（计算机应用技术专业论文）“平法”框架柱钢筋表达模型及工程量统计系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 ，+ 于茼要 i 由于在“平法“施工图中采用间接的方法表示钢筋，因此统计钢筋工程 量时必须根据平面图中的标注信息并结合标准构造详图才能确定钢筋的完整 信息。为了实现钢筋工程量的自动缔升，文章以“平法”框架柱为研究对象， 对施工图钢筋统计系统进行了研究。，本文的主要工作如下。 对“平法”施工图中框架柱钢筋信息的注写规则进行了深入的分析和研 究，对完整反映框架柱钢筋的各类信息表达特点进行了归纳，在此基础上利 用面向对象的程序设计方法及c + + 语言建立了描述框架柱钢筋所有信息的表 达模型；由于在“平法”施工图中各类构件钢筋的几何信息是一种抽象的以参 数表达的信息，影响参数由图中钢筋的标注信息和标准构造详图中的构造要 求确定。文章通过对框架柱钢筋信息影响参数和构造要求的研究，建立框架 柱钢筋几何信息的参数化图库；通过对“平法”构造详图中的数据、图形、构 造要求进行研究，运用数据库理论详细表达其中的内容，建立针对构造详图 的数据库；系统可直接调用数据库的数据，当规范修改时，只需要改变数据 库的数据，对系统影响不大。 系统利用o d b c 技术读取数据库中各类钢筋信息，经过处理后系统生成 的钢筋统计信息又存入数据库，利用数据库的统计、汇总功能，达到在 v c + + 6 0 编程环境下进行钢筋工程量的统计和汇总工作的目的。 关键词：施工函；框榘在；钢矗蓓息；面苘聂象 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t o w i n gt or e i n f o r c i n gs t e e lb a ri se x p r e s s e db ya d o p t i n gi n d i r e c t m e t h o di n “p l a n em e t h o d ”c o n s t r u c t i o nd r a w i n g ，w h o l ei n f o r m a t i o no f r e i n f o r c i n g s t e e lb a rc a nb ec o n f i r m e da c c o r d i n gt ot h el a b e l i n f o r m a t i o na n d c o m b i n i n g c f i t e r i o nc o n s t r u c t i o n d r a w l n g w h i l e s t a r i s t i c se n g i n e e r i n gq u a n t it y f o ra c h i e v i n ga u t o m a t i o ns t a t i s t i c s o fr e i n f o r c i n gs t e e lb a r ，t h i sp a p e rh a ss t u d ya u t o m a t i o nc o n s t r u c t a n de x p r e s si nm o d e lo fs t e e li n f o r m a t i o nt a k i n gt h ef r a m eg i r d e ra s i n v e s t jg a t i v eo b j e c t t h em a i nw o r ki sa sf o l l o w t h i sp a p e ra n a l y s e st h ea n n o t a t e dr u l e so ft h es t e e li n f o r m a t i o n o ft h ef r a m ec o l u m ne x p r e s s e di n “p l a n em e t h o d ”c o n s t r u c t i o nd r a w i n g s u m su pt h ee x p r e s s e dc h a r a c t e r i s t i c so ft h er e i n f o r c e m e n ti n f o r m a t i o n o ft h ef r a m ec o l u m n ，t h eo b j e c t o r i e n t e dm e t h o di sa d o p t e dt og e tt h e e x p r