CN105930578B - 一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法 - Google Patents

一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：以计算机为载体，利用SAP2000有限元计算软件及Visual Basic程序语言编程，形成计算分析软件以实现以下功能：管道荷载自动导入功能、吊车荷载的标准化输入功能、荷载工况自动化定义过程、截面辅助选定功能；程序从工艺专业录入支吊架荷载数据、并且读入结构的几何数据，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；根据工艺吊车资料，读入结构的几何数据；利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；根据现行规范利用API数据接口连接SAP2000自动定义荷载工况及荷载组合，并可以根据实际需要进行修改。本发明具有提高主厂房建模过程速度的特点。

Description

一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法
技术领域
本发明涉及一种电厂厂房的结构分析方法，尤其是涉及一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法。属于电厂建筑结构技术领域。
背景技术
目前，在高层、超高层、大跨度等民用建筑，一般采用有限元计算软件进行建模、计算和分析，其功能较强大，并能体现出其在民用建筑结构领域的优越性及适应性。
但是对于电厂厂房等工业建筑，由于结构形式特别，布置复杂，荷载点多而繁杂，现有的有限元分析计算软件往往只较为适用于民用建筑，而在电厂厂房的建模、加载等过程显得较为不便。在电厂厂房结构建模设计过程中，截面类型有上百种、工况及组合也有上接近百项、工艺分布也极其繁多及复杂。截面定义、工况定义、荷载输入等工作需要结构设计人员手工一项项输入，十分繁琐，且复杂的荷载及结构布置很容易使设计人员出现错误，造成工作效率进一步降低。
此外，电厂三维设计已经逐渐成为今后电力设计的趋势，是提高效率，控制质量的有力手段。电厂三维设计工作已逐渐展开，工艺专业利用完成的三维平台向土建结构专业进行荷载、布置等提资。提资形式较以往有较大的改变。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有的有限元计算在电厂厂房等工业建筑结构设计时需要手工一项项输入，存在输入工人繁琐复杂、容易出现错误及工作效率降低的问题，提供一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法。该动态智能化结构分析方法能够弥补现有的有限元计算软件在电厂厂房设计方面的不足，提高土建结构专业在电厂厂房建模过程中的自动化及标准化程度，令土建结构设计与工艺专业的接口实现自动化，帮助土建结构专业三维设计的发展。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：以计算机为载体，利用SAP2000有限元计算软件及Visual Basic程序语言编程，形成计算分析软件以实现以下功能：管道荷载自动导入功能、吊车荷载的标准化输入功能、荷载工况自动化定义过程、截面辅助选定功能；
1)管道荷载自动导入功能：程序从工艺专业录入支/吊架荷载数据、并且读入结构的几何数据，根据支吊/架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；根据支/吊架荷载与结构的关系进行分类，根据支/吊架荷载点分类，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；
2)吊车荷载的标准化输入功能：根据工艺吊车资料，输入关键的资料，包括标高、位置和荷载；读入结构的几何数据；根据资料与结构数据，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；
3)荷载工况自动化定义过程：根据现行规范利用API数据接口连接SAP2000自动定义荷载工况及荷载组合，并可以根据实际需要进行修改；
4)截面辅助选定功能：根据混凝土截面设计的配筋率进行分类，然后配合设计人对配筋率过小或过大的截面进行调整。
本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到：
进一步的实施方案是，管道荷载自动导入包括如下步骤：
1)通过电脑键盘输入支/吊架荷载数据，从SAP2000有限元计算系统读入结构几何数据；
2)根据支/吊架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；
