CN106780742A - 一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢筋图设计领域，提供了一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，从而实现对蜗壳结构的钢筋进行三维布筋。本发明步骤概括起来为：确定蜗壳断面中心线、蜗壳中心点及蜗壳中心轴线；根据包角起止范围，计算该范围内的环向钢筋个数及布筋点位置；在环向布筋点上生成环向辅助线；偏移环向辅助线，得到环向钢筋轴线；确定生成流水向布筋点、流水向钢筋轴线；调用钢筋模板，对环向钢筋轴线、流水向钢筋轴线分别生成环向钢筋、流水向钢筋的三维对象，从而生成蜗壳三维钢筋对象。本发明适用于蜗壳结构的钢筋。

Description

一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法

技术领域

本发明涉及钢筋图设计领域，特别涉及一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法。

背景技术

蜗壳是水电站厂房中重要的组成部分，体型结构非常复杂，蜗壳表面是由多个复杂曲面组成，各个曲面片不连续变化。目前对蜗壳结构的钢筋图的绘制方法，大部分采用二维绘制绘制关键典型的结构剖面的钢筋图。但由于蜗壳体型结构复杂，钢筋型式和型号变化多，长度、直径、间距变化多，不方便分组、绘制、算量统计等。通过手工计算钢筋根数及钢筋长度，并绘制钢筋图。对材料的分类统计仍由人工完成，不直观、不方便，设、校、审的工作量极大、难度高且较容易出错、并且人工计算的钢筋量较粗略，无法指导精细化采购、下料、加工、绑扎安装。

同时由于没有准确、完整的钢筋三维信息模型，导致在施工过程中，施工人员必须根据自己对图纸的理解和施工经验，进行预留余量和现场调整，从而影响施工质量和效率，因此，急需对类似蜗壳结构这种典型复杂结构进行快速三维布筋设计的工具。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，从而实现对蜗壳结构的钢筋进行三维布筋。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：包括如下步骤：

(1)根据所输入的蜗壳结构表面的几何拓扑或者蜗壳断面体型征参数表，计算得到蜗壳断面中心线、蜗壳中心点、蜗壳中心轴线：

(2)在蜗壳断面中心线上，根据各个包角起止范围的环向钢筋间距参数，计算各个包角起止范围内的布筋点个数及布筋点坐标；

(3)当由蜗壳结构几何表面作为输入时，将蜗壳断面中心线上的布筋点所在法平面与蜗壳结构表面相交，得到环向辅助线；

当由蜗壳体型征参数表作为输入时，在蜗壳断面中心线上的布筋点所在法平面上，根据该处的断面几何轮廓参数，生成环向辅助线；

(4)将环向辅助线沿着法向偏移至环向钢筋所需的混凝土保护层厚度，得到蜗壳环向钢筋轴线；

(5)在每个包角起止范围内，将环向辅助线沿着法向偏移至流水向钢筋所需的混凝土保护层厚度，并按蜗壳流水向顺序对偏移后的环向辅助线进行排序；

(6)遍历偏移后的环向辅助线，并用通过蜗壳中心点的水平面将偏移后的环向辅助线分为上、下两段曲线段，所述上、下两段曲线段的连接点称为外缘点，该外缘点作为流水线布筋点计算的起始点，根据流水向钢筋的排列布置方向，计算在上、下两曲线段的布筋点长度坐标，生成流水向布筋点；

(7)按蜗壳流水向方向遍历偏移后的环向辅助线，用直线逐个连接相邻环向辅助线的对应的流水向布筋点，形成蜗壳流水向钢筋轴线；

(8)调用钢筋模板，对环向钢筋轴线、流水向钢筋轴线分别生成环向钢筋、流水向钢筋的三维对象，并赋值钢筋三维对象属性。

具体的，步骤(1)包括：

如果由蜗壳结构表面的几何对象作为输入，则获取其几何拓扑信息，计算得到蜗壳断面中心线和蜗壳中心点；

如果由蜗壳断面体型征参数表、蜗壳中心点作为输入，则以蜗壳中心点为中心点，根据蜗壳断面体型征参数表，绘制蜗壳断面中心线。

具体的，步骤(1)逐个连接各断面处的中心点，得到蜗壳断面中心线。

进一步的,步骤(6)生成流水向布筋点的方法包括：

取偏移后环向辅助线的一段曲线，假设该曲线段坐标原点为外缘点，以从外缘点向另一端点沿着曲线段的移动方向为正方向，其曲线长度为L₁，流水向钢筋间距为s，则流水向布筋点长度坐标X_i计算公式如下：

