算繪一體化在抗震墻配筋校核中的實現

王曉舟 謝忠良

(1.漢嘉設計集團股份有限公司，杭州 310005;2.浙江省建筑設研究院 310006)

隨著建筑設計市場的競爭日趨激烈，業主對設計公司的服務質量要求越來越高。對于復雜的建設項目，技術要求高，反復修改可能性大，設計時間又緊迫，特別對服務于各專業的結構施工圖設計人員來說，責任重，壓力大。為適應這一行業現狀，提高繪圖效率成為結構設計工程師按時完成任務的前提。結構施工圖繪制內容多，構件尺寸和配筋是核心內容。繪圖效率除了與項目本身的復雜程度及設計師的工程經驗積累有關外，還與計算及繪圖軟件的熟練應用程度密切相關。慶幸的是通用的結構設計軟件日益豐富，操作界面也更加人性化。對于普通的工業與民用建筑，繪圖軟件以AutoCAD 為核心平臺，并輔之與接口電算軟件PKPM 等的二次開發繪圖插件，如TSSD(探索者)等。計算機繪圖除了給設計人員帶來高效的繪圖革命外，同類工程項目施工圖電子文件的開放性和可復制性為繪圖特別是詳圖繪制的高效率提供了可能性，即在參照圖元基礎上快捷合理地修改。作為結構體系中重要水平抗側力構件的抗震墻，其詳圖的繪制和配筋包括邊緣構件的配筋率的復核是設計的關鍵，特別是縱向鋼筋截面配筋及體積配箍率是必須滿足的規范強制性條文。通常，結構工程師及校審人員主要通過手算、依托excel 的計算表格及免費或商業輔助設計軟件如探索者TSSD、理正結構系列軟件進行構件配筋復核。電算有快捷準確的特點，是配筋復核的首選，但大多數電算程序都需要用戶輸入各種截面尺寸及配筋參數，影響批量復核效率，且復核文件不能保存。基于這個不便捷性，理正開發了梁施工圖校對審核軟件，它完全依托于圖形中的數據和實體，不需要其他數據支持，但目前只提供平法梁校對功能。框架柱校核功能已有文獻［1］實現，但對墻構件國內未見相關文獻報道。具有其充分應用價值。本文以AutoLISP 語言為基礎，開發實現了抗震墻邊緣構建配筋率在AutoCAD 圖形中的自動校核，實現了計算繪圖一體化，滿足工程設計精度要求，快速而有效，具有一定的實用價值。

1 計算繪圖一體化

1.1 參數化繪圖

對定型構件通過參數控制自動生成圖形。結構施工圖中各種構件詳圖都可以參數化繪制，這在PKPM 系列計算機輔助設計軟件的施工圖繪制模塊及國內商業輔助繪圖軟件中能很好地實現。后者程序的工作流程是首先進行繪圖環境的初始化，然后通過交互式界面進行參數輸入，再調用AutoCAD命令進行圖形繪制并插入。參數化繪圖大大提高了作圖效率，并有利于繪圖質量的提高。是CAD 二次開發的主要方向之一。

1.2 計算繪圖一體化

CAD 二次開發的另一個重要方向。結構施工圖繪制中存在著大量需要依托除AutoCAD 以外的計算軟件或實用工具包輔助計算。這在繪圖過程中需要不斷切換程序界面和保存數據，花費較多分析計算時間。PKPM 系列自動生成的構件配筋施工圖在理論上已符合設計規范的要求，但不能直接用于施工圖出圖，加之各設計公司在繪圖風格及技術要求上的差異，需要花費大量時間去復核修改。結構工程師們更期待有打開一個CAD 軟件，就能繪制所有施工圖，包括構件計算和配筋復核。

1.3 AutoLISP 在二次開發中的應用

AutoCAD 是國內目前主流的建筑結構施工圖繪制軟件，其本身是一個基礎應用軟件，廣泛應用于多個行業，包括建筑工程、機械電子、地理信息系統及多媒體等。同時，AutoCAD 也是一個具有高度開放結構的CAD 軟件二次開發平臺。根據二次開發技術的不同，可分為兩種模式:內嵌機制和外部開發機制［2］。內嵌機制是把語法解釋器集成在宿主程序中，直接在宿主程序中調用腳本程序段，執行后即可在宿主程序中獲得結果，與外部來發機制相比，內嵌機制針對性較強，與宿主程序的融合性較好。AutoLISP 就屬于內嵌機制，它不需要任何特定的硬件設備，只要一個系統能運行AutoCAD 就能運行AutoLISP。Visual Lisp 是為AutoLISP 提供的一個完整的開發環境，它也是后者的擴展和延伸。AutoLISP 是唯一一種解釋性語言，易學易用，已成為建筑工程設計人員喜愛和廣泛交流的二次開發語言。

