An Introduction to EXCEL for Civil Engineers From engineering theory to Excel practice PDF

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An Introduction to   EXCEL for   Civil Engineers  From engineering theory to Excel practice Gunthar Pangaribuan  1 - This book is intended to introduce a beginner level of using Microsoft Excel  in civil  engineering practices  - A direct translation                                      Copyright © ...

Description

An Introduction to EXCEL for  

 

Civil Engineers  From engineering theory to Excel practice

Gunthar Pangaribuan  1

-

This book is intended to introduce a beginner level of using Microsoft Excel  in civil  engineering practices  - A direct translation 

                                    Copyright © Gunthar Pangaribuan 2016. No part of the book may be translated, reproduced or transmitted  by any form or by any means without permission in writing from the author. Unless for private use, sharing,  distributing and modifying the associated files for any purpose are prohibited. 

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PREFACE  Microsoft  Excel  learning  is  perceived  as  more  attractive  from  time  to  time  and  it  is  probably  the  most  widely  software‐learning  topic  written  into  books,  websites,  courses,  tutorial  videos,  groups,  etc.  Favored  by  many  people  because  Excel  is  relatively  easy  to  operate and giving  "completely" results by showing spreadsheet form (rows and columns),  images,  text,  tables,  charts,  and  so  on.  Talking  about  Excel  for  applied  engineering  calculation cannot be separated from the discussion on Visual Basic for Application (VBA)  macro, which is the programming language of Microsoft Visual Basic for the automation of  certain tasks. This is due to macro like any other programming  language capable of doing  iterative  calculation  or  repeating  the  calculation  process  with  ease.  There  is  a  unique  combination  between  worksheet  as  user‐interface  and  VBA,  which  turned  out  to  be  a  lot  makes it easy for users to create a program.  This  book  also  discussed  the  depiction  in  AutoCAD  software.  Why?  Because  the  drawing  creation  process  can  be  done  through  Excel  formulas  or  macros,  and  this  will  enhance  a  series of producing program. The advantage of an AutoCAD drawing creation is no doubt  that relies on high image accuracy with a myriad of features it will certainly be a challenge  to  create  drawings.  With  the  ease  of  working  with  Excel,  coupled  with  a  lot  of  given  examples  in  this  book,  it  is  expected  to  increase  the  interest  of  the  reader  to  create  new  original application programs. Thus, each model or even a specific model of calculation will  be an exciting challenge for a programming job is already enjoyable.  Happy Excel programming!      Jakarta, November, 2015  Gunthar Pangaribuan   

 

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CONTENTS  PREFACE ................................................................................................................................................... ii  Chapter 1: BASICS OF EXCEL ...............................................................................................................1  1.1 

Worksheet and Workbook ............................................................................................................ 1 

1.2 

Data Type .............................................................................................................................................. 2 

1.3 

Formula.................................................................................................................................................. 5 

1.4 

Built‐In Function ................................................................................................................................ 7 

1.5 

Array Formula ..................................................................................................................................... 9 

1.6 

Data Formatting .............................................................................................................................. 11 

1.7 

Error Message .................................................................................................................................. 11 

1.8 

Printing ............................................................................................................................................... 12 

1.9 

Making Charts .................................................................................................................................. 13 

1.10  Engineering Drawing .................................................................................................................... 15  1.11  Visual Basic for Application ....................................................................................................... 24  1.11.1 

Creating Macro ............................................................................................................ 25 

1.11.2 

Recording Macro ........................................................................................................ 27 

1.11.3 

Procedure ...................................................................................................................... 29 

1.11.4 

Running Macro ............................................................................................................ 31 

1.11.5 

VBA Dictionary ............................................................................................................ 32 

Chapter 2: EXCEL FUNCTIONS ......................................................................................................... 33  2.1 

Math and Trigonometry Functions ......................................................................................... 33 

2.2 

Logical Functions ............................................................................................................................ 36 

2.3 

Lookup Functions ........................................................................................................................... 38 

2.4 

Text Functions ................................................................................................................................. 40 

