей для
инженерных расчетов на языке Visual Basic for Applications (VBA);
- наглядность инженерных расчетов, выполненных в табличной форме
с помощью табличного процессора Excel;
- практически неограниченный объем электронных таблиц.
Язык VBA сочетает в себе один из самых простых языков
программирования и вычислительные возможности Excel. Создание
многих приложений с использованием VBA проще и быстрее, чем при
помощи других языков программирования. Поэтому в данных
методических указаниях кратко напомним некоторые сведения о
табличном процессоре Excel, которые позволят слушателю понять ход
решения приведенных примеров и при необходимости самостоятельно
повторить их решение, а еще лучше самостоятельно решить новые задачи.
4
1. Использование формул и встроенных функций.
Формула определяет алгоритм вычисления нового значения
некоторого искомого параметра по уже известным значениям аргументов,
в результате определенных действий над которыми и получается значение
искомого параметра.
Функция выполняет определенную последовательность действий над
исходными данными, передающимися в функцию с помощью аргументов,
и выдает результат этих действий.
В формулу могут входить операнды (константы, над которыми при
реализации формулы совершаются операции), адреса и имена ячеек
(ссылка на ячейки), в которых хранятся операнды, операторы (знаки
операций), скобки и встроенные функции. Все формулы начинаются со
знака равенства (=) и может содержать не более 1024 символов. Формула,
перед которой нет знака равенства, Excel воспринимает как текст.
В формулах используется четыре вида знаков операций:
арифметические, сравнения, адресные и текстовые.
К арифметическим операторам относятся: возведение в степень (^),
умножение (*), деление (/), сложение (+), вычитание (-), оператор
присвоения числу отрицательного знака (-) и оператор процент (%).
Оператор отрицание относится к операнду, находящемуся справа от этого
оператора, а оператор процент – слева от оператора. Арифметические
операции выполняются по общепринятому порядку.
К операторам сравнения относятся: равно (=), меньше (<), меньше
или равно (<=), больше (>), больше или равно (>=) и не равно (< >).
Операторы сравнения используются для сравнения двух численных
значений или строк.
К адресным операторам относятся: диапазон (:), объединение (,) и
пересечение (пробел). Они используются для описания ссылок на
диапазоны ячеек, например: A2:D10 – ссылка на все ячейки
прямоугольника, заключенного между двумя угловыми ячейками A2 и
D10; A2:D10,E2:F10 – ссылка на все ячейки обоих диапазонов, т.е. ссылка
на диапазон A2:F10; A2:D10 C2:E8 – ссылка на ячейки, общие для обоих
диапазонов, т.е. ссылка на диапазон C2:D8.
К текстовому оператору относится операция сцепление
(конкатенация), которая позволяет объединить две строки текста в одну
общую строку. Знаком данной операции является амперсант (&).
Ссылкой на ячейку называется ввод в формулу операнда путем
указания адреса ячейки, в которой находится этот операнд. Ссылка на
ячейку содержит заголовок столбца и номер строки, на пересечении
которых расположена эта ячейка. В Excel используются относительные,
абсолютные и смешанные ссылки.
5
Относительная ссылка определяется относительно определенной
ячейки, в которую введена эта ссылка. При копировании формулы в
другую ячейку относительная ссылка автоматически изменяется. Если
некая формула применяется к списку значений, то относительные ссылки
становятся весьма удобными, так как исключается необходимость ввода
формулы для каждого значения из этого списка. В этом случае достаточно
набрать формулу один раз и скопировать ее по всему списку значений.
Примеры относительных ссылок: C5 – ссылка на ячейку; C5:K5 –
ссылка на диапазон-строку; C5:C25 – ссылка на диапазон-столбец; C5:K15
– ссылка на все ячейки, расположенные в прямоугольнике, в левом
верхнем углу которого находится ячейка C5, а в правом нижнем углу –
ячейка K15.
Абсолютная ссылка всегда указывает на конкретную ячейку и не
изменяется при копировании формул. Она особенно полезна при вводе
констант в те формулы, которые будут копироваться во многие ячейки.
Если формула включает в себя и переменные и константы, то ссылки на
переменные следует оформлять как относительные, а ссылки на
константы – как абсолютные. При копировании такой формулы значения
переменных будут изменяться, а значения констант – не будут
изменяться, как это и должно быть.
Примеры абсолютных ссылок отличаются от относительных ссылок
постановкой перед буквой и цифрой знака доллара ($), например, $C$5.
Смешанная ссылка содержит и абсолютную и относительную
ссылку. Например, ссылка $C3 фиксирует столбец C и не изменяется при
копировании формулы, а координата строки изменяется.
