CN103310042A - 用于布置三维角筋的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋布设方法，特别是用于布置三维角筋的方法。本发明根据土木工程结构的几何信息来精确确定角筋的布置参数，快速进行三维角筋布置，并直观显示三维布筋结果，包括以下步骤：（1）、根据角筋的布置设计，选择布筋引导线，获取布筋引导线长度，并根据角筋间距和角筋根数生成每条角筋的布筋点；（2）、在布筋点上生成角筋平面，在角筋平面内生成局部坐标系；（3）、根据角筋设计的实际参数，利用坐标系在角筋平面内定位生成角筋轴线；（4）、调用预设的角筋模板，在角筋平面内依据角筋轴线生成钢筋，快速生成三维角筋模型，并赋值钢筋属性数据。

Description

用于布置三维角筋的方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋布设方法，特别是用于布置三维角筋的方法。

背景技术

角筋是钢筋的一种重要布置形式，通常用于孔洞、槽等削弱结构或结构突变部位，改善该部位的受力性能。角筋与结构边界的距离应大于规范要求的保护层厚度。一般按45度布置。

目前钢筋图的绘制方法，大部分是采用二维绘制。对不同工程结构部位选取典型特征结构剖面，用手工绘制钢筋图，对角筋画法采用示意性表示。对于结构断面变化、孔洞较多的部位，需要更多典型剖面图，并逐个绘制角筋。对于比较复杂的结构，钢筋图绘制和材料分类统计仍由人工完成，设、校、审的工作量极大、难度高且较容易出错。对于结构比较规整的结构，虽然有部分软件可以直接绘制二维角筋图，但仍然适用范围有限，无法适用各种复杂结构的角筋布置及三维显示、检查、指导施工实践。寻找新的角筋绘制或三维角筋快速布置工具和方法，是每个结构工程师及制图人员梦寐以求的理想。

目前通过手工绘制或现有软件得到的图纸都是二维的，需要经过专业训练、有经验的工程师进行解读，在头脑中重新构建钢筋的三维模型，对于角筋等细部结构，无法详细、真实反映其与结构、其他钢筋的空间位置关系，同时，不同工程师在解读过程中可能存在二义性，这对钢筋图的技术交流和指导施工带来很大的障碍。随着计算机的发展，通过计算机的辅助，工程人员可以根据需要重建钢筋模型，包括角筋模型，生成逼真的三维钢筋模型，使得基于钢筋图的技术交流更方便、更直观、材料统计更准确。

从公开的文献和资料来看，尚未发现在三维模型空间上直接布置角筋的软件或方法。由于钢筋三维建模没有现成的专业软件，对钢筋三维建模工作量极大，而且是实体模型，随着钢筋数量、种类的不断增加，不管是对计算内存限制、显示速度，还是建模工作量、难度来说，都是巨大的挑战。特别是与结构形状密切相关的角筋筋，无法快速批量、快速定位，并快速生成三维模型，以方便后期的校核、审查及材料分类统计，无法满足工程设计的快速、精确的要求，因而开发新的能够高校处理复杂结构的角筋三维布置和实时显示的方法尤为重要。