e s s e dp a t t e r no ft h es t e e li n f o r m a t i o n o w i n gt o “p a n em e t h o d s h o pd r a w i n gs t e e li n f o r m a t i o ni se x p r e s s e db yg e o m e t r yp a r a m e t e r ， c o m b i n eo ft h es h o pd r a w i n ga n dt h ed e t a i l e dc o n s t r u c td r a w i n gc a nf u l l e x p r e s st h es t e e li n f o r m a t i o n b ys t u d yo ft h ei n f o r m a t i o n ，t h i sp a p e r s e tu pt h es t e e l p a r a m e t e rg r a p hb a s e p a p e rs t i l la n a l y s e st h e g r a p h i c sa n dc o n s t r u c tr e q u e s to fn a t i o nc r i t e r i o n “p l a n ee x p r e s sw a y a n ds t r u c t u r ed e t a i ld r a w i n go fc o n c r e t ef r a m es h o pd r a w i n g ”u s ed a t a b a s et h e o r yt os e tu pd a t ab a s eo f “p l a n em e t h o d ” t h es y s t e mu s eo d b ct e c h n i q u er e a dt h ed a t ai nt h ed a t a b a s e ，a f t e r t r e a t i n g ，s t o r a g et h en e wd a t at od a t a b a s e ? h o l es y s t e mi sc o m p l e t e d i nv c + + 6 0e n v i r o n m e n t k e yw o r d ：t h es h o pd r a w i n g ：t h ef r a m ec o l u m n ：r e i n f o r c i n gs t e e lb a r i n f o r m a t i o n ：o b j e c t o r i e n t e dm e t h o d 弓 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g nc a d ) 技术作为计算机应用的 一个重要分支，已成为最能显示出经济效益、在推动生产力发展的过程 中产生巨大影响的一项应用技术。它具有的强大生命力是与计算机软硬 件的发展以及工程设计本身的特点密切联系的。工程设计中存在大量的 数据处理、图形处理和数值计算，使设计工作非常复杂。传统设计方发 不仅计算精度低、设计周期长，而且效率低下。而c a d 将人机有机地结 合，是r 一种用计算硬、软件系统辅助人们对产品和工程进行设计的方法 与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等活动，它是一种新的设 计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。 目前，c a d 技术应用于工程施工图纸中钢筋自动识别与统计的技术引 起了一些研究部门和学者的研究，但只是对问题进行了初步探讨，尚未开发 出能很好满足一般建筑施工单位使用的商品化软件，特别是满足精度要求且 智能化程度较高钢筋工程量自动计算系统。 1 1 国内外c a d 技术的发展与研究动态 近几年，一些智能c a d 系统得到了广泛应用，有马萨诸塞工程学院的 c y c l o p s 、卡耐基一梅隆大学的s t r u p l e 和s e e d 、瑞士联邦技术学院的 c a d r e 、澳大利亚悉尼大学的c a d s y n 等系统。这些系统大都融合了知识 工程、工程数据库、基于实例的推理等多个学科的研究成果和技术，大大拓 宽了智能c a d 的研究范围和深度，并在实用上取得了可喜的成就。