3)根据支/吊架荷载与结构的关系进行分类；
4)判断支/吊架是否在现有构件上，若是则建立荷载点；若否则选择是否在模型中建立支/吊架构件；
5)若选择在模型中建立支/吊架构件，则根据荷载及具体情况选定支/吊架构件型号并建立荷载点；若不选择在模型中建立支/吊架构件，则根据力学原理，将支/吊架荷载进行转换，建立转换的荷载点；
6)根据步骤4)或步骤5)建立的荷载点，利用API数据接口连接SAP2000有限元计算系统进行荷载自动化输入；
7)输出与工艺提出的资质相同格式的文件供校对。
进一步的实施方案是，吊车荷载的标准化输入包括如下步骤：
1)通过电脑键盘输入吊车荷载的厂家数据，从SAP2000有限元计算系统读入支撑吊车梁牛腿相关节点；
2)根据规范及牛腿相关节点的几何数据计算吊车荷载；
3)在牛腿相关节点加载吊车荷载。
进一步的实施方案是，荷载工况自动化定义包括如下步骤：
1)根据规范及工程需要，填写荷载工况及荷载组合；
2)利用SAP2000有限元计算系统的API数据接口导入荷载工况及荷载组合导入模型。
进一步的实施方案是，截面辅助选定包括如下步骤：
1)将预置在SAP2000有限元计算系统的模型里的梁、柱分别进行分组；
2)利用SAP2000有限元计算系统的自身功能，对所述模型的梁、柱截面进行配筋设计；
3)定义配筋率的显示范围；
4)将模型中梁、柱构件根据上一步所定义的配筋率显示范围进行分组；
5)用户根据配筋率的分组，将配筋率过大或过小的梁、柱截面进行统一修改截面。
本发明具有如下突出的有益效果：
1、本发明以计算机为载体，利用SAP2000有限元计算软件及Visual Basic程序语言编程，形成计算分析软件以实现以下功能：管道荷载自动导入功能、吊车荷载的标准化输入功能、荷载工况自动化定义过程、截面辅助选定功能；因此能够解决现有的有限元计算在电厂厂房结构设计时需要手工一项项输入，存在输入工人繁琐复杂、容易出现错误及工作效率降低的问题，具有弥补现有的有限元计算软件在电厂厂房设计方面的不足，提高土建结构专业在电厂厂房建模过程中的自动化及标准化程度，令土建结构设计与工艺专业的接口实现自动化，帮助土建结构专业三维设计的发展等突出的有益效果。
2、本发明可以大大减少土建结构专业电厂厂房设计人员的设计时间。在以往的工程中，在资料完备的情况下百万机组的工艺专业荷载输入、吊车荷载的输入、定义工况、截面选择往往需要三周或以上的时间，若资料变动较大则更加缓慢。且为了加快出图进度，往往需要两个人进行电厂厂房的建模计算(一个楼板一个框架)。运用本研究的成果，可以批量一键输入工艺荷载，自动化定义吊车荷载及荷载工况，并协助设计人员更快捷经济的选用截面，省去了设计人员一项一项输入的繁琐过程，可以使电厂厂房建模工作只一个人即可完成，较大地提高了设计人员的工作效率及出图速度。
附图说明
图1是本发明涉及的管道荷载自动导入流程图。
图2是本发明涉及的吊车荷载的标准化输入流程图。
图3是本发明涉及的荷载工况自动化定义流程图。
图4是本发明涉及的截面辅助选定流程图。
图5是本发明实施例1涉及的“荷载工况组合”工作表格示意图。
图6是本发明实施例1涉及的“配筋控制”工作表格示意图。
图7是本发明实施例2涉及的“荷载工况组合”工作表格示意图。
具体实施方式：
下面结合附图及具体实施例对本发明作详细说明。
具体实施例1：
参照图1-图4，本实施例涉及的电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：以计算机为载体，利用SAP2000有限元计算软件及Visual Basic程序语言编程，形成计算分析软件以实现以下功能：管道荷载自动导入功能、吊车荷载的标准化输入功能、荷载工况自动化定义过程、截面辅助选定功能；
1)管道荷载自动导入功能：程序从工艺专业录入支/吊架荷载数据、并且读入结构的几何数据，根据支/吊架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；根据支/吊架荷载与结构的关系进行分类，根据支/吊架荷载点分类，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；
2)吊车荷载的标准化输入功能：根据工艺吊车资料，输入关键的资料，包括标高、位置和荷载；读入结构的几何数据；根据资料与结构数据，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；
3)荷载工况自动化定义过程：根据现行规范利用API数据接口连接SAP2000自动定义荷载工况及荷载组合，并可以根据实际需要进行修改；
4)截面辅助选定功能：根据混凝土截面设计的配筋率进行分类，然后配合设计人对配筋率过小或过大的截面进行调整。
本实施例中：
