CN114707275A - 一种可视化交互式正向设计方法及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工程设计的领域，尤其是涉及一种可视化交互式正向设计方法，包括以下步骤，建立BIM三维模型；拟定落地槽的截面尺寸，拟定钢筋混凝土结构中侧墙底部截面厚度

以及底板截面厚度

根据工况在BIM三维模型中添加落地槽的尺寸参数，使尺寸参数之间联动，并对尺寸参数进行读写操作，以实现动态的落地槽三维模型；在BIM三维模型中，计算素混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度

以及底板截面厚度

，验算钢筋混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度

以及底板截面厚度

；生成计算结果，根据计算结果，生成计算书并统计工程量。本申请具有以下效果，实现对落地槽的可视化、交互式正向设计，提高了设计效率和设计质量。

Description

一种可视化交互式正向设计方法及终端设备

技术领域

本发明涉及工程设计的领域，尤其是涉及一种可视化交互式正向设计方法及终端设备。

背景技术

矩形落地槽广泛应用于各大中小型灌区，是侧墙与底板整体连接的输水渠道，矩形落地槽由钢筋和混凝土制成，矩形落地槽比梯形衬砌渠道占地少、结构稳定性好、节约投资。矩形落地槽类似于渡槽槽身，但整体落于地面，故称“落地槽”。

如图1所示，落地槽设计的计算项目是侧墙底端厚度D₁和底板厚度D₂。相关技术中，需要设计人员手工绘制二维的落地槽横断面的受力简图后，使用计算机或手工进行荷载计算以及内力计算，然后根据现行的水工钢筋混凝土设计规范以及工况进行设计侧墙底端厚度D₁和底板厚度D₂，再制作计算结果表或计算式，计算量较为庞大。

针对上述的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷，先计算再设计的方法，在设计过程中，会出现需要根据工况的不同返回计算步骤对计算参数进行更改再计算，计算量大工作效率较低。

发明内容

为了提高工作效率，本申请提供一种可视化交互式正向设计方法及终端设备。

本申请提供的一种可视化交互式正向设计方法采用如下的技术方案：

第一方面，本申请公开一种可视化交互式正向设计方法，包括以下步骤，

建立BIM三维模型；

拟定落地槽的截面尺寸，拟定钢筋混凝土结构中侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，根据工况在BIM三维模型中添加落地槽的尺寸参数，使尺寸参数之间联动，并对尺寸参数进行读写操作，以实现动态的落地槽三维模型；

在BIM三维模型中，计算素混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，验算钢筋混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂；

生成计算结果，根据计算结果，生成计算书并统计工程量。

通过采用上述技术方案，先制作BIM三维模型，拟定包括钢筋混凝土结构中侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，在BIM三维模型中添加落地槽的尺寸参数，使尺寸参数之间联动，并对尺寸参数进行读写操作，以实现动态的落地槽三维模型，再进行数据的计算以及侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂的验算，采用BIM技术可做到可视化交互式正向设计，达到了先设计再计算的交互式正向设计过程，较于先计算再设计，提高了设计效率和设计质量，比传统的先画简图再计算的方式更直观，且由传统的二维设计转变为三维设计，不仅实现了可视化落地槽，且能够快速多方案比选设计结果，使设计在技术、经济方面趋于合理，节省了投资成本。

优选的，所述建立BIM三维模型中，

创建包含场地、混凝土落地槽、地下水、槽内水及回填土、落地槽碎石垫层的三维模型；

所述拟定落地槽的截面尺寸中，在三维模型内使场地开挖、回填土、落地槽碎石垫层尺寸与混凝土落地槽的尺寸参数联动。

通过采用上述技术方案，在三维模型内使场地开挖、回填土、落地槽碎石垫层尺寸与混凝土落地槽的尺寸参数联动，当用户调整尺寸参数中的一个时，其他的参数会自动进行调整，减少了用户的工作量。

优选的，所述计算落地槽底面和侧墙的钢筋混凝土结构中，

计算落地槽侧墙底部截面的第一内力以及第一钢筋混凝土结构，计算第一钢筋混凝土结构中，计算承载力极限状态以计算配筋，计算正常使用极限状态，以进行抗裂验算和裂缝宽度计算；

计算落地槽底板截面的荷载、第二内力以及第二钢筋混凝土结构。

通过采用上述技术方案，进行侧墙底部截面及底板截面承载能力极限状态计算，以达到配筋计算的目的，正常使用极限状态计算以进行抗裂验算和裂缝宽度计算。

优选的，所述计算第一内力中，

第一内力的计算公式为：

计算地下水面以上土压力作用的弯矩设计值M1′和标准值M1为：

计算地下水面以下矩形土压力作用的弯矩设计值M₂′和标准值M₂为：

计算地下水面以下三角形土压力作用的弯矩设计值M₃′和标准值M₃为：

计算地下水作用的弯矩设计值M₄′和标准值M₄为：

计算槽内水压力作用的弯矩设计值M₅′和标准值M₅为：

侧墙底部截面弯矩设计值M_墙′和标准值M_墙为：

M′_墙＝M′₁+M′₂+M′₃+M′₄+M′₅；

M_墙＝M₁+M₂+M₃+M₄+M₅；

其中，H为侧墙净高，D₁为墙底截面厚度，B为槽净宽，D₂底板截面厚度，h₀墙后填土高，h₁地下水深，h₂槽内水深，

土内摩擦角，K安全系数。

通过采用上述技术方案，以达到计算落地槽侧墙底部截面的第一内力的目的。

优选的，所述计算落地槽侧墙底部截面的第一钢筋混凝土结构中，

承载力极限状态计算，

f_cbx＝f_yA_s-f′_yA′_s (公式2)

x≤0.85ξ_bh₀ (公式3)

x≥2a′_s (公式4)