2.5 

Data Analysis Functions .............................................................................................................. 43  2.5.1 

Linear Regression ...................................................................................................... 43 

2.5.2 

Polynomial Regression ............................................................................................ 52 

2.5.3 

Interpolation ................................................................................................................ 53 

2.5.4 

Statistical Data ............................................................................................................. 59 

2.5.5 

Circular Reference ..................................................................................................... 65  iii  www.engbookspdf.com

Chapter 3: CREATING MACRO ......................................................................................................... 69  3.1 

Function Procedure ....................................................................................................................... 69 

3.2 

Sub Procedure .................................................................................................................................. 74 

3.3 

Control Structures .......................................................................................................................... 76  3.3.1 

Looping ........................................................................................................................... 76 

3.3.2 

Branching ....................................................................................................................... 79 

3.4 

User Defined Function Problems ............................................................................................. 83 

3.5 

Structure of Program .................................................................................................................... 97  3.5.1 

Input Output Form ..................................................................................................... 97 

3.5.2 

Work With Modules .................................................................................................. 98 

3.5.3 

Tips ................................................................................................................................. 100 

3.6 

Chart Macro..................................................................................................................................... 102 

3.7 

Manipulation on Program Steps ............................................................................................ 108 

Chapter 4: MATRIX PROGRAM ..................................................................................................... 112  4.1 

Matrix Definition ........................................................................................................................... 112  4.1.1 

Types of Matrix.......................................................................................................... 112 

4.1.2 

Matrix Operation ...................................................................................................... 115 

4.2 

Program for Matrix Operations .............................................................................................. 124 

4.3 

Matrix Method for Structural Analysis ................................................................................ 132  4.3.1  

Upper Structure ........................................................................................................ 132 

4.3.2  

Sub Structure ............................................................................................................. 134 

Chapter 5: NUMERICAL METHOD ............................................................................................... 135  5.1 

Numerical Integration ................................................................................................................ 135 

5.2 

Numerical Differentiation ......................................................................................................... 138 

Chapter 6: PROGRAM FOR 2D FRAME STRUCTURE ANALYSIS ......................................... 144  6.1 

Case Example.................................................................................................................................. 144 

6.2 

Sign Convention for Diagram .................................................................................................. 160 

6.3 

Application ...................................................................................................................................... 162 

Chapter 7: PROGRAM FOR 2D TRUSS STRUCTURE ANALYSIS .......................................... 163  7.1 

Case Example.................................................................................................................................. 164 

7.2 

Application ...................................................................................................................................... 176  iv  www.engbookspdf.com

Chapter 8: BEAM ON ELASTIC FOUNDATION .......................................................................... 180  8.1 

Case Example.................................................................................................................................. 182 

8.1 

Application ...................................................................................................................................... 187 

Chapter 9: LATERALLY LOADED STRUCTURE ........................................................................ 189  9.1 

Case Example.................................................................................................................................. 189 

9.2 

Application ...................................................................................................................................... 196 

Chapter 10: ONE DIMENSIONAL CONSOLIDATION ............................................................... 199  10.1  Application 1 .................................................................................................................................. 205  10.2  Application 2 .................................................................................................................................. 207  Chapter 11: AUTOCAD SCRIPT FILE ........................................................................................... 210  11.1  Creating Scripts in Worksheet ................................................................................................ 210  11.2  Creating Scripts in VBA .............................................................................................................. 231  REFERENCES ...................................................................................................................................... 240  ATTACHMENT: PROGRAM CODE ................................................................................................. 241                       

      v 

                                    Gunthar Pangaribuan  Graduated  from  Indonesia  Institute  of  Technology  and  earned  a  bachelor  degree  in  Civil  Engineering.  Getting  started  with a  career  in  geotechnical engineering services  and became  his major work which he has spent over 10 years. During the time, he has created numerous  computer  programs  especially  for  completion  of  geotechnical  problems  using  Excel­VBA­ AutoCAD  ­  the  magic  trio  he  relies  on.  Some  of  the  programs  are  presented  in  this  book.  In  2012,  he  joined  the  oil  and  gas  company  as  a  facility  engineer.  The  current  activities  and  interests include, traveling, social media, tea, music, band, and rock guitar solo.  vi  www.engbookspdf.com

