CN104408251B - 一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出及应用方法，其方法是；1)建立工艺荷载的数据化和同步化，以DWG文件的格式，定义建筑工程中各工艺的荷载点，经校正的各工艺荷载点数据自动录入计算机数据库保存，使DWG的文件记录和工艺荷载数据两者同步，形成自动更新；2)建立工艺荷载的自动输入通过编制Lisp程序，建立以第1)点建立的各工艺荷载点数据自动导入结构分析与设计应用软件程序中，形成自动输入DWG文件中各工艺荷载点的数据；3)自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数，将所述的各工艺荷载点数据由结构分析与设计应用软件程序中自由导出，自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数，通过该受力荷载参数进行快速布设各工艺荷载点之间的受力构件。本发明避免人工输入，重复操作和计算，可提高后续设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出及应用方法，适于用于建筑工程设计中各荷载构件分布计算。属于建筑设计技术领域。
背景技术
作为一种工业建筑，电厂中的设备管道荷载数量众多，分布范围广。在结构建模分析时，设计人员需要输入数量众多的设备管道荷载。在与工艺专业配合过程中，还面临工艺资料不断升版，荷载不断变化的问题。以某火力发电厂主厂房为例，仅桩图设计阶段，较大荷载(例如单个点荷载5吨以上)的数量就超过200个。在上部结构设计阶段，要处理的工艺荷载就更多。
设计人员处理这些荷载的方法，也随着计算机软件种类的日益丰富而发生变化。工业建筑结构设计最开始是按经典结构力学来手工计算，辅助以计算尺或计算器，处理这些荷载无能为力，只能凭经验分担这些荷载。随着PKPM计算软件的盛行，可以在构件上输入工艺荷载，但该处理过程也是完全人工一个个荷载去输入，目前比较流行的Etabs,SAP2000,Midas等结构设计软件也都能够手工一个个输入，但缺点是要耗费大量的时间。为了简化起见，也有设计人员以等效的面荷载来代替，但这种方法缺点是不准确，高估甚至低估了荷载分布对构件安全的不利影响。
如果人工输入这些荷载，设计人员将要不断重复操作，繁琐且容易出错。长期以来，在软件中处理大量的工艺荷载要么是手工一个个输入，这种方法缺点是需要耗费大量的时间；要么是设计者根据工艺荷载分布情况，加以简化，仅以等效的面荷载来代替，这种方法缺点是不准确，高估甚至低估了荷载分布对构件安全的不利影响。
发明内容
本发明的目的之一，是为了提供一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，可实现建筑工程中工艺荷载在计算软件中的自动输入/输出，从而解决传统输入方法的工作量大和输入不准确的和经常重复操作输出问题。
本发明的目的之二，是为了提供一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出的应用方法，以解决现有人工输入计算、难于精确计算构件间荷载等技术问题。
本发明的目的之一可以通过以下技术方案实现：
一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征是：
1)建立工艺荷载的数据化和同步化
以DWG文件的格式，定义建筑工程中各工艺的荷载点，该荷载点以编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值构成；在人机界面上交互输入并校正各工艺荷载点数据，所述经校正的各工艺荷载点数据自动录入计算机数据库保存，使DWG的文件记录和工艺荷载数据两者同步，形成自动更新；
2)建立工艺荷载的自动输入
通过编制Lisp程序，建立以第1)点建立的各工艺荷载点数据自动导入结构分析与设计应用软件程序中，形成自动输入DWG文件中各工艺荷载点的数据，该程序包括荷载交互输入程序，依据坐标从左到右编号的荷载点自动编号程序，依据坐标从上到下编号的荷载点自动编号程序；
