算绘一体化在抗震墙配筋校核中的实现

王晓舟 谢忠良

(1.汉嘉设计集团股份有限公司，杭州 310005;2.浙江省建筑设研究院 310006)

随着建筑设计市场的竞争日趋激烈，业主对设计公司的服务质量要求越来越高。对于复杂的建设项目，技术要求高，反复修改可能性大，设计时间又紧迫，特别对服务于各专业的结构施工图设计人员来说，责任重，压力大。为适应这一行业现状，提高绘图效率成为结构设计工程师按时完成任务的前提。结构施工图绘制内容多，构件尺寸和配筋是核心内容。绘图效率除了与项目本身的复杂程度及设计师的工程经验积累有关外，还与计算及绘图软件的熟练应用程度密切相关。庆幸的是通用的结构设计软件日益丰富，操作界面也更加人性化。对于普通的工业与民用建筑，绘图软件以AutoCAD 为核心平台，并辅之与接口电算软件PKPM 等的二次开发绘图插件，如TSSD(探索者)等。计算机绘图除了给设计人员带来高效的绘图革命外，同类工程项目施工图电子文件的开放性和可复制性为绘图特别是详图绘制的高效率提供了可能性，即在参照图元基础上快捷合理地修改。作为结构体系中重要水平抗侧力构件的抗震墙，其详图的绘制和配筋包括边缘构件的配筋率的复核是设计的关键，特别是纵向钢筋截面配筋及体积配箍率是必须满足的规范强制性条文。通常，结构工程师及校审人员主要通过手算、依托excel 的计算表格及免费或商业辅助设计软件如探索者TSSD、理正结构系列软件进行构件配筋复核。电算有快捷准确的特点，是配筋复核的首选，但大多数电算程序都需要用户输入各种截面尺寸及配筋参数，影响批量复核效率，且复核文件不能保存。基于这个不便捷性，理正开发了梁施工图校对审核软件，它完全依托于图形中的数据和实体，不需要其他数据支持，但目前只提供平法梁校对功能。框架柱校核功能已有文献［1］实现，但对墙构件国内未见相关文献报道。具有其充分应用价值。本文以AutoLISP 语言为基础，开发实现了抗震墙边缘构建配筋率在AutoCAD 图形中的自动校核，实现了计算绘图一体化，满足工程设计精度要求，快速而有效，具有一定的实用价值。

1 计算绘图一体化

1.1 参数化绘图

对定型构件通过参数控制自动生成图形。结构施工图中各种构件详图都可以参数化绘制，这在PKPM 系列计算机辅助设计软件的施工图绘制模块及国内商业辅助绘图软件中能很好地实现。后者程序的工作流程是首先进行绘图环境的初始化，然后通过交互式界面进行参数输入，再调用AutoCAD命令进行图形绘制并插入。参数化绘图大大提高了作图效率，并有利于绘图质量的提高。是CAD 二次开发的主要方向之一。

1.2 计算绘图一体化

CAD 二次开发的另一个重要方向。结构施工图绘制中存在着大量需要依托除AutoCAD 以外的计算软件或实用工具包辅助计算。这在绘图过程中需要不断切换程序界面和保存数据，花费较多分析计算时间。PKPM 系列自动生成的构件配筋施工图在理论上已符合设计规范的要求，但不能直接用于施工图出图，加之各设计公司在绘图风格及技术要求上的差异，需要花费大量时间去复核修改。结构工程师们更期待有打开一个CAD 软件，就能绘制所有施工图，包括构件计算和配筋复核。

1.3 AutoLISP 在二次开发中的应用

AutoCAD 是国内目前主流的建筑结构施工图绘制软件，其本身是一个基础应用软件，广泛应用于多个行业，包括建筑工程、机械电子、地理信息系统及多媒体等。同时，AutoCAD 也是一个具有高度开放结构的CAD 软件二次开发平台。根据二次开发技术的不同，可分为两种模式:内嵌机制和外部开发机制［2］。内嵌机制是把语法解释器集成在宿主程序中，直接在宿主程序中调用脚本程序段，执行后即可在宿主程序中获得结果，与外部来发机制相比，内嵌机制针对性较强，与宿主程序的融合性较好。AutoLISP 就属于内嵌机制，它不需要任何特定的硬件设备，只要一个系统能运行AutoCAD 就能运行AutoLISP。Visual Lisp 是为AutoLISP 提供的一个完整的开发环境，它也是后者的扩展和延伸。AutoLISP 是唯一一种解释性语言，易学易用，已成为建筑工程设计人员喜爱和广泛交流的二次开发语言。