另外， 以设计型专家系统为主的人工智能软件也取得了良好的市场效应，其中具有 代表性的为合金设计专家系统舢a d 玳、土工阻挡结构设计专家系统 r e t w a l l 、零件加工工序设计专家系统g a r i 和计算机系统配置设计专家 系统x c o n ( r i ) 等。 目前，国内的c a d 技术发展主要包括引进国外的先进c a d 软件并进行 二次开发和开发自主版权的c a d 系统两个方面。引进的图形支撑系统有美 国a u t o d e s k 公司开发的a u t o c a d 、p t c 公司的p r o e n g i n e e r 、i n t e r g r a p h 公 司和b e n t l y 公司开发的m i c r o s t a t i o n 以及用于着色渲染、质感纹理、光影效 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 果的真实感软件3 d s 和r e n d e r s t a r 等。国外的应用软件系统在国内也有销售， 诸如a n s y s ，i - d e a s 等大型分析软件，这些软件多以工作站作为硬件工作平 台。在开发自主版权的c a d 系统方面，清华大学、华中理工大学及一些专 业从事c a d 软件开发的机构做了许多有益的工作。p k p m 、a b d 、h ic a d 、 h o u s e 、大恒c a d 、高华c a d 等在建筑和机械等行业都发挥了重要作用， 二维绘图已基本可以立足国内。但这些软件从总体水平上与国际著名的大型 软件相比还有一定的差距。 智能c a d 在我国也有研究。近几年来，在开展理论探讨的基础上，有些 单位探索开发了智能c a d 系统。在纺织产品设计、建筑设计、集成电路设 计、机械部件设计、方案设计等方面进行了智能化的尝试，在一些大学和研 究机构还推出了一系列专家系统开发工具。但总的来讲，系统的集成化，智 能化水平还有待提高，系统的实用性也较差。尽管如此，它仍然展示出我国 智能c a d 技术发展的光辉灿烂前景。 在国内开展智能c a d 方面研究的主要单位有中国科学院计算技术研究 所c a d 开放研究实验室、浙江大学人工智能研究所、华中理工大学机械学 院和西南交通大学等单位。中国科学院计算技术研究所c a d 开放研究实验 室在工程数据库、知识工程方面进行了大量的研究和实践。浙江大学人工智 能研究所是国内最早开展这方面理论及应用研究的单位之一，该研究所在设 计模型、推理方法理论的系统化上卓有成效，并在1 9 8 2 年研制成功了智能 c a d 实用系统“智能模拟彩色平面图案创作系统”，参加1 9 8 5 年在日本筑波 举行的国际科技博览会时获得了广泛好评。【3 】 西南交通大学c a d 中心从1 9 9 2 年起开始进行工程智能c a d 技术的研 究，曾先后主持( 主研) 了国家“八五”“九五”计划中铁道部和四川省的 几个大型c a d 项目的研究开发工作。目前该中心已形了成一套自主版权的 c a d 开发核心系统，并在工程设计模型、结构建模、参数化设计、工程知识 表达、模糊推理等方面都获得了一定的成果。 1 2 国内外建筑业c a d 技术发展现状 较之其它行业，c a d 技术在建筑领域的应用相对晚些。部分原因是对 这项新技术的潜力认识不足。另外的原因是经济问题。早期的计算机辅助设 计系统一般需要几十万甚至几百万美元，汽车公司或飞机制造公司往往规模 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 很大，有足够的资金来购买这些昂贵的设备，但对绝大多数建筑单位来说， 亦不得不望而却步。尽管这样，建筑业c a d 技术在短短的几十年里仍取得 了很大的成就。在土木建筑行业，c a d 技术是发展最快的领域之一。 从七十年代开始，计算机在我国建筑业中的应用有了较大的发展，由结 构计算和分析，逐步发展到物理、空气调节、地基基础、结构抗震、勘察测 量和建筑施工管理等方面。初步建成了一支应用电算技术为建筑结构设计服 务的队伍。建立了建工系统计算中心站，设立了几十个计算机室。但是，总 的来说，力量是相当薄弱的。早期的发展受到计算机硬件系统和软件系统技 术发展的限制。 进入八十年代，随着计算机硬件和软件技术的进步，使研究的重点从单 纯的数值运算扩展到方案评价优化、仿真模拟等。同时也引进了美国、日本、 法国、德国、挪威等的先进c a d 系统，在消化吸收的基础上进行二次开发， 有针对性地将其改造开发成适应我国国情和规范要求的c a d 系统。从建筑 结构计算扩展到生成施工图，设计人员应用这种c a d 系统从真正意义上实 现了设计电脑化，人们期盼已久的甩掉图板的设想将变成现实。 