CHAPTER 1   BASICS OF EXCEL 

The work performed by Excel is basically the job of entering data which is then processed  to obtain the desired results. It is, in principle, the same as entering data into an electronic  calculator.  However,  the  data  entered  here  consists  of  various  types  and  coupled  with  existing  Excel  facilities  makes  it  possible  to  present  the  appearance  of  numbers,  text,  associated  tables,  graphs  and  a  database.  This  makes  Excel  becomes  well  integrated  to  create a reporting text and the problem analysis as well.  Each  version  of  Excel  to  be  developed  to  always  make  changes  and  additions  of  new  facilities, while is still maintaining compatibility with previous versions. But the changes do  not alter the basic features of this software as a worksheet for computing applications. In  this book, we will be working with Microsoft Excel 2007. 

1.1  WORKSHEET AND WORKBOOK  When  opening  Excel,  by  default  Book1  is  the  name  of  the  first  workbook.  This  workbook  consists  of  3  worksheets  named  Sheet1,  Sheet2  and  Sheet3.  Excel  worksheet  is  also  referred to as a spreadsheet that is the sheet for processing text and numbers.  Figure  1.1  shows  the  elements  of  a  workbook.  At  the  top  of  the  page  there  is  a  title  bar  displays  the  workbook  name.  Underneath,  there  is  a  Ribbon,  new  interface  intoduced  in  Excel  2007,  which  is  a    navigation  tool  replaces  the  menu  and  tool  bars  in  earlier  Excel  version as a tool of access to Excel commands. All commands are grouped and placed into  tabs for particular purposes, thus a tab contains groups of commands.  Worksheet  is  divided  into  rows  and  columns.  In  Excel  2007,  the  number  of  columns  and  rows have been improved from previous versions. Columns are from A to Z, then AA, AB to  XFD (16,384 columns), while the rows start from 1 to 1,048,576. The intersection point of  column and row forms a cell as a place to fill data. Each cell has an address referred to by a  column  and  a  row,  for  example  cell  B4  is  a  cell  in  column  B  and  4th  row.  The  address  of  selected cell can be seen in the Name Box below the Ribbon. 

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  A  collection  of  cells  is  called  a  cell  range,  forming  an  array  extending  horizontally  or  vertically. For example range A1: A5 is a collection of cells from A1 to A5, forming an array  of 5 x 1 or the range A1: C5 form a 5 x 3 array, and so on.   The name of the worksheet can be replaced by other names, by clicking twice on the sheet  tab, press Delete to clear the name, then write the new name; or by right‐clicking on the  tab and then on the shortcut menu click Rename to change its name. 

1.2  DATA TYPE  The input data in the spreadsheet can be divided into some types that are:   a. Text:  

alphabet characters and text: A, B, ‐Z, AB, A2, Computers ...  

b. Numbers:   numerical data: 1,2,3,0, ‐1, ‐2,4,5.85...   c. Date:  

the  date  data  typically  refers  to  the  setting  of  a  computer  calendar  or  formulated in the calculation.  

d. Hours:  

Data of hours generally are referred to computer time setting or formulated  in the calculation.  

e. Formula:   mathematical expressions that calculate two or more values produce a new  value.   f. Function:   a function that is used for various applications  such as calculations, finance,  mathematics and trigonometry, statistics, database, logic and others.   

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Descriiption  Icon to basicc commands below: 

 

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SStore the filee with anotther name in nto a folderr  a and  directo ory,  or  to  a  a disc.  By  default  filee  e extension  o .xlsx  is  given  (free  macros).  Iff  of  t file  conttains  macro the  o  (VBA)  an nd  needs  to  a activate eac ch  time  it  is opened, an n extension n  o of .xlsm exte ension mustt be given. 

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