参照图1，管道荷载自动导入包括如下步骤：1)通过电脑键盘输入支/吊架荷载数据，从SAP2000有限元计算系统读入结构几何数据；2)根据支/吊架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；3)根据支/吊架荷载与结构的关系进行分类；4)判断支/吊架是否在现有构件上，若是则建立荷载点；若否则选择是否在模型中建立支/吊架构件；5)若选择在模型中建立支/吊架构件，则根据荷载及具体情况选定支/吊架构件型号并建立荷载点；若不选择在模型中建立支/吊架构件，则根据力学原理，将支/吊架荷载进行转换，建立转换的荷载点；6)根据步骤4)或步骤5)建立的荷载点，利用API数据接口连接SAP2000有限元计算系统进行荷载自动化输入；7)输出与工艺提出的资质相同格式的文件供校对。
图1是“管道荷载自动导入”流程图，其中：
第(1)步是用户在《主厂房动态智能化结构分析技术程序》的excel表格(下文简称“程序”)中的“点荷载”工作表格中输入；
第(2)步是程序自动完成，具体是程序里的GetPoint函数；
第(3)、(4)、(5)步是程序自动完成，具体是程序里的SearchForNearestFrame函数；
第(6)、(7)、(8)、(9)步是程序自动完成，具体是程序里的AddAssistantPoint函数；
第(10)、(11)步是程序自动完成，具体是程序里的AddLoading函数。
参照图2，吊车荷载的标准化输入包括如下步骤：1)通过电脑键盘输入吊车荷载的厂家数据，从SAP2000有限元计算系统读入支撑吊车梁牛腿相关节点；2)根据规范及牛腿相关节点的几何数据计算吊车荷载；3)在牛腿相关节点加载吊车荷载。
图2是“吊车荷载的标准化输入”流程图，其中：
第(1)步是用户在程序里的“工况”工作表格中输入，在“工况”工作表格中存在相关公式，可以将第(3)步完成；
第(2)、(4)步是程序自动完成，具体是程序里的CraneLoadAdd函数。
参照图3，荷载工况自动化定义包括如下步骤：1)根据规范及工程需要，填写荷载工况及荷载组合；2)利用SAP2000有限元计算系统的API数据接口导入荷载工况及荷载组合导入模型。
图3是“荷载工况自动化定义”流程图，其中：
第(1)步是用户在程序里的“工况”和“荷载工况组合”工作表格中输入，输入的格式如同规范及手写的写法，方便校对；
第(2)步是程序自动完成，具体是程序里的LoadPatterns和LoadCombination函数。
参照图4，截面辅助选定包括如下步骤：1)将预置在SAP2000有限元计算系统的模型里的梁、柱分别进行分组；2)利用SAP2000有限元计算系统的自身功能，对所述模型的梁、柱截面进行配筋设计；3)定义配筋率的显示范围；4)将模型中梁、柱构件根据上一步所定义的配筋率显示范围进行分组；5)用户根据配筋率的分组，将配筋率过大或过小的梁、柱截面进行统一修改截面。
图4是“截面辅助选定”流程图，其中：
第(1)、(2)步是用户利用SAP2000自身计算程序的功能完成的；
第(3)步是用户在程序里的“配筋控制”工作表格中输入；
第(4)步是程序自动完成的，具体是程序里的DesignAssistance函数；
第(5)步是用户利用SAP2000自身计算程序的功能完成。
参照图5、图6，本实施例涉及的工程实例是某省某市博贺电厂2x100万千瓦"上大压小"工程项目主厂房模型的计算及设计方法。在该主厂房模型的计算及设计方法中，运用本方法及所调用的函数(函数的具体定义在《电厂厂房动态智能化结构分析技术程序》的excel表格的Visual Basic开发工具中，都是代码)的具体设计过程如下：
1)首先，将主厂房结构设计的有限元模型路径写入程序的“Start”工作表中，然后单击“Open File”按钮，程序自动调用OpenFile函数；
2)OpenFile函数用途是：打开SAP2000软件，并通过SAP2000API来使excel表格的数据连接到SAP2000软件，实现excel与SAP2000的数据传输；
3)在程序的“工况”工作表格中，填入需要定义的工况名称；
4)在程序的“工况”工作表格中，填入吊车所经过的主厂房轴线号、吊车荷载点组名称、边跨吊车荷载节点号、以及输入吊车资料的数据；
5)程序在“工况”工作表格中有相关公式，会自动形成吊车荷载输入相关数据；
6)在程序的“工况”工作表格中，单击“定义Loadpattern”按钮，程序自动调用LoadPatterns函数；
7)LoadPatterns函数用途是：将在“工况”工作表格中填写的工况名称、类别在SAP2000软件中进行输入；
8)单击“加吊车荷载”按钮，程序自动调用CraneLoadAdd函数；
9)CraneLoadAdd函数用途是：将在“工况”工作表格中生成的吊车荷载数据在SAP2000软件中进行输入；
10)在程序的“荷载工况组合”工作表格中，填写荷载组合，然后单击“定义组合”按钮，程序自动调用LoadCombination函数；