其中，M为弯矩设计值，M＝M′_墙×1000000，f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，A_s为纵向受拉钢筋的截面面积，A′_s为受压区钢筋的截面面积，h₀为截面的有效高度，h₀＝h-a_s,a_s为受拉钢筋合力点至截面近边缘的距离，h＝D₁，单排钢筋：

双排钢筋：

d为钢筋直径，c为混凝土保护层，s为双排间距；a′_s为受压钢筋合力点至截面近边缘的距离，计算方法同a_s，b为计算截面的宽度(槽纵向长度)，取b＝1000；ξ_b为相对界限受压区计算高度；x为截面受压区计算高度；x_b为界限受压区计算高度，E_s为钢筋弹性模量。

通过采用上述技术方案，以达到计算落地槽侧墙底部截面的第一钢筋混凝土结构中承载力极限状态的计算。

优选的，所述计算落地槽侧墙底部截面的第一钢筋混凝土结构中，包括第一配筋计算，其中

设定钢筋的直径d，计算钢筋截面积A_s1；

将A_s1代入所述公式2计算得出x；

判断x是否满足条件：x≥2a′_s和x≤0.85ξ_bh₀；

如x不满足所述条件，修改所述拟定落地槽截面尺寸中墙底截面厚度以及设定的钢筋的直径d，再重新进行计算，直至x满足所述条件；

如x满足所述条件，计算x是否满足公式1；

若计算x不满足公式1，则循环加入增加1根钢筋重新计算，直到满足，并生成配筋图；钢筋截面面积即为按承载能力极限状态计算所需的钢筋截面积。

通过采用上述技术方案，实现了自动配筋计算，用户只需要输入钢筋直径，便可自动算出根数和间距，并根据钢筋的形状自动配筋和布筋，自动绘制三维钢筋笼。

优选的，所述计算落地槽侧墙底部截面的第一钢筋混凝土结构中，包括第一钢筋混凝土结构的抗裂验算以及第一钢筋混凝土结构的裂缝宽度计算，

第一钢筋混凝土结构的抗裂验算的计算公式为；

M_k≤γ_mα_ctf_tkW₀ (公式6)

I₀＝I_c+A_c(y₀-y′_c)²+α_EA_S(h₀-y₀)²+α_EA′_s(y₀-a′_s)²

M_k＝M′_墙×1000000

第一钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算的验算公式为：

(当ρ_te<0.03时，取ρ_te＝0.03) (公式12)

A_te＝2a_sb (公式13)

其中，M_k为按荷载标准值计算的弯矩，为M′_墙×1000000；f_tk为混凝土轴心抗拉强度标准值；α_ct为混凝土拉应力限制系数；A_c为混凝土截面面积b×h；α_E为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比；h为截面高度；y′_c为混凝土截面重心至受压边缘的距离；y₀为换算截面重心至受压边缘的距离；W₀为换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩；I₀为换算截面对其重心轴的惯性矩；I_c为混凝土截面对其本身重心轴的惯性矩。

通过采用上述技术方案，以达到第一钢筋混凝土结构的抗裂验算以及第一钢筋混凝土结构的裂缝宽度计算的目的。

优选的，所述计算落地槽底板截面的荷载中，计算公式为，

计算侧墙自重荷载设计值P′₁、P′₂及标准值P₁、P₂为：

P′₁＝1.05γD₀H；

P₁＝γD₀H；

计算墙背回填土垂直土压力设计值P′₃及标准值P₃为：

计算作用于底板的均布荷载槽内水重和地基反力的设计值q′₁、q′₂及标

准值q₁、q₂为：

q′₁＝1.1γ₀h₂；

q₁＝γ₀h₂；

其中，H为侧墙净高，D₁为墙底截面厚度，B为槽净宽，D₂为底板截面厚度，h₀为墙后填土高，x为墙背回填土顶面宽。h₁为地下水深，h₂为槽内水深，

为土内摩擦角，K为安全系数。

通过采用上述技术方案，以对落地槽底面截面的荷载进行计算。

优选的，所述计算落地槽底板截面的第二内力中，计算公式为：

计算底板端部(侧墙内侧)截面弯矩设计值M′_端及标准值M_端为：

计算底板跨中截面弯矩设计值M′_中及标准值M_中为：

所述底板跨中M′_中为负弯矩，设定土压力及地下水压力的荷载分项系数

为0.95，M′_墙为：

通过采用上述技术方案，一堆落地槽底板截面的第二内力进行计算。

第二方面，本申请还公开一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器加载计算机程序时，执行所述的可视化交互式正向设计方法。

通过采用上述技术方案，基于可视化交互式正向设计方法生成计算机程序，并存储于存储器中，以被处理器加载执行，从而根据存储器及处理器制作智能终端，方便用户使用。

附图说明

图1是背景技术附图。

图2是本申请一种可视化交互式正向设计方法的逻辑流程图。

图3是本申请一种可视化交互式正向设计方法中示出落地槽截面的平面结构示意图。

图4是本申请一种可视化交互式正向设计方法中钢筋洪凝土结构中侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂的验算逻辑框图。