3)自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数
将所述的各工艺荷载点数据由结构分析与设计应用软件程序中自由导出，自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数，通过该受力荷载参数进行快速布设各工艺荷载点之间的受力构件，使在建筑工程中达到合理铺设各荷载点之间受力构件的位置、结构和大小。
本发明的目的之一还可以通过以下技术方案实现：
进一步的，所述的结构分析与设计应用软件为MIDAS或SAP2000应用软件。
进一步的所述的荷载点的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值数据以EXCEL格式保存。
进一步的所述荷载点编号、平面坐标和竖向坐标的荷载数值作修改时，数据库内相对应的数据将自动更新，实现荷载数据化和同步化。
进一步的，所述定义建筑工程中各工艺的荷载点数据通过MIDAS或SAP2000应用程序将选择所有交互输入的工艺点荷载，程序将自动输出工艺荷载数据库，包含工艺荷载的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值信息。
进一步的，所述定义建筑工程中各工艺的荷载点数据分别分布在人机界面的建筑工程模拟模型中。
8、根据权利要求7所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出的应用方法，其特征在于：所述的受力构件的位置、结构和大小通过点击相邻的两个或多个工艺荷载数据，释放了两端节点转动约束的短杆来模拟荷载的单向传递，利用MIDAS或SAP2000的应用程序自动在点荷载前后、左右四个位置建立两个方向的模拟十字形传力短杆，由此自动计算出建筑工程中各受力构件间的工艺荷载节点所需支撑杆位置、结构和大小。
9、根据权利要求7所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法的应用方法，其特征在于：所述的受力构件的位置、结构和大小可通过删除、延伸或剪短所述的模拟十字形传力短杆，即可随时得出在各特定点荷载位置间设定简支梁位置、结构和大小，由此可根据设计受力荷载需求，利用十字形传力短杆进行快速的调整计算简支梁位置、结构和大小。
10、根据权利要求7所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法的应用方法，其特征在于：所述的十字形传力短杆在SAP2000应用程序中，通过API接口开发一个自动在点荷载前后左右四个位置建立两个方向的传力短杆，以适应不同楼板处传力方向的多样化，计算设计相应的受力构件，控制时，每读入一个荷载点数据，同时在该荷载点的上下、左右各偏差200mm的位置，建立四个基准点，并以四个基准点，从左到右和从上到下建立两条相交的短杆，形成十字形，该相交的短杆各基准点分别自动载入计算机模型中，荷载的节点号同数据化后的荷载文本编号对应，方便查看校对。
本发明的目的之二可以通过以下技术方案实现：
一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出的应用方法，所述的各工艺荷载点数据通过Lisp程序嵌入到AutoCAD计算机软件中，具体的：Lisp程序依据DWG图中示意的节点位置和荷载信息，操作人员点击鼠标确认节点位置，并根据提示输入该点的荷载数值，程序将自动在该点处完成节点标记和荷载数值标记，依次点击各节点位置，完成所有工艺点荷载的交互输入，并分别编号，在DWG图中记录的所有节点信息包含工艺荷载绝对坐标和荷载数值，并通过选择两个或多个节点位置，自动计算两节点或多节点之间的受力荷载，由此选择相对应受力构件的位置、结构和大小。
本发明的目的之二还可以通过以下技术方案实现：
进一步的，所述的受力构件的位置、结构和大小通过点击相邻的两个或多个工艺荷载数据，释放了两端节点转动约束的短杆来模拟荷载的单向传递，利用MIDAS或SAP2000的应用程序自动在点荷载前后、左右四个位置建立两个方向的模拟十字形传力短杆，由此自动计算出建筑工程中各受力构件间的工艺荷载节点所需支撑杆位置、结构和大小。