九十年代以来，在原有结构c a d 的基础上，相继开发出城市规划、建 筑、结构、给排水、暖通、电气和概预算等各种专业配套的c a d 软件，具 有建研院计算中心的a b d 系列和t b s a 系列、建研院c a d 的p k p m 系列。 其中，p k p m 软件就是引用s a p 软件进行有限元计算，在此基础上开发出前 后处理系统。 国外的建筑工程设计基本上是用计算机辅助设计，其中包括一定的智能 化设计。从建筑结构的分析和施工图的绘制，到一个大的工程的全部设计过 程，包括经济分析，都由大、中、小型和微机相结合的c a d 系统来完成， 工程师、建筑师主要从事创造性的研讨方案等工作。 在美国，不仅有s a p s 结构分析程序、e t a b s ( 高层建筑三维分析程序) 和d r a i n 一t a b s ( 三维建筑物弹塑性地震分析程序) 等大型结构分析程序， 并且有用于前后处理图形系统和完成设计制图过程的各种c a d 工作站。 在日本七所大学建立了七个计算中心，这些计算中心为4 0 0 多所大学和 学术性的计算业务服务，其中东京大学计算中心是世界上最大的计算机系统 之一。 一般建筑物或构筑物都要经过规划、设计、施工几个阶段，建成以后则 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 进入维护管理阶段。目前，国外的c a d 技术已经被应用到规划、设计、施 工、维护管理各个阶段中。 1 2 1 建筑业g a d 软件的研究热点 ( 1 ) 集成化技术集成化技术是指在工程设计各阶段和各专业的有关应 用软件间，信息提取、交换、共享和处理的集成。目前建筑业中的c a d 软 件都向集成化方向发展。大多c a d 软件从一个主要专业出发，不断将其它 专业的软件集成进来。现在国际上先进的建筑集成化计算机( c a m ) ) 具有 资料检索、科学计算、绘图与咨询决策等方面的基本功能。建筑集成化计算 机辅助设计系统一直是发达国家开发的中心课题。 ( 2 ) 协同技术协同技术是指在网络技术的支持下，进行处理作业，以工 程项目为核心，使不同地域的“虚拟群体”能及时地共享图形库，数据库、 材料库及一切网上资源。建筑业c a d 系统的协同工作是指在项目实施中， 从组织与管理角度，采用科学的方法和先进的手段对项目的发生、实施到项 目的结束，进行项目决策、资金、进度和质量的动态控制，达到迅速、及时、 准确、全面地反映建设设计的现状，进行及时调整、协调有关的技术及进度， 最终确保项目总目标的最终实现。 ( 3 ) 智能技术智能技术即把具有学习、记忆和推理功能的专家系统运用 于c a d 系统，使系统的性能得到更大的改善，可靠性进一步提高，灵活性 更大，能适应于千变万化的工程设计实际需要。现有建筑c a d 系统大都是 基于算法的c a d 系统，不能帮助设计人员进行方案选择、决策和优化，更 不能对设计作出解释，工作质量较低。因此智能c a d 系统是当今c a d 技术 研究的热点之一。 ( 4 ) 工程数据库在一个集成化系统中不仅存在着大量的原始设计、计算 数据，而且还存在着大量的再生数据，而且还要保存同一工程的不同版本的 设计方案，其数据类型繁多，关系复杂。工程数据库的出现较好地解决了这 一问题。到目前为止，工程数据库管理系统已成为一个良好的c a d 集成化 系统的重要组成部分。 ( 5 ) 参数化设计参数化设计主要的优点是：能够使工程设计人员不需要 考虑设计细节而尽快地草拟平面草图，或某个部件的草图，精确图形由系统 自动生成；可以通过变动某些约束参数而不必运行产品设计的全过程进行更 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 新设计，便于修改设计。由此可知，参数化设计系统与一般绘图系统的根本 区别在于该系统除几何拓扑信息外，还能够表达处理各几何元素之间的约束 关系，更能表达产品的工程属性，使其具有工程语义。这样做可以使得系统 能够大幅度地提高建筑产品的初始设计和更新设计的效率，因此它将成为进 行建筑产品设计的有力工具。 1 22 钢筋工程量统计软件的现状 在建筑业计算机应用中，设计c a d 软件发展较快，水平较高，但工程 概预算软件发展较慢，市场缺口很大。目前各地都有一些概算软件，它们功 能主要限于定额的管理和报表的输出，工程量自动统计功能较差或需要人工 输入工程量，进行四则运算，只相当于一般科学计算器的功能，应用效率不 高。概预算工作中的工程量统计是工程造价分析中工作量最大的一个环节， 大约占全部概预算工作量的7 0 - - 8 0 。