图5是本申请一种本申请一种可视化交互式正向设计方法中素混凝土结构中侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂的计算逻辑框图。

具体实施方式

以下结合附图2-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种可视化交互式正向设计方法。

实施例1：参照图2，一种可视化交互式正向设计方法包括

S100:建立BIM三维模型，包括场地、混凝土落地槽、地下水、槽内水及回填土、落地槽碎石垫层的三维模型的创建；

S200:拟定落地槽的截面尺寸，其中，拟定钢筋混凝土结构中侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，并在BIM三维模型中添加落地槽的尺寸参数，设定场地开挖、回填土、落地槽碎石垫层尺寸与混凝土落地槽的尺寸，并根据BIM三维模型中落地槽的结构使场地开挖、回填土、落地槽碎石垫层尺寸与混凝土落地槽的尺寸参数联动。

S201:在VisualStudio环境中采用C#语言对落地槽的尺寸参数进行读写操作，以实现动态的落地槽三维模型，三维模型中的土方开挖回填等能够随参数变化而变化，达到可视化交互式设计三维模型的效果。

S202：设定荷载及分项系数；

设定混凝土强度等级为C25，土压力及墙后地下水压力的荷载分项系数均采用1.2，若跨中弯矩为负值，土压力及墙后地下水压力的荷载分项系数改为0.95；槽内水压力及水重的荷载分项系数采用1.1；结构自重的荷载分项系数采用1.05；钢筋混凝土重度采用25KN/m3。

S203：设定土压力，土压力按朗肯主动土压力公式计算，回填土的湿重度采用19KN/m3，浮重度采用10KN/m3；

S204设定侧墙及底板均按受弯构件计算，侧墙弯矩按底端固结的悬臂梁计算，底板弯矩按截面法计算；

S205:设定最小配筋率为0.15％；

S206:设定裂缝控制规则，按抗裂控制时，要求截面边缘计算的拉应力小于混凝土拉应力限制值。按限裂控制时，要求计算的最大裂缝宽度小于允许值，设定的允许值为0.3mm。

S207:设定侧墙顶宽，侧墙顶宽均采用20cm,根据三维模型获得落地槽的计算简图，落地槽的计算简图如图3所示。

S300：在BIM三维模型中，设定落地槽为钢筋混凝土结构，并对设定侧墙底部截厚度D₁以及底板截面厚度D₂进行验算，包括计算落地槽底面和侧墙的钢筋混凝土结构进行计算，包括计算落地槽侧墙底部截面的第一内力、第一钢筋混凝土结构；计算落地槽底板截面的荷载、第二内力以及第二钢筋混凝土结构。通过进行侧墙底部截面以及底板截面承载力的极限状态计算，以计算配筋，同时，计算正常使用极限状态，以进行抗裂验算和裂缝宽度验算。其中，承载能力极限状态计算(配筋计算)按设计值，正常使用极限状态计算(抗裂验算和裂缝宽度计算)按标准值。

如表1所示，制定基本资料表

表1

S400：对侧墙底部截面厚度D₁进行验算，包括以下步骤

S401：第一内力计算,侧墙弯矩按底端固结的悬臂梁计算

S402：计算地下水面以上土压力作用的弯矩设计值M₁’和标准值M₁为：

S403：计算地下水面以下矩形土压力作用的弯矩设计值M₂’和标准值M₂为：

S404：计算地下水面以下三角形土压力作用的弯矩设计值M₃’和标准值M₃为：

S405：计算地下水作用的弯矩设计值M₄’和标准值M₄为：

S406：计算槽内水压力作用的弯矩设计值M₅’和标准值M₅为：

S407：因此，侧墙底部截面弯矩设计值M_墙’和标准值M_墙为：

M′_墙＝M′₁+M′₂+M′₃+M′₄+M′₅

＝95.18+18.06+1.15+3.46+-6.19＝111.66(KN·m)

M_墙＝M₁+M₂+M₃+M₄+M₅

＝79.32+15.05+0.96+2.88+-5.62＝92.58(KN·m)

弯矩符号以使侧墙外侧受拉为正。

S410:第一钢筋混凝土结构计算，包括以下步骤，

S411:计算第一钢筋混凝土结构的承载力极限状态；

设定计算公式，

f_cbx＝f_yA_s-f′_yA′_s (公式2)

x≤0.85ξ_bh₀ (公式3)

x≥2a′_s (公式4)

以上各式中：K为承载力安全系数，由SL-191-2008《水工混凝土结构设计规范》中规范表3.2.4查取；M为弯矩设计值，即上面算出的M′_墙×1000000，在此单位改为N mm；f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，N/mm²，由SL-191-2008《水工混凝土结构设计规范》中规范表4.1.5查取；f_y及f′_y为钢筋的抗拉及抗压强度设计值，N/mm²，由由SL-191-2008《水工混凝土结构设计规范》中规范表4.2.3-1查取；A_s为纵向受拉钢筋的截面面积，mm²，是本次要计算的数值；A′_s为受压区钢筋的截面面积，mm²，需要事先给出直径和根数计算；h₀为截面的有效高度，h₀＝h-a_s,a_s为受拉钢筋合力点至截面近边缘的距离，mm，单排钢筋：