进一步的，所述的受力构件的位置、结构和大小可通过删除、延伸或剪短所述的模拟十字形传力短杆，即可随时得出在各特定点荷载位置间设定简支梁位置、结构和大小，由此可根据设计受力荷载需求，利用十字形传力短杆进行快速的调整计算简支梁位置、结构和大小。
进一步的，所述的十字形传力短杆在SAP2000应用程序中，通过API接口开发一个自动在点荷载前后左右四个位置建立两个方向的传力短杆，以适应不同楼板处传力方向的多样化，计算设计相应的受力构件，控制时，每读入一个荷载点数据，同时在该荷载点的上下、左右各偏差200mm的位置，建立四个基准点，并以四个基准点，从左到右和从上到下建立两条相交的短杆，形成十字形，该相交的短杆各基准点分别自动载入计算机模型中，荷载的节点号同数据化后的荷载文本编号对应，方便查看校对。
本发明具有以下突出的技术特点和有益效果：
1、本发明采用DWG文件的格式定义建筑工程中各工艺的荷载点，利用人机界面进行输入并校正建立一个有效的建筑工程各工艺荷载的应用数据库，形成交互式校正输入方法，该数据库荷载点数据通过编制Lisp程序形成自动输出功能，同时在修改和调整工艺荷载点的数据时可自动更新数据库相应数据，且自动进行保存，供自动输出使用，由此避免人工输入，重复操作和计算，以致大大提高后续设计效率。
2、本发明通过Lisp程序自动输出工艺荷载相应数据，在MIDAS或SAP2000的应用程序应用，并通过设计的十字形传力短杆，随时进行调整修改各建筑工程工艺荷载点位置并进行精确计算所需的受力荷载和结构，如支吊架、次梁和简支梁等受力构件的位置、大小、结构等，由此大大提高建筑工程在设计工艺荷载点上受力结构的技术问题，提高其设计效率。
3、由于本发明利用虚拟十字形传力短杆进行各建筑工程工艺荷载点之间进行选点，自动计算各荷载点之间的承受力，同时建筑工程中受力构件的位置、结构和大小可通过删除、延伸或剪短所述的模拟十字形传力短杆进行实时更改和修正，建立荷载传递的模拟方法，有效的解决现有技术仅靠传统经验进行分担这些荷载的技术问题，更加完善和精确的计算各工艺荷载点的承受力，设计合理的受力构件。
3、本发明在DWG设计的工程图形上自动建立了荷载点和十字形传力短杆，在后续建模中，设计人员可以根据荷载点的情况选择次梁的布置方式和位置，在自动读入荷载点之前，仅需要在模型中建立粗略的框架模型，待荷载点和传力短杆读入之后，再继续完善次梁的模型。当需要在荷载点位置布置次梁时，可以直接利用十字形传力短杆作为次梁，仅需要将传力短杆的属性在计算模型中修改为实际次梁的属性即可，而无需找到该荷载点另外建模，节省时间，应用更方便，极大程度地保证了程序的稳定性。另外，利用传力短杆编成特定的组，为后续的编辑操作提供方便。
3、本发明通过工艺荷载输入和自动输出等技术特点，极大地提高了在结构分析软件中输入工艺荷载的效率，同时保证了输入的准确性。另外，本技术方案能够适应工业建筑结构设计过程中，工艺荷载复杂多变的特点，可以让设计者及时更新计算模型的荷载状态，有利于结构设计的不断优化，让设计者有更多的时间关注结构的受力行为。在各大设计院中，都有推广使用的价值。
附图说明
图1为本发明的工艺荷载自动输入方法示意图。
图2为本发明的人工交互输入流程图。
图3工艺荷载数据化和同步化示意图。
图4荷载传递的模拟方法和传力短杆示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1和图4所示的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其步骤是：
1)建立工艺荷载的数据化和同步化
以DWG文件的格式，定义建筑工程中各工艺的荷载点，该荷载点以编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值构成；在人机界面上交互输入并校正各工艺荷载点数据，所述经校正的各工艺荷载点数据自动录入计算机数据库保存，使DWG的文件记录和工艺荷载数据两者同步，形成自动更新；
2)建立工艺荷载的自动输入