При вводе в формулу операндов можно отдельным ячейкам или
диапазону ячеек, в которых хранятся используемые в формуле операнды,
присваивать имена, воспринимающие Excel как абсолютные ссылки. При
наборе формул эти имена используются в качестве ссылок на вводимые в
формулу операнды.
В библиотеку встроенных функций табличного процессора Excel
входит множество различных функций, которые можно использовать в
инженерных расчетах. Каждая функция имеет свое оригинальное имя.
Функция состоит из имени и аргументов, заключенных в круглые скобки.
Аргументы, выделенные в описании функции полужирным шрифтом,
являются обязательными, а остальные аргументы – необязательны и
могут быть опущены при вычислениях. Чтобы вставить функцию на
рабочий лист необходимо выделить ячейку, в которую следует вставить
функцию. Щелкнуть на кнопке Вставка функций (fx) в строке формул с
полем ввода и в открывшемся диалоговом окне Мастер функций найти
нужную функцию. Ввести значения аргументов в поля ввода панели
6
функций и щелчком на кнопке ОК на панели формул завершить ввод
функции.
2. Графическое представление результатов расчета.
Графическое представление результатов расчета, как правило, дает
более ясное с точки зрения понимания и более наглядное представление
об изучаемой зависимости.
Excel располагает специальным средством – Мастером диаграмм,
под руководством которого пользователь проходит все четыре этапа
процесса построения графика или диаграммы, которые рассмотрим на
конкретных примерах.
Пример 1. Требуется определить распределение вертикальных
нормальных напряжений по глубине от сосредоточенной силы с помощью
электронной таблицы Excel.
Для этого выполните следующую последовательность действий.
1. Откройте электронную таблицу Excel.
2. Выполните следующие действия для наглядного оформления
рабочего листа. Поместите указатель мыши на ячейку D2 и щелкните
правой клавишей мыши. В открывшемся подменю выберите команду
Формат ячеек и щелкните на ней левой клавишей мыши. В открывшемся
диалоговом окне Формат ячеек раскройте вкладку Шрифт. Выберите
шрифт Times New Roman с начертанием полужирный, размером 14 и
щелкните на кнопке ОК. Наберите на клавиатуре прописными буквами
предложение – ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ГЛУБИНЕ ОТ
ДЕЙСТВИЯ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛЫ. Аналогично в ячейки A4, B4,
A7, B7 и C7 вставьте соответственно буквы P, r, z, σz и σz׳ тем же
шрифтом, а в ячейки A5 и B5 вставьте 300 и 0,3 тем же шрифтом красного
цвета.
3. В ячейки A8 и A9 введите соответственно 0 и 0,25 и выделите их.
Подведите указатель мыши к маркеру заполнения (к маленькому черному
квадрату в правом нижнем углу табличного курсора), который примет вид
крестика. Нажмите левую клавишу мыши и, «ухватившись» за маркер
заполнения, перетащите его до конца диапазона, т.е. до появления в рамке
экранной подсказки числа 4.
4. Выделите ячейку B8. Подведите указатель мыши к строке формул,
активизируйте ее нажатием левой клавиши мыши и введите знак
равенства. Наберите формулу
(1)
для определения вертикальных нормальных напряжений по глубине по
оси действия сосредоточенной силы. При вводе формулы константу P
следует оформить как абсолютную ссылку, а переменную z – как
7
относительную ссылку. В строке формул данная формула будет иметь
следующий вид
=3*$A$5/(2*ПИ()*A8^2) (2)
После окончания набора формулы щелкните левой клавишей мыши
на кнопке Ввод (√) в строке формул. В выделенной ячейке появится
результат вычислений по введенной в нее формуле, а сама формула
останется в строке формул до тех пор, пока активна ячейка, в которую она
введена.
5. Выделите снова ячейку B8 и скопируйте ее щелкнув левой
клавишей мыши на кнопке Копировать на панели инструментов
Стандартная.
6. Выделите диапазон ячеек B9:B24. Вставьте скопированную
формулу в выделенный диапазон ячеек щелкнув левой клавишей мыши на
кнопке Вставить на панели инструментов Стандартная. В диапазоне
ячеек B9:B24 появятся результаты вычислений по введенной в них
формуле.
7. Аналогично в ячейку C8 наберите формулу
′
, где (3)
для определения вертикальных нормальных напряжений по глубине по
оси, отстоящей от оси действия сосредоточенной силы на расстоянии r.