双排钢筋：

d为钢筋直径，c为混凝土保护层，s为双排间距；a′_s为受压钢筋合力点至截面近边缘的距离，mm，计算方法同a_s；b为计算截面的宽度(槽纵向长度)，取b＝1000mm；ξ_b为相对界限受压区计算高度；x为截面受压区计算高度，mm；x_b为界限受压区计算高度，mm，不用计算；E_s为钢筋弹性模量，N/mm²。

槽身混凝土强度等级为C25，相应混凝土轴心抗压强度设计值fc＝11.9N/mm²，混凝土的轴心抗拉强度标准值ftk＝1.78N/mm²，混凝土的弹性模量Ec＝2.8×104N/mm²。

S412:第一配筋计算

钢筋种类采用HRB335，相应钢筋的抗拉强度设计值fy及抗压强度设计值fy’均为300N/mm²，钢筋的弹性模量Es＝2×105N/mm²。

侧墙底部截面厚度h＝D1＝550mm，受拉区钢筋合力点至受拉区边缘的距离as＝d(钢筋直径)/2+c(混凝土保护层)＝14/2+30＝37(mm),相应墙底截面的有效高度h0＝h-as＝550-37＝513(mm)；受压区钢筋合力点至受压区边缘的距离a′_s＝ds(受压钢筋直径)/2+c(混凝土保护层)＝0/2+30＝30(mm)，如果不考虑受压区钢筋，a′_s＝0。

取墙纵向单位长b＝1000mm计算。

S413：设定钢筋的直径d，计算钢筋截面积A_s1；

S414：将A_s1代入公式2计算得出x；

S415：判断x是否满足条件：x≥2a′_s和x≤0.85ξ_bh₀；

如x不满足上述条件，修改步骤S200中的墙底截面厚度以及钢筋的直径d，再重新进行计算，直至x满足上述条件。

如x满足上述条件，计算x是否满足公式1；

若计算x不满足公式1，则循环加入增加1根钢筋重新计算，直到满足。钢筋截面面积即为按承载能力极限状态计算所需的钢筋截面积。

下面是经过循环加到最后一根钢筋的计算过程。

经循环计算，钢筋根数是6根，受拉钢筋面积为A_s＝924mm²，受压钢筋面积A′_s＝0mm²。

S416：根据公式2，墙底截面受压区计算高度x为：

因不考虑受压区钢筋作用，所以不需要满足x≥2a′_s。

0.85ξ_bh₀＝0.85×0.55×513＝240(mm)

因x<0.85ξ_bh₀，所以满足要求。

S417：计算公式1右侧：

S418：侧墙底部截面弯矩设计值M′_墙＝111.6567(KN·m)，承载力安全系数K＝1.2，则公式1左侧为：

KM＝KM′_墙＝1.2×111.6567＝133.988(KN·m)

因KM的计算值小于

的计算结果，表明钢筋截面面积924mm²即为按承载能力极限状态计算所需的钢筋截面积。因此通过本次计算可选用HRB335级6-φ14，受拉钢筋布置在侧墙外侧。

S420：计算第一钢筋混凝土结构的正常使用极限状态，包括以下步骤，

S421：第一钢筋混凝土结构的抗裂验算；

设置计算公式为：

M_k≤γ_mα_ctf_tkW₀ (公式6)

I₀＝I_c+A_c(y₀-y′_c)²+α_EA_s(h₀-y₀)²+a_EA′_s(y₀-a′_s)² (公式10)

以上各式中：M_k为按荷载标准值计算的弯矩，即上面算出的M′_墙×1000000，在此单位改为N·mm；f_tk为混凝土轴心抗拉强度标准值，由SL-191-2008《水工混凝土结构设计规范》中规范表规范表4.1.4查取；α_ct为混凝土拉应力限制系数，水工只进行荷载效应标准组合抗裂验算，对荷载效应的标准组合，α_ct取0.85；A_c为混凝土截面面积b×h，mm²；α_E为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比；h为截面高度，mm；y′_c为混凝土截面重心至受压边缘的距离，其值为

单位mm；y₀为换算截面重心至受压边缘的距离，mm；W₀为换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，mm³；I₀为换算截面对其重心轴的惯性矩mm⁴；I_c为混凝土截面对其本身重心轴的惯性矩，mm⁴。

按承载能力极限状态计算所选配的钢筋6-φ14及相应钢筋截面积A_S＝924mm²进行抗裂计算。

S422：计算钢筋与混凝土的弹性模量比为：

S423：计算换算截面重心至受压边缘的距离为：

S424：计算混凝土截面对其本身中心轴的惯性矩I_c为：

S425：：计算换算截面对其中心轴的惯性矩I₀为：

I₀＝I_c+A_c(y₀-y′_c)²+α_EA_s(h₀-y₀)²+α_EA′_s(y₀-a′_s)²

＝13864583333+1000×550×(277.82-275)²+7.143×924×(513-277.82)²+7.143×0×(277.82-0)²

＝1423385×10⁴(mm⁴)