通过编制Lisp程序，建立以第1)点建立的各工艺荷载点数据自动导入结构分析与设计应用软件程序中，形成自动输入DWG文件中各工艺荷载点的数据，该程序包括荷载交互输入程序，依据坐标从左到右编号的荷载点自动编号程序，依据坐标从上到下编号的荷载点自动编号程序；
3)自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数
将所述的各工艺荷载点数据由结构分析与设计应用软件程序中自由导出，自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数，通过该受力荷载参数进行快速布设各工艺荷载点之间的受力构件，使在建筑工程中达到合理铺设各荷载点之间受力构件的位置、结构和大小。
上述的建筑工程工艺荷载自动输入荷载点数据应用时，参照图3和图4所示，所述的各工艺荷载点数据通过Lisp程序嵌入到AutoCAD计算机软件中，具体的：Lisp程序依据DWG图中示意的节点位置和荷载信息，操作人员点击鼠标确认节点位置，并根据提示输入该点的荷载数值，程序将自动在该点处完成节点标记(即工艺荷载绝对坐标)和荷载数值标记(即荷载数值)，依次点击各节点位置，完成所有工艺点荷载的交互输入，并分别编号，在DWG图中记录的所有节点信息包含工艺荷载绝对坐标和荷载数值，并通过选择两个或多个节点位置，自动计算两节点或多节点之间的受力荷载，由此选择相对应受力构件的位置、结构和大小。
实施例中，所述荷载点编号、平面坐标和竖向坐标的荷载数值作修改时，数据库内相对应的数据将自动更新，实现荷载数据化和同步化；所述的荷载点的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值的数据以EXCEL格式保存；所述定义建筑工程中各工艺的荷载点数据通过MIDAS或SAP2000应用软件将选择所有交互输入的工艺点荷载，程序将自动输出工艺荷载数据库，该工艺荷载数据库包含工艺荷载的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值信息。所述定义建筑工程中各工艺的荷载点数据分别分布在人机界面的建筑工程模拟模型中。所述的受力构件的位置、结构和大小通过点击相邻的两个或多个工艺荷载数据，释放了两端节点转动约束的短杆来模拟荷载的单向传递，利用MIDAS或SAP2000的应用程序自动在点荷载前后左右四个位置建立两个方向的模拟十字形传力短杆，由此自动计算出建筑工程中各受力构件间的工艺荷载节点所需支撑杆位置、结构和大小。所述的受力构件的位置、结构和大小可通过删除、延伸或剪短所述的模拟传力短杆，即可得出在各特定点荷载位置间设定简支梁位置、结构和大小，由此可根据设计受力荷载需求，利用十字形传力短杆进行快速的调整计算简支梁位置、结构和大小。所述的十字形传力短杆在SAP2000应用程序中，通过API接口开发一个自动在点荷载前后左右四个位置建立两个方向的传力短杆，以适应不同楼板处传力方向的多样化，计算设计相应的受力构件。
更具体的：
建立工艺荷载的数据化和同步化时，如图1和图2所示，上述的建筑工程工艺荷载一般由工艺专业提供，以DWG文件的格式，定义了工业建筑中某个楼层标高处的某一些工艺的荷载，这些荷载中绝大多数是竖直向下的点荷载。荷载作用位置以点、圆圈等特殊图形表示，旁边标注荷载坐标和荷载值等文字信息，如图2所示。表达形式差异较大，习惯因人而异。随着工艺系统的完善，这些荷载在设计中会多次变更，因此所述点荷载的数量可能增加、减少或者荷载数值发生变化。
针对上述荷载具有变化的特点，工艺荷载的数据化采用交互输入，集中输出的方法。工艺资料表达习惯因人而异，尤其是荷载值的描述，很难用某种特定的形式来概括。在荷载值获取方面，本程序采用人机交互的形式，即由人工判断荷载值后，交互输入来确定。交互过程实际上也是校对荷载的一个过程，对输入效率影响并不大，却使该方案的适用性大大加强，几乎能适用于任何一种荷载提资形式。所述的工艺荷载的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值为必须输出数据。