当流水向钢筋由外缘点向两侧进行排列布置，则其布筋点在偏移后环向辅助线的上段曲线上的长度坐标

当流水向钢筋由两侧向外缘点进行排列布置，则其布筋点在偏移后环向辅助线的曲线上的长度坐标

进一步的,步骤(7)将环向辅助线偏移至流水向钢筋所需混凝土保护层厚度，得到偏移后的环向辅助线，根据流水向钢筋间距，在偏移后的环向辅助线上生成流水向布筋点，连接相邻布筋点形成蜗壳流水向钢筋轴线。

进一步的，步骤(8)中所述钢筋三维对象属性包括：编号、等级、型式、直径、间距、长度、颜色、备注信息。

本发明的有益效果是：利用蜗壳结构三维表面(或蜗壳体型参数表)，根据输入的混凝土保护层厚度、钢筋间距等布筋参数，参数化驱动、快速生成蜗壳钢筋三维信息模型，可直观显示三维布筋模型及算量统计。通过这种方式可快速、精确地生成三维钢筋模型，包含了蜗壳轮廓结构、钢筋设计信息等,提高了工程师设计工作的质量和效率，避免由于二维绘图和读图的二义性造成返工和错误。同时通过偏移环向辅助线方式，提高了健壮性和应用范围，避免因偏移曲面的方式所导致出现各种错误和失败，本发明可提高钢筋设计效率、统计算量的精确小性、精确指导钢筋采购、下料、施工，减少返工和浪费，达到提高工程质量和节约工程投资的目的。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是本发明的用于蜗壳结构三维钢筋生成的方法流程图。

图2是本发明的蜗壳结构表面模型的示意图。

图3是本发明的蜗壳断面中心线及蜗壳中心点及蜗壳中心轴线的示意图。

图4是本发明的根据钢筋间距计算环向钢筋的布筋点的示意图。

图5是本发明的环向辅助线的示意图。

图6是本发明的将环向辅助线法向偏移得到蜗壳环向钢筋轴线的示意图。

图7是本发明的计算流水向布筋点的示意图；

图8是本发明的连接流水向布筋点连接生成蜗壳流水向钢筋的示意图；

图9是本发明的生成蜗壳环向钢筋、流水向钢筋的示意图；

图中标记为；蜗壳断面S、蜗壳结构表面1、蜗壳断面中心线2、蜗壳中心点3、蜗壳中心轴线4、蜗壳总包角区间5、各个子包角区间a1-a3、包角起止范围内的环向布筋点6、环向布筋点所在的法平面7，环向辅助线8、蜗壳环向钢筋轴线9、环向辅助线的外缘点10、流水向布筋点11、蜗壳流水向钢筋轴线12、环向钢筋间距13、流水向钢筋间距14。

具体实施方式

如图1所示，本发明通过蜗壳结构表面几何拓扑信息(或蜗壳体型参数表)，确定蜗壳断面中心线及蜗壳中心点，利用蜗壳各包角区间内的环向钢筋间距计算出各个包角内的钢筋个数及环向布筋点位置，布筋点所在的法平面，与蜗壳结构表面相交得到环向辅助线，或通过蜗壳体型参数表计算得到环向辅助线。将环向辅助线沿法向方向偏移，偏移距离为蜗壳混凝土保护层厚度，得到环向钢筋轴线及环向钢筋；偏移环向辅助线至流水向钢筋保护层厚度，以偏移后的环向辅助线外缘点为起始点，计算流水向钢筋的布筋点位置，然后将偏移后的环向辅助线上对应的流水向布筋点用直线连接，形成流水向钢筋轴线，并生成流水向钢筋。下面结合附图和实现步骤对本发明作进一步详细说明：