S426：计算换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩为：

S427：计算截面抵抗矩的塑性系数为：

设定高度修正系数

在0.8～1.1之间，γ_m>1.705,γ_m按1.705取值。

S428：计算截面边缘的拉应力为：

S429：计算截面边缘的允许拉应力为：

[σ]＝a_ctf_tk＝0.85×1.78＝1.513(N/mm²)

a_ct为混凝土拉应力限制系数，对荷载的标准组合取0.85。

截面边缘的拉应力计算值σ小于拉应力允许值[σ]，满足抗裂要求。

S430：第一钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算,

有关正截面裂缝宽度的验算公式如下：

(当ρ_te<0.03时，取ρ_te＝0.03) (公式12)

A_te＝2a_sb (公式13)

以上各式中：α为考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数，对受弯和偏心受压构件，取α＝2.1，对偏心受拉构件，取α＝2.4，对轴心受拉构件，取α＝2.7；c为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区边缘的距离，mm；d为受拉钢筋直径，mm；ρ_te为受拉钢筋的有效配筋率；A_te为有效受拉混凝土截面面积，mm²；a_s为受拉钢筋重心至受拉边缘的距离，mm；σ_sk为按荷载标准值计算的构件纵向受拉钢筋应力，N/mm²。

按承载能力极限状态计算所选配的钢筋6-φ14及相应钢筋截面积A_S＝924mm²进行裂缝宽度计算。

S431：按公式13计算A_te为：

S432：按公式12计算ρ_te为：

因ρ_te<0.03，取ρ_te＝0.03

S433：按公式14计算受拉钢筋应力σ_sk为：

S434：按公式11计算最大裂缝宽度ω_max为：

最大裂缝宽度计算值ω_maxmm小于最大裂缝宽度限制值0.3mm，满足限裂要求。

按抗裂验算成果，墙底截面已满足抗裂要求，一般不需再进行裂缝宽度验算。

S500：底板截面厚度D₂验算，包括以下步骤，

S510：荷载计算

S511：计算侧墙自重荷载设计值P′₁、P′₂及标准值P₁、P₂为：

P′₁＝1.05γD₀H＝1.05×25×0.2×5＝26.25(KN)

P₁＝γD₀H＝25×0.2×5＝25(KN)

S512：计算墙背回填土垂直土压力设计值P′₃及标准值P₃为：

S513：计算作用于底板的均布荷载槽内水重和地基反力的设计值q′₁、q′₂及标准值q₁、q₂为：

q′₁＝1.1γ₀h₂＝1.1×10×1.5＝16.5(KN/m)

q₁＝γ₀h₂＝10×1.5＝15(KN/m)

S520：第二内力计算，包括以下步骤，

S521：计算底板端部(侧墙内侧)截面弯矩设计值M′_端及标准值M_端为：

S522：计算底板跨中截面弯矩设计值M′_中及标准值M_中为：

因底板跨中M′_中为负弯矩，计算式中侧墙传递给底板的端弯矩M′_墙按对结构有利的情况考虑，土压力及地下水压力的荷载分项系数改为0.95，以减小M′_墙的作用，使算出来的底板截面厚度更安全。所以需重新计算M′_墙为：

弯矩符合以使底板底面受拉为正。

S530：第二钢筋混凝土结构计算，包括以下步骤，

S531：承载能力极限状态计算；

底板截面承载能力极限状态计算的弯矩设计值，采用端部截面弯矩设计值M′_端及跨中截面弯矩设计值M′_中两者中绝对值的最大值，即M＝98.93KN·m。

S532：计算底板截面的有效高度h₀为：

h₀＝h-a_s＝500-38＝462(mm)

取单位长底板宽(底板纵向长度)计算，b＝1000mm

S533：第二配筋计算

与步骤S412中第一配筋计算的计算公式相同，

经循环计算，钢筋根数是5根，受拉钢筋面积为A_s＝1005mm²，受压钢筋面积A′_s＝0mm²。

A.根据公式2，底板截面受压区计算高度x为：

因不考虑受压区钢筋作用，所以不需要满足x>2a′_s。

0.85ξ_bh₀＝0.85×0.55×462＝216(mm)

因x<0.85ξ_bh₀，所以满足要求。

B.计算公式1右侧：

C.底板截面弯矩设计值M＝81.16(KN·m)，承载力安全系数K＝1.2，则公式1左侧为：

KM＝1.2×81.16＝118.72(KN·m)

因KM的计算值小于

的计算结果，表明钢筋截面面积1005mm²即为按承载能力极限状态计算所需的钢筋截面积。因此通过本次计算可选用HRB335级5-φ16，受拉钢筋布置在侧墙外侧。

S540：正常使用极限状态验算,

底板截面正常使用极限状态计算的弯矩标准值，采用端部截面弯矩标准值M_端及跨中截面弯矩标准值M_中两者中绝对值的最大值，即：M_k＝M＝81.16N·m。

S541：抗裂验算,

按承载能力极限状态计算所选配的钢筋5-φ16及相应钢筋截面积A_S＝1005mm²进行抗裂计算。

S542：计算钢筋与混凝土的弹性模量比为：

S543:计算换算截面重心至受压边缘的距离y₀为：

S544:计算混凝土截面对其本身中心轴的惯性矩I_c为：

S545:计算换算截面对其中心轴的惯性矩I₀为：

I₀＝I_c+A_c(y₀-y′_c)²+α_EA_s(h₀-y₀)²+α_EA′_s(y₀-a′_s)²

＝10416666667+1000×500×(253-250)²+7.143×1005×(462-253)²+7.143×0×(253-30)²

＝1073483×10⁴(mm⁴)