2 理论依据与程序实现

2.1 混凝土抗震墙配筋率校核规范依据

《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)［3］(6.3.9)给出了抗震墙约束边缘构件最小体积配箍率的计算公式:(1)

《混凝土结构设计规范》(GB 50011-2010)［4］给出了复核约束边缘构件配筋率的计算公式:

公式中参数的具体含义详相应规范。当满足

时，约束边缘部分截面体积配箍率满足规范要求，规范相关条文还对纵向钢筋配筋率做了相应规定。

根据公式(1)～(3)，图1 给出了混凝土抗震墙配筋率计算的程序流程。本程序可以直接在AutoCAD 的绘图模块中运行。第一次运行需用apply 命令加载该程序的LSP 文件。目前版本适用于平面形状相对规则的四种边缘构件类型，包括暗柱、T 型、L 型和Z 型墙柱。实现不同强度等级箍筋及拉筋的混用。

2.2 程序实现

2.2.1 准备工作

若已有相关项目按程序规则绘制详图，则可直接利用该详图模板，绘制施工详图。若是首次绘制，则需要在工程师自绘施工图库中找可参考的详图，按本程序规则进行计算前的标定工作。主要任务是刷图层。程序对竖向钢筋、箍筋、拉筋及配筋文字分别定义了相应的图层。钢筋的绘制均采用多段线。

2.2.2 初始变量的标定

需要标定的变量包括:保护层厚度，箍筋及拉筋的图上距离与实际距离的换算系数，若详图按时实际尺寸绘制，则标定系数为1.0。

图1 抗震墙配筋复核程序流程图

2.2.3 计算与评价

(defun C:Vrho())用于实现抗震墙配筋复核的主函数。调用子函数(defun dxf_read (code ename)用于读入图元信息，子函数(defun dxf_repLace (code newdata ename/ dxfList)更新图元信息。调用子函数(defun Len_PL (a)统计多段线长度。编程要点:

1)首先读入选取的图元信息。用系统数组函数vlax-make-safearray vlax-vbDoubLe 结合repeat 循环存储实现。图元信息包括多段线图元的长度及面积，配筋文本的钢筋直径和间距，循环过程中调用相关子函数和系统变量函数。用ssLength 系统函数统计竖向钢筋数量。

2)图元信息的处理，包括边缘构件类型的自动判别，各变量的赋值、修正和运算。用系统数组vLax-safearray-get-eLement matrix 实现，其中面积的修正采用了满足工程精度的简化处理方法来考虑钢筋体积计算中不考虑重合部分多段线长度。处理方法如图2。

3)计算结果的原位输出。采用如下函数:

(setq insertp1 (vlax-3D-point insertpt)textobj1 (vla-addtext mSpace text insertp1 height)在当前模型空间内按指定点插入计算及评价结果。

图2 可自动识别的抗震墙边缘构件类型

2.3 相关参数的简化处理

按规范要求，程序计算中不考虑箍筋重叠部分，且详图中不添加辅助线，对箍筋体积和混凝土截面面积的统计采用简化处理方式如下:

式中，除图2 中注明外，各参数的含义如下:

Scor表示混凝土核心区的面积，Scor1对应类型c);dSi表示混凝土面积与Scor的差值;当为a)或b)类型时，n=1，当为d)类型时，n=2;c 为混凝土保护层厚度;Vsvi表示箍筋及拉筋体积总和，Vsv1对应类型c)。Al筋扣除的转角重叠部分;bw为墙厚，对于翼墙厚不等宽的情况，取较小墙厚换算偏于安全。

3 绘图实例

以某三级抗震的框剪结构住宅为例，底部3 层需设置约束边缘构件，混凝土强度等级C45，竖向钢筋采用三级钢，画完构件详图后，在AutoCAD 界面直接运行主函数Vrho，依次框选相应的钢筋图元和配筋文本，得到如图3 的计算和评价结果。

图3 AutoCAD 界面下校核输出成果图示例

4 结论

1)本文基于AutoLISP 语言实现了混凝土抗震墙原位配筋校核，避免了绘图中反复切换界面，对批量复核配筋率快捷而卓有成效。

2)实现了计算绘图一体化意义上的高效率绘制施工图。

3)对于复杂边缘构件的配筋率符合，尚需研究相应满足工程精度要求的简化计算方法。

［1］刘成斌.AutoLISP 在结构配筋校对中的应用与实现方法［J］.福建建筑，2013，(3):18-21.

［2］赵卫东.柳先辉.卫刚.CAD 软件二次开发平台实现技术［J］，计算机辅助设计与图形学报，2003:512-516.

［3］GB 50010-2010，《建筑抗震设计规范》［S］

［4］GB 50011-2010《混凝土结构设计规范》［S］