发明内容

本发明根据土木工程结构的几何信息来精确确定角筋的布置参数，快速进行三维角筋布置，并直观显示三维布筋结果。

本发明所采用的布置三维角筋的方法，包括以下步骤：

（1）、根据角筋的布置设计，在布筋引导线上，获取布筋引导线长度，并根据角筋间距或角筋数生成每条角筋的布筋点；

（2）、在布筋点上生成角筋平面，在角筋平面内生成局部坐标系；

（3）、根据角筋设计的实际参数，利用局部坐标系在角筋平面内定位生成角筋轴线；

（4）、调用预设的角筋模板，在角筋平面内依据角筋轴线生成钢筋，快速生成三维角筋模型，并赋值钢筋属性数据。

进一步的是，在（4）步骤之后，还包括（5）、对三维角筋模型进行轻量化处理，实现快速预览、实时显示和快速存储。

进一步的是，所述的快速生成、显示及轻量化，是采用拓扑的面模型实现。

进一步的是，在（2）步骤中，角筋平面为布筋引导线的法平面、水平面或竖直面。

进一步的是，所述的水平面和竖直面分别通过下列方法以法平面为参考生成：

水平平面的生成步骤如下：

（1）在布筋点上生成Z轴直线，在法平面上生成投影线ζ；

（2）求Z轴与投影线ζ夹角α、Z轴与投影线的叉乘Π，若夹角α为90度，法平面与水平平面重合，则中止，以法平面作为水平平面；

（3）以叉乘Π方向和旋转角度90-α度，旋转法平面；

竖直平面的生成步骤如下：

（1）在布筋点上生成Z轴直线，在法平面上生成投影线ζ，；

（2）求Z轴与投影线ζ夹角α、Z轴与投影线的叉乘Π，若夹角α为0度，法平面与竖直平面重合，则中止，以法平面作为竖直平面；

（3）以叉乘Π方向和旋转角度α，旋转法平面。

进一步的是，在（3）步骤中，当角筋具有弯钩时，以角筋轴线的端部为参考，根据弯钩的细节参数延伸出弯钩轴线。

进一步的是，钢筋属性数据结构为：

钢筋编号：字符型；

钢筋等级：整数型或枚举型；

钢筋型式：枚举型；

钢筋直径：浮点型或枚举型；

钢筋间距：浮点型；

钢筋长度：浮点型；

钢筋颜色：RGB型；

备注信息：字符型。

本发明的有益效果是：由于采用了布筋引导线、布筋点以及由此生成角筋平面和局部坐标，这样既可根据这些参照准确的显示出角筋的各种情况，直观显示三维布筋结果。这样的建模方式速度较快，还能将角筋信息反映直观、准确地给工程师，提高了工程师工作的效率，其准确的信息也提高了施工进度，同时也避免由于二义性造成施工的缺陷。本发明可以采用拓扑的面模型实现，与采用实体格式的钢筋模型相比，其占用内存和硬盘空间大大减少。本发明与软件平台无关，既可以是基于商业三维设计软件，可以是自主开发的三维图形平台，在工程应用领域具有重要的应用价值，并且具有高可信度、可应用性、可采纳性。

附图说明

图1是本发明的三维角筋布置方法流程图。

图2是本发明的位于布筋引导线上的法平面Ω示意图。

图3是本发明的位于布筋引导线上的水平面Ω示意图。

图4是本发明的在平面局部坐标系下角筋定位的数学模型图。

图5是本发明实施的角筋端部弯钩结构参数图。

图6是本发明实施的廊道角筋三维模型图。

图7是本发明实施的弧形门槽角筋三维模型图。

图中标记为：布筋引导线1、布筋法平面2、布筋引导线3、布筋水平面4、角筋5、底部水平筋6、环向筋7、廊道内壁8、布筋引导线9、弧形门槽10、带弯钩的角筋11、角筋12、受力筋13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

角筋三维布置输入参数主要包括布筋引导线1、钢筋间距及直径、角筋定位参数。确定角筋定位参数主要包括角筋所在的平面Ω、平面Ω局部坐标系、角筋定位A点位置（a，b），角筋主轴方向与y轴的夹角φ（默认45度）。其中确定钢筋平面Ω、建立局部坐标系、定位角筋参数是本发明的关键环节，布筋引导线1由用户选择的，相当于一个输入参数。下面结合附图和角筋三维布筋步骤对本发明作进一步详细说明。

步骤一:生成布筋点

在布筋引导线上，获取布筋引导线长度，根据钢筋间距或钢筋数生成若干个布筋点O，见附图1和附图2。

步骤二:确定角筋平面Ω

在布筋点上生成角筋平面，主要有3种形式：

（1）布筋引导线上的法平面，如斜坡廊道的角筋布置，参见附图1；

（2）布筋引导线上的水平平面，如闸门槽等的角筋布置，参见附图2。

（3）布筋引导线上的竖直平面，如水平廊道、孔口流道角点等的角筋布置；

竖直平面和水平平面可以通过布筋引导线的法平面旋转得到。

水平平面Ω的生成步骤，最直接的方式是过布筋点偏移xy水平面，以下算法是为了实现算法的规整化：

（1）在布筋点上生成Z轴直线，在法平面上生成投影线ζ；

（2）求Z轴与投影线ζ夹角α、Z轴与投影线的叉乘Π（若夹角α为90度，法平面与水平平面重合，则中止，以法平面作为水平平面）；

（3）以叉乘Π方向和旋转角度（90-α）度，旋转法平面。

竖直平面Ω的生成步骤：

（1）在布筋点上生成Z轴直线，在法平面上生成投影线ζ；

（2）求Z轴与投影线ζ夹角α、Z轴与投影线的叉乘Π（若夹角α为0度，法平面与竖直平面重合，则中止，以法平面作为竖直平面）；

（3）以叉乘Π方向和旋转角度α，旋转法平面。

步骤三:确定角筋平面Ω内的局部坐标系

布筋平面的局部坐标系以布筋点O为原点，y轴方向由用户指定已知直线或边线，或者创建一个方向线作为y轴线方向，在布筋平面内做一条垂直y轴方向的直线作为x轴方向。例如在廊道布置角筋的时候，在竖直平面内，选择Z轴或廊道边墙线作为y轴。在布置直门槽或弧门槽的角筋，在水平平面内，选择门槽的水平边界线作为y轴。

布筋局部坐标系可以通过互换xy轴、切换坐标轴正方向、绕O点旋转坐标系，可以灵活、随意在布筋平面内布置角筋位置、方向。

步骤四：在角筋平面Ω内生成角筋

具体实现步骤如下：

（1）取一布筋点O，按步骤二、三的确定角筋平面Ω和局部坐标系，在局部坐标系下，见附图3，根据角筋定位点A点位置（a，b）及角筋与局部坐标系y轴的夹角、角筋的长度生成角筋主轴线。