为实现工艺荷载的同步化，如图3所示，在编制Lisp程序中建立包括荷载交互输入程序，依据坐标从左到右编号的荷载点自动编号程序，依据坐标从上到下编号的荷载点自动编号程序，由此使计算机中，自动识别建筑工程工艺荷载自动输入/输出荷载数据的变化情况，也可以人工识别处理。在更新DWG文件之后，数据自动被更新，做到DWG的文件记录和工艺荷载数据两者同步。
建立工艺荷载的自动输入时，在Midas和SAP2000为目前运用比较广泛的两款结构分析与设计软件，这里暂以这两种软件来阐述本项发明的解决方案，但该解决方案同样适用于其他类似软件。
MIDAS的平面荷载功能为点荷载的输入提供了极大的方便。平面荷载输入窗口支持复制剪切粘贴等操作，可以直接从Excel中粘贴数据。用户只需要输入点荷载坐标、荷载数值，并指定参考点，就能将点荷载输入到计算模型。平面荷载能以平面视图显示，与工艺专业的荷载提资图对照，方便校核。本方案的步骤一所实现的数据化后的工艺荷载，可以直接在Midas软件中复制粘贴，从而完成了工艺荷载在Midas中的自动输入。
在SAP2000中自动输入工艺荷载，还需要通过其提供的API接口实现。SAP2000API(Application Programming Interface)是SAP2000从11版推出的新功能。用户能够利用该接口，通过二次开发，控制建模、分析以及设计的每一个环节。该接口与大多数的编程语言兼容，包括VBA(Visual Basic for Application)。本方案可将点荷载以十字形传力短杆的特殊的分组形式，自动输入到计算模型中，控制时，每读入一个荷载点数据，同时在该荷载点的上下左右各偏差200mm的位置，建立4个基准点，并以4个基准点，从左到右和从上到下建立2条相交的短杆，形成十字形，该相交的短杆各基准点分别自动载入计算机模型中，荷载的节点号同数据化后的荷载文本编号对应，方便查看校对。
具体应用中，如图4所示，荷载传递是一个力学行为，工艺点荷载如何传递到结构构件上需要做一定的简化，该简化一是要符合基本的力学规律，尽可能准确，二是要能使得处理更高效。工业建筑的点荷载，大量的是设备荷载或管道支吊架荷载，这些荷载都要通过设备支墩或支吊架来传递到结构构件上去。结构设计时，布置次梁也会考虑到最短传力路径原理，尽量将两条次梁布置较近，以形成单向板传力路径，设备支墩或支吊架以相邻近的两条次梁做为受力点，这样形成标准的两端简支梁受力特征。因此本方案用释放了两端转动约束的短杆来模拟荷载的单向传递。在SAP2000中，通过API接口开发一个自动在点荷载前后左右四个位置建立两个方向的传力短杆，以适应不同楼板处传力方向的多样化。后续软件操作中，设计者仅需要删除、延伸或剪短这些传力短杆，相比于在特定点荷载位置建立一条特定长度的简支梁，通常这些操作在软件中都十分方便和快捷。
工程应用实例：
1)广西钦州燃煤电厂二期
该项目为2台1000MW燃煤发电机组，桩图设计到上部结构设计，先后经历过3版工艺荷载提资，桩图阶段，采用本技术方案，快速完成了工艺荷载的自动输入。上部结构设计时，设计者及时输入了优化后的工艺荷载，有利于构件设计的优化。
2)惠州天然气电厂扩建热电联产工程
该项目为3台460MW燃气热电联产机组，桩图设计时也采用了本技术方案，输入工艺荷载，仅用1个小时。
Claims (10)
1.一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：
1)建立工艺荷载的数据化和同步化
以DWG文件的格式，定义建筑工程中各工艺的荷载点，该荷载点以编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值构成；在人机界面上交互输入并校正各工艺荷载点数据，所述经校正的各工艺荷载点数据自动录入计算机数据库保存，使DWG的文件记录和工艺荷载数据两者同步，形成自动更新；
2)建立工艺荷载的自动输入
通过编制Lisp程序，将第1)点建立的各工艺荷载点数据自动导入结构分析与设计应用软件程序，形成自动输入DWG文件中各工艺荷载点的数据，该程序包括荷载交互输入程序、依据坐标从左到右编号的荷载点自动编号程序、依据坐标从上到下编号的荷载点自动编号程序；
