CN106326556A - 一种结构钢筋计算及三维建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种结构钢筋计算及三维建模方法，包括以下步骤：(1)在通用有限元软件中进行钢筋混凝土结构内力分析，并根据钢筋混凝土结构的各构件的内力值对各构件进行符合结构规范的构件设计得到构件设计信息；(2)读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，并建立所述构件设计信息与BIM模型的关联；(3)读取BIM模型中的构件设计信息，并生成符合构造要求的三维钢筋混凝土结构模型。本发明提供的结构钢筋计算及三维建模方法，能对钢筋混凝土结构进行内力分析，并且能够实现三维钢筋模型的自动生成。

Description

一种结构钢筋计算及三维建模方法
技术领域
本发明涉及一种结构钢筋计算及三维建模方法。
背景技术
随着BIM技术的普及与推广，BIM的应用也越来越广泛，然而，目前结构计算及三维钢筋建模还未能很好的融入到BIM设计的范畴之中。一方面是由于部分通用有限元软件虽然可以实现BIM模型的导入，但构件设计等功能未实现中国规范的集成。另一方面因为国内本土的结构计算软件虽然也提供了BIM模型的接口，但在荷载、边界条件等设置中存在较大的局限性。
发明内容
基于以上不足，本发明要解决的技术问题是提供一种钢筋计算及三维建模方法，能对钢筋混凝土结构进行内力分析，并且能够实现三维钢筋模型的自动生成。
为了解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种结构钢筋计算及三维建模方法，包括以下步骤：
(1)在通用有限元软件中进行钢筋混凝土结构内力分析，并根据钢筋混凝土结构的各构件的内力值对各构件进行符合结构规范的构件设计得到构件设计信息；
(2)读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，并建立所述构件设计信息与BIM模型的关联；
(3)读取BIM模型中的构件设计信息，并生成符合构造要求的三维钢筋混凝土结构模型。
所述步骤(1)还包括BIM软件进行混凝土结构建模得到混凝土结构模型，然后将混凝土结构模型导入到有限元软件中进行内力分析的步骤。
所述步骤(2)具体为，读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，写入构件配筋数据库中，并将构件配筋数据库与BIM模型的相应构件进行关联。
所述步骤(2)具体为，读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，并将所述构件设计信息自动导入到BIM模型中。
所述构件设计信息包括强度设计信息、变形设计信息、裂缝设计信息、稳定性设计信息、构件几何信息和配筋信息。
所述步骤(3)包括以下步骤：
(31)选择构件并读取所述构件的几何信息，生成构件外轮廓曲面，将构件外轮廓曲面朝向曲面内部偏移构件保护层厚度的距离，得到偏移后的闭合曲面；
(32)生成该构件的三维实体钢筋；
(33)重复步骤(31)—(32)，生成整体钢筋混凝土模型的三维实体钢筋。
所述步骤(32)包括以下步骤：
(321)读取构件的配筋信息，根据构件类型、钢筋类型及钢筋分布配筋信息，定位每一类钢筋的绘制曲面，所述绘制曲面的轮廓在所述闭合曲面之内；
(322)根据钢筋的数量、长度、间距配筋信息，计算得到每根钢筋在绘制曲面上的端点定位(u，v)坐标值；
(323)连接绘制曲面上的端点定位(u，v)坐标，生成钢筋轮廓线簇；
(324)根据该类钢筋的等级、直径配筋信息，生成该构件的三维实体钢筋。
所述绘制曲面为钢筋所在平面。
所述钢筋包括主筋、分布筋、纵筋、腰筋、箍筋和拉筋。
采用以上技术方案，本发明取得了以下技术效果：
本发明先利用通用有限元软件进行钢筋混凝土结构内力分析，可以实现荷载、边界条件、工况的自由定义，同时，计算得到内力后，可以根据国内结构工程规范进行构件设计得到构件设计信息，并将构件设计信息导入到BIM模型中，使得BIM模型的构件具备进一步验算的基础，实现三维钢筋模型的自动生成，能够进行受力分析并能够自动生成符合结构强度要求的三维模型。
具体实施方式
本发明提供了一种结构钢筋计算及三维建模方法，包括以下步骤：
(1)BIM软件进行混凝土结构建模得到混凝土结构模型，然后将混凝土结构模型导入到有限元软件中，在通用有限元软件中进行钢筋混凝土结构内力分析，并根据钢筋混凝土结构的各构件的内力值对各构件进行符合结构规范的构件设计并得到构件设计信息；所述混凝土结构是指配筋之前的结构，钢筋混凝土结构是配筋后的结构；所述构件设计信息包括强度设计信息、变形设计信息、裂缝设计信息、稳定性设计信息和配筋信息；
(2)读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，并将所述构件设计信息写入到BIM模型中的相应的构件信息中；也可以通过以下步骤完成：读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，写入构件配筋数据库中，并将构件配筋数据库与BIM模型的相应构件进行关联；
(3)读取BIM模型中的构件信息，并生成符合构造要求的三维钢筋混凝土结构模型；具体包括以下步骤：
(31)选择构件并读取所述构件的几何信息，包括构件的长、宽、高、半径等，生成构件外轮廓曲面，将构件外轮廓曲面朝向曲面内部偏移构件保护层厚度的距离，得到偏移后的闭合曲面；保护层厚度是指混凝土结构构件中最外层钢筋的外边缘至混凝土表面的距离；