S546:计算换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩W₀为：

S547:计算截面抵抗矩的塑性系数γ_m为：

根据规范附录C，高度修正系数

在0.8～1.1之间，所以如果算出的

按1.1取值，γ_m按1.705取值。

S548:计算截面边缘的拉应力σ为：

S549:计算截面边缘的允许拉应力[σ]为：

[σ]＝a_ctf_tk＝0.85×1.78＝1.513(N/mm²)

a_ct为混凝土拉应力限制系数，对荷载的标准组合取0.85。

截面边缘的拉应力计算值σ小于拉应力允许值[σ]，满足抗裂要求。

S550:裂缝宽度验算

按承载能力极限状态计算所选配的钢筋5-φ16及相应钢筋截面积A_S＝1005mm²进行裂缝宽度计算。

S551:按公式13计算A_te为：

S552:按公式12计算ρ_te为：

因ρ_te<0.03，取ρ_te＝0.03

S553:按公式14计算受拉钢筋应力σ_sk为：

S554:按公式11计算最大裂缝宽度ω_max为：

最大裂缝宽度计算值ω_max小于最大裂缝宽度限制值0.3mm，满足限裂要求。

按抗裂验算成果，墙底截面已满足抗裂要求，一般不需再进行裂缝宽度验算。

S600:在BIM三维模型中，设定落地槽为素混凝土结构，计算侧墙底部截面厚度D₁和底板截面厚度D₂。

S601:设定荷载分布系数，土压力及墙后地下水压力的荷载分项系数均采用1.2，若跨中弯矩为负值，土压力及墙后地下水压力的荷载分项系数改为0.95；槽内水压力及水重的荷载分项系数采用1.1；结构自重的荷载分项系数采用1.05。

S602:设定土压力，土压力按朗肯主动土压力公式计算，回填土的湿重度采用19KN/m3，浮重度采用10KN/m3。

S603:设定侧墙及底板均按受弯构件计算，侧墙弯矩按底端固结的悬臂梁计算，底板弯矩按截面法计算。

S604:设定计算项目为侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂。

S605:设定侧墙顶宽为20cm；

如表2所示，制定基本资料表

S610:侧墙底部截面厚度D₁计算，包括以下步骤,

S611:第三内力计算，

侧墙内力按底端固结的悬臂梁计算。

S612:计算地下水面以上土压力作用的弯矩设计值M1’为：

S613:计算地下水面以下矩形土压力作用的弯矩设计值M₂’为：

S614:计算地下水面以下三角形土压力作用的弯矩设计值M₃’为：

S615:计算地下水作用的弯矩设计值M₄’为：

S616:槽内水压力作用的弯矩设计值M₅’为：

S617:侧墙底部截面弯矩设计值M_墙’为：

M′_墙＝M′₁+M′₂+M′₃+M′₄+M′₅

＝12.82+5.7+0.67+2+0＝21.19(KN·m)

弯矩符号以使侧墙外侧受拉为正。

S620:第三混凝土结构计算，

按SL-191-2008，荷载基本组合时素混凝土受弯构件承载力安全系数为K＝2；C20混凝土轴心抗拉强度设计值f_t＝1.1N/mm²。

计算侧墙底部截面厚度D₁为：

其中γ_m为矩形截面抵抗矩塑性系数，其计算公式为：

式中h为截面厚度，

为修正系数值，其值不应大于1.1，即矩形截面抵抗矩塑性系数γ_m的最大值为1.55×1.1＝1.705，由修正系数计算式知，当截面厚度h小于750mm时，修正系数值均大于1.1，截面抵抗矩塑性系数γ_m值均为1.705。

根据计算结果，侧墙底部截面厚度D₁可采用37cm。

S630:素混凝土结构的底板截面厚度D₂计算，包括以下步骤，

S631：素混凝土结构的荷载计算；

计算作用于底板的荷载包括集中荷载及均布荷载。

设定集中荷载为侧墙自重P′₁、P′₂及墙背回填土垂直土压力P′₃。

作用于底板的均布荷载有底板自重(方向朝下)、槽内水重(方向朝下)、地基反力(方向朝上)、地下水扬压力(方向朝上)。因底板自重与其产生的地基反力相互抵消，在内力计算时可不考虑底板自重的作用，在计算地基反力时也不计底板自重。同理，因向上作用于底板的扬压力与其所减少的地基反力相等，在内力计算和计算地基反力时不考虑扬压力的作用。作用于底板的均布荷载只计算向下作用的槽内水重q₁’和向上作用的地基反力q₂’

S632：计算素混凝土结构的侧墙自重荷载设计值P′₁及P′₁为：

P′₁＝1.05γD₀H＝1.05×24×0.2×3＝15.12

S633：计算素混凝土结构的墙背回填土垂直土压力设计值P′₃为：

S634：计算作用于底板的均布荷载设计值q′₁、q′₂为：

q′₁＝1.1γ₀h₂＝1.1×10×0＝0

其中，H为侧墙净高，m；D₁为侧墙底部截面厚度，m；D₀为侧墙顶部厚度，m，采用D0＝0.2m；h₀为墙背回填土高度，m；x为墙背回填土顶面宽，m；乘数1.05为墙自重的荷载分项系数；乘数1.2为垂直土压力的荷载分项系数；γ为素混凝土的重度，采用24KN/m3；γ₁为墙背回填土的湿重度，对于墙背垂直土压力，水面以上及水面以下均按湿重度γ₁计算(与水下采用浮重度γ₀为墙背回填土的湿重度误差很小)。B为槽身净宽，m；h₂为槽内水深，m；乘数1.1为槽内水重的荷载分项系数。