（2）按照在钢筋端部设置弯钩或延长的细部结构参数，生成细部结构的轴线，与角筋主轴线合并成一个整体，作为角筋轴线。

（3）调用预设的角筋模板，生成三维角筋对象，其属性包括钢筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、备注信息。

（5）依次处理余下的布筋点，生成全部三维角筋对象。

（6）对三维角筋模型进行轻量化处理，保留最终的拓扑面模型，实现快速预览、实时显示和快速存储。

用户可以通过修改角筋平面Ω内的局部坐标系，包括互换xy轴、切换坐标轴正方向、绕O点旋转局部坐标系，达到切换定位点A点的不同象限位置。通过修改定位点坐标（a，b）及角筋与y轴的夹角，可以方便确定合适的角筋位置和方向。

角筋的端部弯钩细节，通过设置圆弧半径R、角度Deg、延长长度L实现弯钩参数的设置。同时在角筋平面内，弯钩方向进行对称，切换弯钩到另一侧。

角筋模板是指用户通过使用一套预先定义的方法创建角筋几何模型，通过参数化方式更新角筋的几何外形及相关属性。对建筑结构件来说，门、窗、柱、梁等典型结构件梳理分类，将设计规范、标准通过参数形式编入设计表中，建立起标准结构件模板，方便设计员在进行结构设计时按需调用不同规格的模板零件或典型特征，既简化了设计过程，又规范了建模操作，大大提高了工作效率。现有技术中通过模板的建模方法得到了广泛应用，尤其针对典型结构件，将会大大提高模型质量、工作效率，增强模型可读性、编辑性。

Claims (9)

1.用于布置三维角筋的方法,其特征在于：包括以下步骤：

（1）、根据角筋的布置设计，选择布筋引导线，获取布筋引导线长度，并根据角筋间距或角筋数生成每条角筋的布筋点；

（2）、在布筋点上生成角筋平面，在角筋平面内生成局部坐标系；

（3）、根据角筋设计的定位元素，利用局部坐标系在角筋平面内定位生成角筋轴线；

（4）、调用预设的角筋模板，在角筋平面内依据角筋轴线生成钢筋，快速生成三维角筋模型，并赋值钢筋属性数据。

2.如权利要求1所述的用于布置三维角筋的方法,其特征在于：在（4）步骤之后，还包括（5）、对三维角筋模型进行轻量化处理，实现快速预览、实时显示和快速存储。

3.如权利要求2所述的用于布置三维角筋的方法,其特征在于：所述的快速生成、显示及轻量化，是采用拓扑的面模型实现。

4.如权利要求1所述的用于布置三维角筋的方法,其特征在于：在（2）步骤中，角筋平面为布筋引导线的法平面、水平面或竖直面。

5.如权利要求4所述的用于布置三维角筋的方法,其特征在于：所述的水平面和竖直面分别通过下列方法以法平面为参考生成：

水平平面的生成步骤如下：

（Ⅰ）在布筋点上生成Z轴直线，在法平面上生成投影线ζ；

（Ⅱ）求Z轴与投影线ζ夹角α、Z轴与投影线的叉乘Π，若夹角α为90度，法平面与水平平面重合，则中止，以法平面作为水平平面；

（Ⅲ）以叉乘Π方向和旋转角度90-α度，旋转法平面；

竖直平面的生成步骤如下：

（Ⅰ）在布筋点上生成Z轴直线，在法平面上生成投影线ζ；

（Ⅱ）求Z轴与投影线ζ夹角α、Z轴与投影线的叉乘Π，若夹角α为0度，法平面与竖直平面重合，则中止，以法平面作为竖直平面；

（Ⅲ）以叉乘Π方向和旋转角度α，旋转法平面。

6.如权利要求1所述的角筋轴线生成的方法,其特征在于：在（3）步骤中，角筋轴线的定位、端部细部结构、角筋属性。

7.如权利要求6所述的角筋轴线生成的方法,其特征在于：所述的角筋轴线的定位、端部细部结构、角筋属性，生成步骤如下：

（Ⅰ）在角筋平面Ω和局部坐标系下，根据角筋定位点A点位置（a，b）及角筋与局部坐标系y轴的夹角、角筋的长度生成角筋主轴线；

（Ⅱ）在钢筋端部设置弯钩或延长的细部结构参数，生成细部结构的轴线，与角筋主轴线合并成一个整体，作为角筋轴线；

（Ⅲ）调用角筋模板，生成三维角筋对象，其属性包括钢筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、备注信息。

8.如权利要求1所述的用于布置三维角筋的方法,其特征在于：在（3）步骤中，当角筋具有弯钩时，以角筋轴线的端部为参考，根据弯钩的细节参数延伸出弯钩轴线。

9.如权利要求1至6任一权利要求所述的用于布置三维角筋的方法,其特征在于：钢筋属性数据结构为：

钢筋编号：字符型；

钢筋等级：整数型或枚举型；

钢筋型式：枚举型；

钢筋直径：浮点型或枚举型；

钢筋间距：浮点型；

钢筋长度：浮点型；

钢筋颜色：RGB型；

备注信息：字符型。

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