钢筋工程量，在建筑工程中特别是 在钢筋混凝土工程占有十分重要的位置，钢筋用料的统计要占整个工程量统 计工作量的一半以上。统计钢筋工程量是一项十分繁琐的工作，钢筋的造价 较高，并且是结构受力构件的重要组成部份，因此施工下料时要准确无误， 对它的统计一定要精确，不仅要考虑各种弯钩、搭接、锚固的长度，还要考 虑不同的抗震等级、钢筋的级别和直径。【5 l 目前，我国市场上的各种概预算软件中有一些软件具有抽钢筋的功能， 如建研院的p k p m 系列中的s t a t 软件，该软件的钢筋统计依赖软件内部数 据库中的参数进行。由于这些c a d 系统本身的图形编辑功能较差，生成的 施工图往往需要转入a u t o c a d 中进行细部设计和修改，且修改后的图形和 数据不能返回原系统，因此依据系统数据库得到的钢筋信息是不准确的，只 能作造价估算的依据。其次，很多设计人员偏向直接使用a u t o c a d 绘图。 因此直接针对具有a u t o c a d 格式的旌工图软件的开发才能解决任何c a d 系 统中生成图形的钢筋信息的自动处理问题，也是目前钢筋工程量计算软件的 发展趋势。 另外，如四川的鹏业、上海的神机妙算钢筋自动计算软件等，也具有抽 钢筋的功能，它们都是基于传统的构件平面图的基础上进行的，都提供了常 见的构件配筋平面图模板，也可以由用户更改个别钢筋或重新定义钢筋类型。 这些软件计算过程相当复杂，需要对每种钢筋的类型和长度信息进行具体的 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 定义，还需要人工读图由计算机进行长度计算。更为重要的是，它不能满足 “平法”施工图的要求。 1 3 本文的选题 1 3 1 本系统开发的现实意义 在工程设计领域，工程师从事的设计可分为创造性设计和重复性设计两 部分。随着c a d 技术的不断发展和日益成熟，计算机不但已取代手工绘图 和结构计算，而且还替代工程技术人员从事大量的重复性设计，使工程师能 将主要精力放在创造设计工作上。为与国际先进建设设计方法接轨，促进我 国结构设计的现代化，建设部推广实施了新的制图标准“混凝土结构施工图 平面整体表示方法”( 简称”平法”) 。 2 】该方法使设计速度大大加快，效率提 高，图纸量减少三分之二以上，从而实现了结构设计的高效率、高质量和低 消耗。但同时，由于结构施工图的简化，使工程技术人员的读图难度增大。 技术人员必须按照“平法”规则读施工图并结合标准构造图集的规定才能得 到准确的钢筋信息。尤其是占工程造价比重较大的钢筋工程量计算以及影响 施工质量和进度的钢筋下料单的提取问题更为突出。 “平法”施工图钢筋表的自动生成与统计系统能够自动识别出“平法” 施工图中的参数，并根据识别出的参数由计算机计算各类钢筋的下料长度， 并与参数化图库相匹配形成钢筋下料单表，最后自动统计出所有钢筋的用量。 具体的讲，本系统开发有下列应用前景： ( 1 ) 设计单位概预算人员编制施工图预算，作为工程投资、工程拨款的依 据，需要及时、准确的计算钢筋工程量。 ( 2 ) 施工单位编制标底报价、现场施工员进行下料、工程结算，需要及时、 准确的计算钢筋用量。 ( 3 ) 建设单位及监理单位迫切需要钢筋工程量计算软件来及时、准确、客 观地反映建筑产品的实际价格。 因此，“平法”旌工图钢筋表白动生成与统计系统将过去由手工计算钢筋 下料长度和人工统计汇总钢筋工程量这两项最烦琐的工作改为由计算机自动 生成与统计出来，因此对缩短工程造价分析时间、提高工程造价的准确性、 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 加快工程施工进度、提高施工质量有重大的现实意义。而将施工图的信息经 过加工，直接用于造价分析和施工下料等工作，体现了建设工程全过程信息 的集成，信息的集成是工程c a d 技术的发展趋势之一。 1 32 本论文的工作 钢筋用量的统计是建筑工程施工和概预算工作的一个重要环节，要花费 熟练工程师大量细致的读图和计算工作。计算机自动读图、自动计算钢筋用 量已成为建筑业技术改造的重要目标之一；钢筋的自动识别与统计问题已经 引起计算机领域专家和学者的关注，有些学者对此问题也进行了初步的探讨， 但尚未研究开发出能很好满足工程单位使用的商品化软件。“平法”的推行使 钢筋的表达方式发生了很大的变化，钢筋的统计工作更加繁琐。为满足日益 加重的工程建设任务的需要，并受四川省计算机应用基础项目的支持，本文 对“平法”施工图框架柱钢筋表白动生成与统计系统进行了研究。 