(32)生成该构件的三维实体钢筋，具体包括以下步骤：
(321)读取构件的配筋信息，根据构件类型、钢筋类型及钢筋分布等配筋信息，定位每一类钢筋的绘制曲面，绘制曲面的轮廓在步骤(31)所述闭合曲面之内；所述绘制曲面为钢筋所在平面；钢筋包括主筋、分布筋、纵筋、腰筋、箍筋和拉筋；对于箍筋这样的环形钢筋，即指箍筋所在的平面；对于一排主筋、分布筋、纵筋、腰筋、拉筋，即指这一排钢筋所在的平面。钢筋分布中会定义出每一排纵筋的数量、长度、间距等，对于梁构件，顶部第一排钢筋的绘制曲面即是步骤(31)中生成的闭合曲面的顶部曲面，顶部第二排钢筋的绘制曲面即是步骤(31)中生成的闭合曲面的顶部曲面向内部偏移钢筋的排间距，排间距在配筋信息中事先定义，以此类推；
(322)根据钢筋的数量、长度、间距等配筋信息，计算得到每根钢筋在绘制曲面上的端点定位(u，v)坐标值；如根据纵筋数量m、长度a和间距t，已知第一根纵筋在绘制平面上的端点坐标分别为(0，0)和(0，a)，则第n根纵筋在绘制平面上的端点坐标为(t×(n-1)，a)，以此可以得到任意钢筋在绘制平面上的端点定位坐标；
(323)连接绘制曲面上的端点定位(u，v)坐标，生成钢筋轮廓线簇；
(324)根据该类钢筋的等级、直径配筋信息，生成该构件的三维实体钢筋；
(33)重复步骤(31)—(32)，生成整体整体钢筋混凝土模型的三维实体钢筋。
下面以某混凝土框架结构工程为例，对该框架结构梁构件进行结构计算及三维钢筋建模：
首先，在通用有限元软件中进行框架结构内力分析，利用构件设计插件程序，根据各构件的内力值进行符合结构规范的构件设计，该设计包含强度设计、变形设计、裂缝设计、稳定性设计、配筋信息等。
然后，利用自主开发程序，读取通用有限元软件计算得到的构件设计信息，将构件设计信息批量写入到BIM模型对应构件的非几何信息中。主要输入的配筋信息如下表：
最后，利用自主开发程序，自动在BIM模型中依次读取构件配筋信息，生成三维实体钢筋。
本发明先利用通用有限元软件进行钢筋混凝土结构内力分析，可以实现荷载、边界条件、工况的自由定义，同时，计算得到内力后，可以根据国内结构工程规范进行构件设计得到构件设计信息，并将构件设计信息导入到BIM模型中，使得BIM模型的构件具备进一步验算的基础，实现三维钢筋模型的自动生成，能够进行受力分析并能够自动生成符合结构强度要求的三维模型。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在通用有限元软件中进行钢筋混凝土结构内力分析，并根据钢筋混凝土结构的各构件的内力值对各构件进行符合结构规范的构件设计得到构件设计信息；
(2)读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，并建立所述构件设计信息与BIM模型的关联；
(3)读取BIM模型中的构件设计信息，并生成符合构造要求的三维钢筋混凝土结构模型。
2.根据权利要求1所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述步骤(1)还包括BIM软件进行混凝土结构建模得到混凝土结构模型，然后将混凝土结构模型导入到有限元软件中进行内力分析的步骤。
3.根据权利要求1所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为，读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，写入构件配筋数据库中，并将构件配筋数据库与BIM模型的相应构件进行关联。
4.根据权利要求1所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为，读取通用有限元软件中得到的构件设计信息，并将所述构件设计信息自动导入到BIM模型中。
5.根据权利要求1所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述构件设计信息包括强度设计信息、变形设计信息、裂缝设计信息、稳定性设计信息、构件几何信息和配筋信息。
6.根据权利要求5所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述步骤(3)包括以下步骤：
(31)选择构件并读取所述构件的几何信息，生成构件外轮廓曲面，将构件外轮廓曲面朝向曲面内部偏移构件保护层厚度的距离，得到偏移后的闭合曲面；
(32)生成该构件的三维实体钢筋；
(33)重复步骤(31)—(32)，生成整体钢筋混凝土模型的三维实体钢筋。
7.根据权利要求6所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于，所述步骤(32)包括以下步骤：
(321)读取构件的配筋信息，根据构件类型、钢筋类型及钢筋分布配筋信息，定位每一类钢筋的绘制曲面，所述绘制曲面的轮廓在所述闭合曲面之内；
(322)根据钢筋的数量、长度、间距配筋信息，计算得到每根钢筋在绘制曲面上的端点定位(u，v)坐标值；
(323)连接绘制曲面上的端点定位(u，v)坐标，生成钢筋轮廓线簇；
(324)根据该类钢筋的等级、直径配筋信息，生成该构件的三维实体钢筋。
8.根据权利要求7所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述绘制曲面为钢筋所在平面。
9.根据权利要求7所述的结构钢筋计算及三维建模方法，其特征在于：所述钢筋包括主筋、分布筋、纵筋、腰筋、箍筋和拉筋。
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