2 理論依據與程序實現

2.1 混凝土抗震墻配筋率校核規范依據

《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)［3］(6.3.9)給出了抗震墻約束邊緣構件最小體積配箍率的計算公式:(1)

《混凝土結構設計規范》(GB 50011-2010)［4］給出了復核約束邊緣構件配筋率的計算公式:

公式中參數的具體含義詳相應規范。當滿足

時，約束邊緣部分截面體積配箍率滿足規范要求，規范相關條文還對縱向鋼筋配筋率做了相應規定。

根據公式(1)～(3)，圖1 給出了混凝土抗震墻配筋率計算的程序流程。本程序可以直接在AutoCAD 的繪圖模塊中運行。第一次運行需用apply 命令加載該程序的LSP 文件。目前版本適用于平面形狀相對規則的四種邊緣構件類型，包括暗柱、T 型、L 型和Z 型墻柱。實現不同強度等級箍筋及拉筋的混用。

2.2 程序實現

2.2.1 準備工作

若已有相關項目按程序規則繪制詳圖，則可直接利用該詳圖模板，繪制施工詳圖。若是首次繪制，則需要在工程師自繪施工圖庫中找可參考的詳圖，按本程序規則進行計算前的標定工作。主要任務是刷圖層。程序對豎向鋼筋、箍筋、拉筋及配筋文字分別定義了相應的圖層。鋼筋的繪制均采用多段線。

2.2.2 初始變量的標定

需要標定的變量包括:保護層厚度，箍筋及拉筋的圖上距離與實際距離的換算系數，若詳圖按時實際尺寸繪制，則標定系數為1.0。

圖1 抗震墻配筋復核程序流程圖

2.2.3 計算與評價

(defun C:Vrho())用于實現抗震墻配筋復核的主函數。調用子函數(defun dxf_read (code ename)用于讀入圖元信息，子函數(defun dxf_repLace (code newdata ename/ dxfList)更新圖元信息。調用子函數(defun Len_PL (a)統計多段線長度。編程要點:

1)首先讀入選取的圖元信息。用系統數組函數vlax-make-safearray vlax-vbDoubLe 結合repeat 循環存儲實現。圖元信息包括多段線圖元的長度及面積，配筋文本的鋼筋直徑和間距，循環過程中調用相關子函數和系統變量函數。用ssLength 系統函數統計豎向鋼筋數量。

2)圖元信息的處理，包括邊緣構件類型的自動判別，各變量的賦值、修正和運算。用系統數組vLax-safearray-get-eLement matrix 實現，其中面積的修正采用了滿足工程精度的簡化處理方法來考慮鋼筋體積計算中不考慮重合部分多段線長度。處理方法如圖2。

3)計算結果的原位輸出。采用如下函數:

(setq insertp1 (vlax-3D-point insertpt)textobj1 (vla-addtext mSpace text insertp1 height)在當前模型空間內按指定點插入計算及評價結果。

圖2 可自動識別的抗震墻邊緣構件類型

2.3 相關參數的簡化處理

按規范要求，程序計算中不考慮箍筋重疊部分，且詳圖中不添加輔助線，對箍筋體積和混凝土截面面積的統計采用簡化處理方式如下:

式中，除圖2 中注明外，各參數的含義如下:

Scor表示混凝土核心區的面積，Scor1對應類型c);dSi表示混凝土面積與Scor的差值;當為a)或b)類型時，n=1，當為d)類型時，n=2;c 為混凝土保護層厚度;Vsvi表示箍筋及拉筋體積總和，Vsv1對應類型c)。Al筋扣除的轉角重疊部分;bw為墻厚，對于翼墻厚不等寬的情況，取較小墻厚換算偏于安全。

3 繪圖實例

以某三級抗震的框剪結構住宅為例，底部3 層需設置約束邊緣構件，混凝土強度等級C45，豎向鋼筋采用三級鋼，畫完構件詳圖后，在AutoCAD 界面直接運行主函數Vrho，依次框選相應的鋼筋圖元和配筋文本，得到如圖3 的計算和評價結果。

圖3 AutoCAD 界面下校核輸出成果圖示例

4 結論

1)本文基于AutoLISP 語言實現了混凝土抗震墻原位配筋校核，避免了繪圖中反復切換界面，對批量復核配筋率快捷而卓有成效。

2)實現了計算繪圖一體化意義上的高效率繪制施工圖。

3)對于復雜邊緣構件的配筋率符合，尚需研究相應滿足工程精度要求的簡化計算方法。

［1］劉成斌.AutoLISP 在結構配筋校對中的應用與實現方法［J］.福建建筑，2013，(3):18-21.

［2］趙衛東.柳先輝.衛剛.CAD 軟件二次開發平臺實現技術［J］，計算機輔助設計與圖形學報，2003:512-516.

［3］GB 50010-2010，《建筑抗震設計規范》［S］

［4］GB 50011-2010《混凝土結構設計規范》［S］