本论文是在描述钢筋信息的特征参数己被自动识别出来的基础上，采用 基于特征的建模方法，建立框架柱钢筋信息表达模型和钢筋信息参数化图库， 并对钢筋信息的统计输出进行了研究。具体内容为： 1 、对“平法”施工图中框架柱钢筋信息的注写规则进行深入的分析和 研究，对完整反映框架柱钢筋的各类信息表达特点进行归纳，在此基础上利 用面向对象的程序设计方法及c + + 语言建立描述框架柱钢筋所有信息的表达 模型； 2 、钢筋信息参数化图库的研制“平法”施工图中各类构件中钢筋的几何 信息是一种抽象的以参数表达的信息，影响参数由图中钢筋的标注信息和标 准构造详图中的构造要求确定。本文通过对框架柱钢筋信息的影响参数和构 造要求的研究，建立框架柱钢筋几何信息的参数化图库。 3 、基于标准构造详图的数据库研究本文针对“平法”构造详图中的数 据、图形、构造要求进行研究，运用数据库的知识详细表达其中的内容，以 便系统可直接利用数据库中的数据。 4 、钢筋工程量统计表处理系统利用o d b c 技术读取识别模块识别的 钢筋信息，经过处理后系统生成的钢筋统计信息又存入数据库，利用数据库 的统计、汇总功能，达到在v c + + 6 0 编程环境下进行钢筋工程量的统计和汇 总工作的目的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章“平法”施工图框架柱钢筋信息表达特点 2 1 柱“平法”简介 “平法”的表达形式，概括来讲，是把结构构件的尺寸和配筋等，按照 平面整体表示法制图规则，直接表达在各类构件的结构平面布置图上，再与 标准构造详图相配合，即构成一套新型完整的结构施工图。改变了传统的那 种将构件从结构平面布置图中索引出来，再逐个绘制配筋详图的繁琐方法。 柱平面整体配筋图，系在柱平面布置图上采用列表注写方式或截面注写 方式表达钢筋的配置。柱平面布置图，可采用适当比例单独绘制，也可与剪 力墙平面布置图合并绘制。在柱平法施工图中，应当用表格或其他方式注明 包括地下和地上各层的结构层楼( 地) 面标高、结构层高及相应的结构层号。 列表注写方式，系在柱平面布置图上( 一般只需采用适当比例绘制一张 柱平面布置图，包括框架柱、框支柱、梁上柱和剪力墙上柱) ，分别在同一编 号的柱中选择一个( 有时需要选择几个) 截面标注几何参数代号；在柱表中 注写柱号、柱段起止高、几何尺寸( 含柱截面对轴线的偏心情况) 与配筋的 具体数值，并配以各种柱截面形状及其箍筋类型图的方式，来表达柱平法施 工图。 截面注写方式，系在分标准层绘制的柱平面布置图的柱截面上，分别在 同一编号的柱中选择一个截面，以直接注写截面尺寸和配筋具体数值的方式 来表达柱平法施工图。 2 2 框架柱钢筋信息的表达方式 本节通过实例来分析建筑结构施工图中框架柱钢筋信息的表达方式。柱 平法施工图中，主要包含了以下各类信息：横向轴线编号、纵向轴线编号、 横向轴线间距、纵向轴线间距、各结构层的楼面标高、结构层高及相应的结 构层号、各柱子的布置情况、柱号、几何尺寸( 含柱截面对轴线的偏心情况) 与配筋的具体数值、各种柱截面配筋形状图。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 1 列表注写方式 一、列表注写方式，系在柱平面布置图上，分别在不同编号的柱中各选 择一个( 有时需要选择几个) 截面标注几何参数代号，在柱表中注写几何尺 寸与配筋具体数值，并配以各种柱截面形状及其箍筋类型图的方式来表达柱 平面整体配筋图。 二、柱编号。柱编号由类型代号和序号组成，应符合表2 - 1 的规定。 表2 - 1 柱编号 柱类型代号序号梓类型代号序号 框架柱 k zx x 梁上柱 l zx x 框支柱 k z zx x 剪力墙上柱q z x x 注：当柱的总高、分段截面尺寸和配筋均对应相同，仅分段截面与轴线的关系不 同时，仍可将其编为同一柱号。 三、各段柱的起止标高。自柱根部往上以变截面位置或截面未变但配筋 改变处为界分段注写。框架柱和框支柱的根部标高系指基础顶面标高；梁上 柱的根部标高系指梁顶面标高；剪力墙上柱的根部标高分两种：当柱纵筋锚 固在墙顶部时，其根部标高为墙顶面标高；当柱与剪力墙重叠一层时，其根 部标高为墙顶面往下一层的结构层楼面标高。 四、注写柱截面尺寸b h 及与轴线关系的几何参数代号b l 、b 2 和h 1 、 h 2 的具体数值，需对应于各段柱分别注写。其中b = b 1 + b 2 ，h = h 1 + h 2 。当截面的 某一边收缩变化至与轴线重合或偏到轴线的另一侧时，b 1 、b 2 、h - 、h 2 中的某 项为零或为负值。 对于圆柱，直接用直径d 表示。 五、注写柱纵筋，分角筋、截面b 边中部筋和h 边中部筋三项( 对于采 用对称配筋的矩形截面柱。