LoadCombination函数用途是：将在“荷载工况组合”工作表格中填写的组合在SAP2000软件中进行输入；
11)在程序的“点荷载”工作表格中，填写吊点荷载的相关资料，然后单击“加点荷载”按钮，程序自动按顺序调用GetPoint、SearchForNearestFrame、AddAssistantPoint、AddLoading四个函数；
GetPoint函数用途是：excel从SAP2000自动读入结构几何数据；
SearchForNearestFrame函数用途是：根据支吊架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；
AddAssistantPoint函数用途是：在SAP2000中设置辅助点，方便下一步的荷载点加载；
AddLoading函数用途是：将吊点荷载进行编辑，并在SAP2000模型中进行加载；
12)在SAP2000软件中，利用SAP2000的自身功能，完成主厂房模型的分析运算，并完成构件设计；
13)在SAP2000软件中，利用SAP2000的自身功能，分别对梁、柱构件进行分组；
14)在程序的“配筋控制”工作表格中，填写配筋率范围的分组，然后单击“辅助截面分组显示”按钮，程序自动调用DesignAssistance函数；
DesignAssistance函数用途是：将模型中的梁柱构件按照SAP2000计算配筋结果和excel中定义的配筋率范围进行分组；
15)在SAP2000软件中，对上一步分好组的构件进行人工判断，配筋率过小的可以减小截面、配筋率过大的可以增大截面；
16)重复8-11步，直至模型的构件配筋经济合。
具体实施例2：
参照图7，本实施例涉及的工程实例是某国永兴T5转运站工程项目厂房模型的计算及设计方法。在该厂房模型的计算及设计方法中，运用本方法及所调用的函数(函数的具体定义在《电厂厂房动态智能化结构分析技术程序》的excel表格的Visual Basic开发工具中，都是代码)的具体设计过程如下：
1)首先，将转运站结构设计的有限元模型路径写入程序的“Start”工作表中，然后单击“Open File”按钮，程序自动调用OpenFile函数；
OpenFile函数用途是：打开SAP2000软件，并通过SAP2000API来使excel表格的数据连接到SAP2000软件，实现excel与SAP2000的数据传输；
2)在程序的“工况”工作表格中，填入需要定义的工况名称；
3)在程序的“工况”工作表格中，单击“定义Loadpattern”按钮，程序自动调用LoadPatterns函数；
LoadPatterns函数用途是：将在“工况”工作表格中填写的工况名称、类别在SAP2000软件中进行输入；
4)在程序的“荷载工况组合”工作表格中，填写荷载组合，然后单击“定义组合”按钮，程序自动调用LoadCombination函数；
LoadCombination函数用途是：将在“荷载工况组合”工作表格中填写的组合在SAP2000软件中进行输入；
5)在SAP2000软件中，利用SAP2000的自身功能，完成主厂房模型的分析运算，并完成构件设计；
6)在SAP2000软件中，利用SAP2000的自身功能，分别对梁、柱构件进行分组；
7)在程序的“配筋控制”工作表格中，填写配筋率范围的分组，然后单击“辅助截面分组显示”按钮，程序自动调用DesignAssistance函数；
DesignAssistance函数用途是：将模型中的梁柱构件按照SAP2000计算配筋结果和excel中定义的配筋率显示范围进行分组；
8)在SAP2000软件中，对上一步分好组的构件进行人工判断，配筋率过小的可以减小截面、配筋率过大的可以增大截面；
9)重复5-8步，直至模型的构件配筋经济合理。
其余同具体实施例1。
具体实施例3：
本实施例涉及的工程实例是国投盘北化水车间工程项目厂房模型的计算及设计方法。在该厂房模型的计算及设计方法中，运用本方法及所调用的函数(函数的具体定义在《电厂厂房动态智能化结构分析技术程序》的excel表格的Visual Basic开发工具中，都是代码)的具体设计过程如下：
1)，首先将化水车间结构设计的有限元模型路径写入程序的“Start”工作表中，然后单击“Open File”按钮，程序自动调用OpenFile函数；
OpenFile函数用途是：打开SAP2000软件，并通过SAP2000API来使excel表格的数据连接到SAP2000软件，实现excel与SAP2000的数据传输。
2)在程序的“工况”工作表格中，填入需要定义的工况名称；
3)在程序的“工况”工作表格中，填入吊车所经过的主厂房轴线号、吊车荷载点组名称、边跨吊车荷载节点号、以及输入吊车资料的数据；
4)程序在“工况”工作表格中有相关公式，会自动形成吊车荷载输入相关数据；