S640：第四内力计算，包括以下步骤，

S641：计算底板端部(侧墙内侧)截面弯矩设计值M′_端为：

S642：计算底板跨中截面弯矩设计值M′_中为：

因底板跨中为负弯矩，式中侧墙传递给底板的端弯矩M_墙’按对结构有利的情况考虑，土压力及地下水压力的荷载分项系数改为0.95，以减小M′_墙的作用，使算出来的底板截面厚度D₂更安全。所以需重新计算M′_墙为：

弯矩符号以使底板地面受拉为正。

S650：第四混凝土结构计算，

底板截面厚度D₂按端部弯矩设计值和跨中弯矩设计值两者中的大值计算，即采用底板弯矩设计值为21.17(KN·m)计算底板截面厚度D₂为：

根据计算结果，采用底板截面厚度D₂为37cm。

S700:生成计算结果，根据计算结果生成计算书、配筋图纸以及设计图纸，并生成落地槽模型的三维视图以及落地槽钢筋模型，通过计算结果能够统计工程量，算在提高了设计人员的工作效率时，还可以进行设计成果的技术比较；

S701:设置投资概算，根据计算的工程量，进行工程造价计算，生成多个工程造价结果，并对工程造价结果进行比较,生成概预算书。

本申请实施例一种可视化交互式正向设计方法的实施原理为：建立BIM三维模型，在BIM三维模型中设定钢筋混凝土结构情况下的侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂的值，并进行验算，以得到计算书，并进行配筋计算，得到配筋图，并计算素混凝土结构下，侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，获得素混凝土结构的方案以及级钢筋混凝土结构的方案，便于使用人员进行对比。采用BIM技术，做到可视化交互式正向设计，比传统的先画简图再计算的逆向设计更高效和直观。

实施例2：一种可视化交互式正向设计方法，与实施例1的不同之处在于，使步骤S630-步骤S650设置在步骤步骤S200之前，根据步骤S630-步骤S650计算得出的素混凝土结构的侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂预设步骤S200内的钢筋混凝土结构中墙底截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂。使预设的钢筋混凝土结构中墙底截面厚度D₁小于计算得出的素混凝土结构的侧墙底部截面厚度D₁，并使预设的钢筋混凝土结构中底板截面厚度D₂小于计算得出的素混凝土结构的底板截面厚度D₂。

本申请实施例一种可视化交互式正向设计方法的实施原理为：在满足同样的结构强度的情况下，配置钢筋的混凝土结构厚度小于素混凝土结构厚度，根据素混凝土的计算结果预设钢筋混凝土结构的厚度，能够缩小预设参数的范围值，提高计算的效率。

本申请实施例还公开一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器加载计算机程序时，执行上述实施例的可视化交互式正向设计方法。

其中，计算机装置可以采用台式电脑、笔记本电脑或者云端服务器等，并且，计算机装置包括但不限于处理器以及存储器，例如，计算机装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备以及总线等。

其中，处理器可以采用中央处理单元(CPU)，当然，根据实际的使用情况，也可以采用其他通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以采用微处理器或者任何常规的处理器等，本申请对此不做限制。

其中，存储器可以为计算机装置的内部存储单元，例如，计算机装置的硬盘或者内存，也可以为计算机装置的外部存储设备，例如，计算机装置上配备的插接式硬盘、智能存储卡(SMC)、安全数字卡(SD)或者闪存卡(FC)等，并且，存储器还可以为计算机装置的内部存储单元与外部存储设备的组合，存储器用于存储计算机程序以及计算机装置所需的其他程序和数据，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据，本申请对此不做限制。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可视化交互式正向设计方法，其特征在于：包括以下步骤，建立BIM三维模型；

拟定落地槽的截面尺寸，拟定钢筋混凝土结构中侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，根据工况在BIM三维模型中添加落地槽的尺寸参数，使尺寸参数之间联动，并对尺寸参数进行读写操作，以实现动态的落地槽三维模型；

在BIM三维模型中，计算素混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂，验算钢筋混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂；

生成计算结果，根据计算结果，生成计算书并统计工程量。

2.根据权利要求1所述的可视化交互式正向设计方法，其特征在于：所述建立BIM三维模型中，

创建包含场地、混凝土落地槽、地下水、槽内水及回填土、落地槽碎石垫层的三维模型；

所述拟定落地槽的截面尺寸中，在三维模型内使场地开挖、回填土、落地槽碎石垫层尺寸与混凝土落地槽的尺寸参数联动。

3.根据权利要求1所述的可视化交互式正向设计方法，其特征在于：

所述验算钢筋混凝土结构的落地槽侧墙底部截面厚度D₁以及底板截面厚度D₂中，

计算落地槽侧墙底部截面的第一内力以及第一钢筋混凝土结构，计算第一钢筋混凝土结构中，计算承载力极限状态以计算配筋，计算正常使用极限状态，以进行抗裂验算以及裂缝宽度计算；