可仅注写- - n 中部筋，对称边省略不注) 。当为圆 柱时，在注写角筋处注写圆柱的全部纵筋。 六、注写柱箍筋。包括钢筋级别、直径与间距。 当为抗震设计时，用斜线“，”区分柱端箍筋加密区与柱身非加密区长度 范围内箍筋的不同间距。旌工人员须根据标准构造详图的规定，在三种长度 值中取其最大者作为加密区长度。 当箍筋沿柱全高为一种间距时，则不使用“，”线。 当圆柱采用螺旋箍筋时，须在箍筋前加“l ”。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第10 页 当柱纵筋采用搭接连接，且为抗震设计时，应在柱纵筋搭接长度范围内 ( 无论与柱抗震箍筋加密区范围重叠与否) 均应按5 d ( d 为柱纵筋直径) 及1 0 0 的问距加密箍筋。 当为非抗震设计时，在柱纵筋搭接长度范围内的箍筋加密，应由设计者 另行注明。 2 22 截面注写方式 一、截面注写方式，系在分标准层绘制的平面布置图上，分别在不同编 号的柱中各选择一个截面注写截面尺寸和配筋具体数值的方式来表达柱平面 整体配筋图。 二、在柱平面布置图上，从相同编号的柱中选择一个截面，按另一种比 例原位放大绘制柱截面配筋图，并在各配筋图上继其编号后再注写截面尺寸 b h 、角筋或全部纵筋( 当纵筋采用一种直径且能够图示清楚时) 、箍筋的 具体数值( 箍筋的注写方式及对柱纵筋搭接长度范围的箍筋间距要求同上所 述) 并应另行注明，以及在柱截面配筋图上标注柱截面与轴线关系b 、b 2 、 h l 、h 2 的具体数值。 当纵筋采用两种直径时，须再注写截面各边中部筋的具体数值( 对于采 用对称配筋的矩形截面柱，可仅在一侧注写中部筋，对称边省略不注) 。 三、在截面注写方式中，如柱的分段截面尺寸和配筋均相同，仅分段截 面与轴线的关系不同时，可将其编为同一柱号。但此时应在未画配筋的柱截 面上注写该柱截面与轴线关系的具体尺寸。 四、当采用截面注写方式时，可以根据具体情况，在一个柱平面布置图 上加用小括号“( ) ”和尖括号“ ，来区分和表达不同标准层的注写数值。 五、其它，当按规定绘制柱平面布置图时，如果局部区域发生重叠、过 挤现象，可在该区域采用另外一种比例绘制。当柱与填充墙需要拉结时，其 构造详图应由设计者根据墙体材料和规范要求设计绘制。 2 2 3 文字说明 由于结构施工图的表达是通过图形和文字来共同完成。因此在“平法” 施工图中要想获得所有的钢筋信息，往往离不开文字说明。文字说明一方面 用于描述图形难于表达的内容；另一方面工程师为了简化，如果能够说清楚 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 时尽量用文字说明表示。象结构的抗震等级、混凝土的强度等级、构件的环 境条件及对于架立筋和纵向构造钢筋的说明等。 22 4 标准构造详图 由于“平法”施工图是结合标准构造详图来表达的，图中的钢筋标注仅 能表达钢筋的类型、直径、布置的间距等。而钢筋的具体形状和尺寸大小必 须根据相应的构造详图，按照详图中的参数来获得。如保护层厚度、抗震及 非抗震情况下的锚固长度和搭接长度、框架柱纵筋的形状及长度、箍筋加密 区的范围等。 2 3 框架柱钢筋信息特征的提取 只有对框架柱的表达方式进行认真分析，提取其中的钢筋信息特征，才 能正确地用面向对象的方法建立它的表达模型。下面分别从标注信息和构造 要求进行讲述。 2 3 1 标注信息 上一节框架柱的表达方式中提到，框架柱的“平法”表示有列表注写方 式和截面注写方式两种。 下表是柱平面整体配筋图( 局部) 的列表注写形式： 表2 2 柱平面配筋表 柱号标高b x hb lb 2h lh 2角筋b 边中h 边箍筋类型箍筋 部筋中部 筋 一01 3 1 9 4 77 5 0 x 7 0 03 7 53 7 51 5 05 5 04 2 55 2 55 2 5 1 ( 5 4 ) 1 0 - 1 0 0 ， k z l2 0 0 1 9 4 7 3 7 4 76 5 0 x 6 0 03 2 53 2 51 5 04 5 0 4 2 55 2 54 2 2 1 ( 5 4 、 1 0 - 1 0 叫 2 0 0 3 7 4 7 5 90 75 5 0 x 5 0 02 7 52 7 51 5 03 5 04 2 55 2 5 4 2 2 k 5 x 4 1 b 1 0 w 2 0 0 从上表中我们可以得到如下信息： 柱类型和柱编号，类型为框架柱，编号是k z l 。 柱标高，即柱各段起始标高和顶部标高，如一0 1 3 1 9 4 7 。 柱截面尺寸以及柱与轴线的关系，即b h 、b 1 、b 2 、h l 、h 2 。 