步骤一：确定蜗壳断面中心线2、蜗壳中心点3及蜗壳中心轴线4

根据如图2所示的蜗壳结构表面1几何对象或蜗壳断面体型征参数表，计算生成蜗壳断面中心线2，确定蜗壳中心点3位置。

具体的来说：如果由蜗壳结构表面1的几何对象作为输入，则获取其几何拓扑信息，计算得到蜗壳断面中心线2和蜗壳中心点3；如果由蜗壳断面体型征参数表、蜗壳中心点作为输入，则以蜗壳中心点为中心点，根据蜗壳断面体型征参数表，绘制蜗壳断面中心线。

本发明的蜗壳断面中心线、蜗壳中心点及蜗壳中心轴线的示意图如图3所示。

步骤二：根据包角起止范围，计算该范围内的环向钢筋个数及布筋点6位置

根据蜗壳包角起止范围内的环向钢筋间距13，在蜗壳断面中心线2上计算和生成环向布筋点6。

步骤三：在环向布筋点6上生成环向辅助线8

在蜗壳断面中心线上2的环向布筋点6处的法平面7内，生成环向辅助线8。

(1)当由蜗壳结构几何表面作为输入时，将蜗壳断面中心线2上的环向布筋点6所在法平面7与蜗壳结构表面1相交，得到环向辅助线8，如图4和图5所示；

(2)当由蜗壳体型征参数表作为输入时，在蜗壳断面中心线2上的环向布筋点6所在法平面7上，根据该处的断面几何轮廓参数，生成环向辅助线8。例如，对于单心圆型式的蜗壳断面，几何轮廓参数为圆弧半径及圆弧角度，根据其半径和角度，可以在布筋点所在法平面，绘制圆弧曲线段。对于三心圆或其他断面型式的蜗壳断面，按照此法绘制。

步骤四：偏移环向辅助线8，生成环向钢筋轴线9

(1)将环向辅助线8进行法向偏移，偏移距离为环向钢筋所需的蜗壳混凝土保护层厚度，偏移后的曲线为蜗壳环向钢筋轴线9。

(2)处理其他的蜗壳包角区间，根据混凝土保护层厚度、布筋间距和直径，生成全部的环向钢筋轴线9，最后结果如图6所示。

步骤五：生成流水向布筋点

(1)将环向辅助线8进行法向偏移，偏移距离为流水向钢筋所需的蜗壳混凝土保护层厚度，得到偏移后的环向辅助线8。

(2)如图7所示，通过蜗壳中心点3的水平面将偏移后的环向辅助线分为上、下两段曲线段，以便分别在这两段曲线上生成流水向布筋点11，这两段曲线的连接点称为外缘点10,外缘点10作为流水向布筋点11坐标计算的起始点。

(3)取偏移后环向辅助线的上段曲线，计算布筋点坐标11位置。假设该曲线段坐标原点为外缘点10，以从外缘点向另一端点沿着曲线段的移动方向为正方向。其曲线长度为L₁，流水向钢筋间距为s，则流水向布筋点长度坐标X_i计算公式如下：

当流水向钢筋由外缘点10向两侧进行排列布置，则其布筋点11在偏移后环向辅助线的上段曲线上的长度坐标

当流水向钢筋由两侧向外缘点10进行排列布置，则其布筋点11在偏移后环向辅助线的上段曲线上的长度坐标

(4)取偏移后环向辅助线的下段曲线，计算布筋点11坐标位置。假设该曲线段坐标原点为外缘点10，以从外缘点10向另一端点沿着曲线段的移动方向为正方向。其曲线长度为L₂，流水向钢筋间距为s，则流水向布筋点长度坐标X₂计算公式如下：