Здесь константу r следует оформить как абсолютную ссылку. В строке
формул данная формула примет следующий вид:
=3*$A$5*A8^3/(2*ПИ()*(КОРЕНЬ(A8^2+$B$5^2))^5) (4)
8. Поместите указатель мыши на ячейку C8 и щелкните правой
клавишей мыши. В открывшемся подменю выберите команду
Копировать и щелкните на ней левой клавишей мыши. Выделите
диапазон ячеек C9:C24 и щелкните правой клавишей мыши. В
открывшемся подменю выберите команду Вставить и щелкните на ней
левой клавишей мыши. В результате в диапазоне ячеек C9:C24 также
появятся результаты вычислений по введенной в них формуле.
9. Далее с помощью Мастера диаграмм постройте графики
изменение вертикального нормального напряжения по глубине по оси
действия сосредоточенной силы и по оси, отстоящей от этой оси на
расстоянии r.
10. Поместите указатель мыши в диапазоне A7:C24, активизируйте
любую ячейку из этого диапазона и щелкните левой клавишей мыши на
кнопке Мастер диаграмм на панели инструментов Стандартная.
11. В открывшемся диалоговом окне выберите тип диаграммы
Точечная со значениями, соединенными сглаживающими линиями без
маркеров и щелкните левой клавишей мыши на кнопке Далее.
8
12. В открывшемся диалоговом окне выберите Ряды в столбцах и
щелкните левой клавишей мыши на кнопке Далее.
13. В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Легенда,
выберите Размещение внизу и щелкните левой клавишей мыши на кнопке
Далее.
14. В открывшемся диалоговом окне выберите Поместить
диаграмму на имеющемся листе и щелкните левой клавишей мыши на
кнопке Готово. В результате на рабочем столе появится график.
При изменении в ячейках A5 и B5 значений P и r автоматически
будут изменяться результаты вычислений напряжений и вид графика, что
весьма удобно и наглядно. Также по усмотрению пользователя можно
изменять глубину определения напряжений и сами значения z.
Если получаемый автоматически вид диаграммы не устраивает, то
его можно отредактировать и придать ему желаемый вид. Для этого
выполните следующую последовательность действий:
1. Поместите указатель мыши (стрелку) на Область построения
диаграммы (внутри диаграммы) и щелкните правой клавишей мыши.
2. В открывшемся подменю выберите Формат области построения.
В открывшемся диалоговом окне выберите цвет рамки черный и заливку
прозрачную и щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.
3. Поместите указатель мыши на Ось у (значений) в области
диаграммы и щелкните правой клавишей мыши. В открывшемся подменю
выберите Формат оси и щелкните на ней левой клавишей мыши.
4. В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Вид и выберите
толщину линии (третья сверху), Основные – наружу, Промежуточные –
нет, Метки делений – рядом с осью. Далее откройте вкладку Шрифт,
выберите шрифт Times New Roman, начертание Обычный, размер 12 и
щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.
5. Аналогичные действия выполните и для оси x (категорий).
6. Поместите указатель мыши на область размещения легенды,
щелкните правой клавишей мыши и в открывшемся подменю выберите
Формат легенды.
7. В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Вид и выберите
вид рамки Невидимая. Далее откройте вкладку Шрифт, выберите шрифт
Times New Roman, начертание Обычный, размер 12 и щелкните левой
клавишей мыши на кнопке ОК.
8. Поместите указатель мыши на линию графика σz, щелкните
правой клавишей мыши и в открывшемся подменю выберите Формат
рядов данных.
9
Рис. 1. Результаты определения напряжений.
9. В открывшемся диалоговом окне откройте вкладку Вид и выберите
цвет линии синий, толщину линии (третья сверху), маркер отсутствует и
щелкните левой клавишей мыши на кнопке ОК.
10. Аналогичные действия выполните и для линии графика σz׳ с
изменением цвета линии на зеленый цвет.
В точке приложения сосредоточенной силы, как это видно из
приведенных формул, получаются бесконечно большие напряжения.
Например, на расстоянии 0,25 м от точки приложения сосредоточенной
силы напряжение достигает более 2290 кПа. В действительности же таких
напряжений в грунте не могут быть, так как, во-первых, нельзя
сосредоточить большой груз в одной точке, а во-вторых, при малой
площади передачи нагрузки напряжения в месте приложения нагрузки
превзойдут предел прочности грунта. Поэтому некоторую область грунта
у точки приложения сосредоточенной силы необходимо исключить из
расчетов, а график следует откорректировать.
Для этого выполните следующую последовательность действий.
1. Поместите указатель мыши на Область построения диаграммы
(внутри диаграммы) и щелкните правой клавишей мыши.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]