5)在程序的“工况”工作表格中，单击“定义Loadpattern”按钮，程序自动调用LoadPatterns函数；
LoadPatterns函数用途是：将在“工况”工作表格中填写的工况名称、类别在SAP2000软件中进行输入；
6)单击“加吊车荷载”按钮，程序自动调用CraneLoadAdd函数；
CraneLoadAdd函数用途是：将在“工况”工作表格中生成的吊车荷载数据在SAP2000软件中进行输入；
7)在SAP2000软件中，利用SAP2000的自身功能，完成主厂房模型的分析运算，并完成构件设计；
8)在SAP2000软件中，利用SAP2000的自身功能，分别对梁、柱构件进行分组；
9)在程序的“配筋控制”工作表格中，填写配筋率范围的分组，然后单击“辅助截面分组显示”按钮，程序自动调用DesignAssistance函数；
DesignAssistance函数用途是：将模型中的梁柱构件按照SAP2000计算配筋结果和excel中定义的配筋率范围进行分组；
10)在SAP2000软件中，对上一步分好组的构件进行人工判断，配筋率过小的可以减小截面、配筋率过大的可以增大截面；
11)重复6-10步，直至模型的构件配筋经济合理。
以上所述，仅为本发明较具体的实施例，但本发明的保护范围并不局限与此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：以计算机为载体，利用SAP2000有限元计算软件及Visual Basic程序语言编程，形成计算分析软件以实现以下功能：管道荷载自动导入功能、吊车荷载的标准化输入功能、荷载工况自动化定义过程、截面辅助选定功能；
1)管道荷载自动导入功能：程序从工艺专业录入支/吊架荷载数据、并且读入结构的几何数据，根据支/吊架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；根据支/吊架荷载与结构的关系进行分类，根据支/吊架荷载点分类，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；
2)吊车荷载的标准化输入功能：根据工艺吊车资料，输入关键的资料，包括标高、位置和荷载；读入结构的几何数据；根据资料与结构数据，利用API数据接口连接SAP2000进行荷载自动化输入；
3)荷载工况自动化定义过程：根据现行规范利用API数据接口连接SAP2000自动定义荷载工况及荷载组合，并根据实际需要进行修改；
4)截面辅助选定功能：根据混凝土截面设计的配筋率进行分类，然后配合设计人对配筋率过小或过大的截面进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：管道荷载自动导入包括如下步骤：
1)通过电脑键盘输入支/吊架荷载数据，从SAP2000有限元计算系统读入结构几何数据；
2)根据支/吊架荷载点的几何数据寻找与其相关的构件；
3)根据支/吊架荷载与结构的关系进行分类；
4)判断支/吊架是否在现有构件上，若是则建立荷载点；若否则选择是否在模型中建立支/吊架构件；
5)若选择在模型中建立支/吊架构件，则根据荷载及具体情况选定支/吊架构件型号并建立荷载点；若不选择在模型中建立支/吊架构件，则根据力学原理，将支/吊架荷载进行转换，建立转换的荷载点；
6)根据步骤4)或步骤5)建立的荷载点，利用API数据接口连接SAP2000有限元计算系统进行荷载自动化输入；
7)输出与工艺提出的资质相同格式的文件供校对。
3.根据权利要求1所述的一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：吊车荷载的标准化输入包括如下步骤：
1)通过电脑键盘输入吊车荷载的厂家数据，从SAP2000有限元计算系统读入支撑吊车梁牛腿相关节点；
2)根据规范及牛腿相关节点的几何数据计算吊车荷载；
3)在牛腿相关节点加载吊车荷载。
4.根据权利要求1所述的一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：荷载工况自动化定义包括如下步骤：
1)根据规范及工程需要，填写荷载工况及荷载组合；
2)利用SAP2000有限元计算系统的API数据接口导入荷载工况及荷载组合导入模型。
5.根据权利要求1所述的一种电厂厂房设计的动态智能化结构分析方法，其特征在于：截面辅助选定包括如下步骤：
1)将预置在SAP2000有限元计算系统的模型里的梁、柱分别进行分组；
2)利用SAP2000有限元计算系统的自身功能，对所述模型的梁、柱截面进行配筋设计；
3)定义配筋率的显示范围；
4)将模型中梁、柱构件根据上一步所定义的配筋率显示范围进行分组；
5)用户根据配筋率的分组，将配筋率过大或过小的梁、柱截面进行统一修改截面。
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