计算落地槽底板截面的荷载、第二内力以及第二钢筋混凝土结构。

4.根据权利要求3所述的可视化交互式正向设计方法，其特征在于：所述计算第一内力中，

第一内力的计算公式为：

计算地下水面以上土压力作用的弯矩设计值M1′和标准值M1为：

计算地下水面以下矩形土压力作用的弯矩设计值M₂′和标准值M₂为：

计算地下水面以下三角形土压力作用的弯矩设计值M₃′和标准值M₃为：

计算地下水作用的弯矩设计值M₄′和标准值M₄为：

计算槽内水压力作用的弯矩设计值M₅′和标准值M₅为：

侧墙底部截面弯矩设计值M_墙′和标准值M_墙为：

M′_墙＝M′₁+M′₂+M′₃+M′₄+M′₅；

M_墙＝M₁+M₂+M₃+M₄+M₅；

其中，H为侧墙净高，D₁为墙底截面厚度，B为槽净宽，D₂底板截面厚度，h₀墙后填土高，h₁地下水深，h₂槽内水深，

土内摩擦角，K安全系数。

5.根据权利要求4所述的可视化交互式正向设计方法,其特征在于：所述计算第一钢筋混凝土结构中，

承载力极限状态计算，

f_cbx＝f_yA_s-f′_yA′_s (公式2)

x≤0.85ξ_bh₀ (公式3)

x≥2a′_s (公式4)

其中，M为弯矩设计值，M＝M′_墙×1000000，f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，A_s为纵向受拉钢筋的截面面积，A′_s为受压区钢筋的截面面积，h₀为截面的有效高度，h₀＝h-a_s,a_s为受拉钢筋合力点至截面近边缘的距离，h＝D₁，单排钢筋：

双排钢筋：

d为钢筋直径，c为混凝土保护层，s为双排间距；a′_s为受压钢筋合力点至截面近边缘的距离，计算方法同a_s，b为计算截面的宽度(槽纵向长度)，取b＝1000；ξ_b为相对界限受压区计算高度；x为截面受压区计算高度；x_b为界限受压区计算高度，E_s为钢筋弹性模量。

6.根据权利要求5所述的可视化交互式正向设计方法,其特征在于：所述计算第一钢筋混凝土结构中，包括第一配筋计算，其中

设定钢筋的直径d，计算钢筋截面积A_s1；

将A_s1代入所述公式2计算得出x；

判断x是否满足条件：x≥2a′_s和x≤0.85ξ_bh₀；

如x不满足所述条件，修改所述拟定落地槽截面尺寸中墙底截面厚度以及设定的钢筋的直径d，再重新进行计算，直至x满足所述条件；

如x满足所述条件，计算x是否满足公式1；

若计算x不满足公式1，则循环加入增加1根钢筋重新计算，直到满足，并生成配筋图；钢筋截面面积即为按承载能力极限状态计算所需的钢筋截面积。

7.根据权利要求6所述的可视化交互式正向设计方法，其特征在于：

所述计算第一钢筋混凝土结构中，

第一钢筋混凝土结构的抗裂验算的计算公式为；

M_k≤γ_mα_ctf_tkW₀ (公式6)

I₀＝I_c+A_c(y₀-y′_c)²+α_EA_s(h₀-y₀)²+α_EA′_s(y₀-α′_s)²

M_k＝M′_墙×1000000

第一钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算的验算公式为：

(当ρ_te<0.03时，取ρ_te＝0.03) (公式12)

A_te＝2a_sb (公式13)

其中，M_k为按荷载标准值计算的弯矩，为M′_墙×1000000；f_tk为混凝土轴心抗拉强度标准值；α_ct为混凝土拉应力限制系数；A_c为混凝土截面面积b×h；α_E为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比；h为截面高度；y′_c为混凝土截面重心至受压边缘的距离；y₀为换算截面重心至受压边缘的距离；W₀为换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩；I₀为换算截面对其重心轴的惯性矩；I_c为混凝土截面对其本身重心轴的惯性矩。

8.根据权利要求3所述的可视化交互式正向设计方法，其特征在于：所述计算落地槽底板截面的荷载中，计算公式为，

计算侧墙自重荷载设计值P′₁、P′₂及标准值P₁、P₂为：

P′₁＝1.05γD₀H；

P₁＝γD₀H；

计算墙背回填土垂直土压力设计值P′₃及标准值P₃为：

计算作用于底板的均布荷载槽内水重和地基反力的设计值q′₁、q′₂及标准值q₁、q₂为：

q′₁＝1.1γ₀h₂；

q₁＝γ₀h₂；

其中，H为侧墙净高，D₁为墙底截面厚度，B为槽净宽，D₂为底板截面厚度，h₀为墙后填土高，x为墙背回填土顶面宽。h₁为地下水深，h₂为槽内水深，

为土内摩擦角，K为安全系数。

9.根据权利要求8所述的可视化交互式正向设计方法，其特征在于：所述第二内力中，计算公式为：

计算底板端部(侧墙内侧)截面弯矩设计值M′_端及标准值M_端为：

计算底板跨中截面弯矩设计值M′_中及标准值M_中为：

所述底板跨中M′_中为负弯矩，设定土压力及地下水压力的荷载分项系数为0.95，M′_墙为：

10.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器加载计算机程序时，执行权利要求1-9任一项所述的可视化交互式正向设计方法。

Images