当流水向钢筋由外缘点10向两侧进行排列布置，则其布筋点11在偏移后环向辅助线的上段曲线上的长度坐标

当流水向钢筋由两侧向外缘点10进行排列布置，则其布筋点11在偏移后环向辅助线的上段曲线上的长度坐标

(5)遍历所有的偏移后的环向辅助线，计算流水向布筋11坐标位置，并生成流向向布筋点11。

步骤六：连接流水向布筋点11形成钢筋轴线12

按蜗壳流水向方向遍历偏移后的环向辅助线，用直线逐个连接相邻环向辅助线的对应的流水向布筋点11，形成蜗壳流水向钢筋轴线12，如图8所示。

步骤七：调用钢筋模板，对环向钢筋轴线9、流水向钢筋轴线12分别生成环向钢筋、流水向钢筋的三维对象，所得的钢筋三维对象如图9所示。

最后对所得的三维对象赋值钢筋三维对象属性。钢筋三维对象属性一般包括：编号、等级、型式、直径、间距、长度、颜色、备注信息。

以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据所输入的蜗壳结构表面的几何拓扑或者蜗壳断面体型征参数表，计算得到蜗壳断面中心线、蜗壳中心点、蜗壳中心轴线：

(2)在蜗壳断面中心线上，根据各个包角起止范围的环向钢筋间距参数，计算各个包角起止范围内的布筋点个数及布筋点坐标；

(3)当由蜗壳结构几何表面作为输入时，将蜗壳断面中心线上的布筋点所在法平面与蜗壳结构表面相交，得到环向辅助线；

当由蜗壳体型征参数表作为输入时，在蜗壳断面中心线上的布筋点所在法平面上，根据该处的断面几何轮廓参数，生成环向辅助线；

(4)将环向辅助线沿着法向偏移至环向钢筋所需的混凝土保护层厚度，得到蜗壳环向钢筋轴线；

(5)在每个包角起止范围内，将环向辅助线沿着法向偏移至流水向钢筋所需的混凝土保护层厚度，并按蜗壳流水向顺序对偏移后的环向辅助线进行排序；

(6)遍历偏移后的环向辅助线，并用通过蜗壳中心点的水平面将偏移后的环向辅助线分为上、下两段曲线段，所述上、下两段曲线段的连接点称为外缘点，该外缘点作为流水线布筋点计算的起始点，根据流水向钢筋的排列布置方向，计算在上、下两曲线段的布筋点长度坐标，生成流水向布筋点；

(7)按蜗壳流水向方向遍历偏移后的环向辅助线，用直线逐个连接相邻环向辅助线的对应的流水向布筋点，形成蜗壳流水向钢筋轴线；

(8)调用钢筋模板，对环向钢筋轴线、流水向钢筋轴线分别生成环向钢筋、流水向钢筋的三维对象，并赋值钢筋三维对象属性。

2.如权利要求1所述的一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，其特征在于，步骤(1)包括：

如果由蜗壳结构表面的几何对象作为输入，则获取其几何拓扑信息，计算得到蜗壳断面中心线和蜗壳中心点；

如果由蜗壳断面体型征参数表、蜗壳中心点作为输入，则以蜗壳中心点为中心点，根据蜗壳断面体型征参数表，绘制蜗壳断面中心线。

3.如权利要求2所述的一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，其特征在于，步骤(1)逐个连接各断面处的中心点，得到蜗壳断面中心线。

4.如权利要求1所述的一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，其特征在于,步骤(6)生成流水向布筋点的方法包括：

取偏移后环向辅助线的一段曲线，假设该曲线段坐标原点为外缘点，以从外缘点向另一端点沿着曲线段的移动方向为正方向，其曲线长度为L₁，流水向钢筋间距为s，则流水向布筋点长度坐标X_i计算公式如下：

当流水向钢筋由外缘点向两侧进行排列布置，则其布筋点在偏移后环向辅助线的上段曲线上的长度坐标

当流水向钢筋由两侧向外缘点进行排列布置，则其布筋点在偏移后环向辅助线的曲线上的长度坐标

5.如权利要求1所述的一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，其特征在于,步骤(7)将环向辅助线偏移至流水向钢筋所需混凝土保护层厚度，得到偏移后的环向辅助线，根据流水向钢筋间距，在偏移后的环向辅助线上生成流水向布筋点，连接相邻布筋点形成蜗壳流水向钢筋轴线。

6.如权利要求1所述的一种用于蜗壳结构的三维布筋的方法，其特征在于，步骤(8)中所述钢筋三维对象属性包括：编号、等级、型式、直径、间距、长度、颜色、备注信息。