3)自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数
将所述的各工艺荷载点数据由结构分析与设计应用软件程序中自由导出，自动计算输出建筑中各构件的受力荷载参数，通过该受力荷载参数进行快速布设各工艺荷载点之间的受力构件，在建筑工程中达到合理铺设各荷载点之间受力构件的位置、结构和大小。
2.根据权利要求1所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述的结构分析与设计应用软件为MIDAS或SAP2000应用软件。
3.根据权利要求1所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述的荷载点的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值数据以EXCEL格式保存。
4.根据权利要求1所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：对所述荷载点编号、平面坐标和竖向坐标的荷载数值做出修改时，数据库内相对应的数据将自动更新，实现荷载数据化和同步化。
5.根据权利要求2所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述定义建筑工程中各工艺的荷载点数据通过MIDAS或SAP2000应用程序选择所有交互输入的工艺点荷载，程序将自动输出工艺荷载的编号、平面坐标、竖向坐标和荷载数值信息。
6.根据权利要求2所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述定义建筑工程中各工艺的荷载点数据分布在人机界面的建筑工程模拟模型中。
7.根据权利要求1所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述建筑工程中各工艺的荷载点的数据通过Lisp程序嵌入到AutoCAD计算机软件中，具体的：Lisp程序依据DWG图中示意的节点位置和荷载信息，操作人员点击鼠标确认节点位置，并根据提示输入该节点的荷载数值，程序将自动在该节点处完成节点标记和荷载数值标记，依次点击各节点位置，完成所有工艺点荷载的交互输入，并分别编号，在DWG图中记录的所有节点信息包含工艺荷载绝对坐标和荷载数值，并通过选择两个或多个节点位置，自动计算两节点或多节点之间的受力荷载，由此选择相对应受力构件的位置、结构和大小。
8.根据权利要求7所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述的受力构件的位置、结构和大小通过点击相邻的两个或三个以上工艺荷载数据，释放了两端节点转动约束的短杆来模拟荷载的单向传递，利用MIDAS或SAP2000的应用程序自动在荷载点前后、左右四个位置建立两个方向的模拟十字形传力短杆，由此自动计算出建筑工程中各受力构件间的工艺荷载节点所需支撑杆位置、结构和大小。
9.根据权利要求8所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述的受力构件的位置、结构和大小可通过删除、延伸或剪短所述的模拟十字形传力短杆，即可随时得出在该受力构件点荷载位置间设定简支梁位置、结构和大小，由此可根据设计受力荷载需求，利用十字形传力短杆进行快速的调整计算简支梁位置、结构和大小。
10.根据权利要求8所述的一种建筑工程工艺荷载自动输入/输出方法，其特征在于：所述的十字形传力短杆在SAP2000应用程序中，通过API接口开发一个自动在荷载点前后左右四个位置建立两个方向的传力短杆，以适应不同楼板处传力方向的多样化，计算设计相应的受力构件，控制时，每读入一个荷载点数据，同时在该荷载点的上下、左右各偏差200mm的位置，建立四个基准点，并以四个基准点，从左到右和从上到下建立两条相交的短杆，形成十字形，该相交的短杆各基准点分别自动载入计算机模型中，荷载的节点号同数据化后的荷载文本编号对应，方便查看校对。
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