角筋根数、级别、直径；h 边筋根数、级别、直径；b 边筋根数、级别、 西南交通大学硕士研究生学位论文第l2 页 直径。 箍筋类型，1 ( 5 4 ) 表示类型为1 ，箍筋组合为5 x 4 。箍筋级别、直径、 加密区和非加密区间距。 下图是“平法”施工图中的截面注写方式： k z l 6 5 0 x 6 0 0c5 5 0 x 5 0 0 ) 4 中2 5 ( 4 中2 5 ) ( 己7 5 ( 己7 5 ) 一3 己5 一3 2 5 ( 5 中2 2 ) 5 中巧 品l n v n 厂皿l r 寸 _ ee若 - , - - a m 一_ v 图2 1 上图标注中第一排标注文字“k z l ”表示框架柱的类型和编号；第二排 标注数字“6 5 0 6 0 0 ( 5 5 0 5 0 0 ) ”表示柱截面的宽度和高度；第三排表示 角筋根数、级别、直径：第四排表示箍筋级别、直径、加密区和非加密区间 距；截面上还标注了截面与轴线的关系以及当角筋和中部纵筋的直径不相同 时中部筋的数量、级别和直径。 由上述分析可见，标注信息描述了框架柱材料特征中的钢筋级别；尺寸 特征，如截面尺寸及与轴线的关系、标高等信息；纵筋特征，如纵筋根数、 级别、直径，箍筋级别、直径、加密区和非加密区间距等。 2 3 2 构造要求 “平法”标准图集中对柱拉筋及箍筋弯钩构造、纵筋连接方法( 搭接还 是焊接) 、搭接( 焊接) 长度、箍筋加密区范围等都作了规定。 抗震k z 柱纵向钢筋的连接构造，当纵向钢筋总数为4 根时，可在同一 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 截面连接，多于4 根时，同一截面钢筋的接头数不宜多于总数的5 0 1 0 0 ： 一、二级抗震等级纵向钢筋必须焊接，三、四级抗震等级纵向钢筋当直径 2 2 时可采片i 机械连接或焊接，焊接长度取3 5 d 和5 0 0 m m 较大者；钢筋连接接 头离楼面的距离取h 。、h 。、5 0 0 m m 三者中的最大值，其中h n 为所在楼层 的柱净高，h 。为柱截面长边尺寸。 对于抗震变截面柱，变截面柱纵筋构造要求取决于截面尺寸变化的幅 度，当截面变化较小时( c h b 1 6 ) ，纵筋在节点处截断。其中c 为截面变化幅度，h b 为变截面处 梁高，其它与抗震k z 柱纵向钢筋连接构造相同。 在项层柱中，柱纵筋应锚固在顶层梁内，当柱宽大于梁宽，梁宽范围之 外的柱纵筋无法锚于梁内时，应将这部分纵筋锚入现浇板中，锚固长度应从 板底算起。无法锚入梁内和板内的纵筋应互相焊接。 从上面两部分的分析和归纳中可以看出，框架柱钢筋信息的参数如下： 材料特征：混凝土等级、钢筋级别等； 形状特征：底柱、一般层柱、变截面层、顶层、边柱、角柱、中柱等； 尺寸特征：柱宽、柱高、柱长、梁高、层高、层数等； 纵向钢筋特征：角筋、中部筋、钢筋级别、钢筋根数、钢筋直径等； 施工特征：锚固长度、搭( 焊) 接长度、连接方式、搭接位置等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l4 页 第3 章框架柱钢筋信息表达模型研究 通过第二章对框架柱钢筋信息表达特点的研究，可以看出，要完整地反 映框架柱内钢筋的信息，必须涉及到以下几类参数：( ! ) 材料特征；( 2 ) 形 状特征；( 3 ) 尺寸特征；( 4 ) 纵向钢筋特征；( 5 ) 施工特征等。如何对这些 特征进行表达和处理，是本章所研究的内容。 3 1 面向对象技术 面向对象方法( o o p ) 代表了软件设计和开发的一个重大进展，面向对 象技术不仅是一种程序设计技术，而且是一种设计和构造软件的思维方法。 面向对象技术正逐渐被软件开发者和用户所使用，实践证明，面向对象方法 更有利于程序的复用、扩充和系统的维护。作者着重从以下几个方面阐述面 向对象技术。3 6 1 3 7 】 3 4 】 数据抽象 数据抽象为程序员提供了一种较高级的对数据和为操作数据所需要的算 法的抽象。在传统的高级语言中，算法是一种最重要的抽象机制，对算法的 抽象就是指撇开了过程的实现细节，而仅仅强调了过程完成什么工作，过程 应该如何被使用。对数据的抽象更为基本，所有程序员实际上都享受到数据 抽象的巨大好处，例如在c 语言中，i m 就实现了对整型数的数据抽象。如果 一种语言能够为用户提供数据抽象这种机制，那么我们就可以在程序中实现 模块化和信息隐藏。 所谓模块化就是将一个复杂系统分解为几个自包含实体( 既模块) ，与系 统中一个特定的实体有关的信息保持在该模块内。一个模块是对整个系统结 构的某一部分的完整的描述。模块化的优点是：当需要进行修改或出现问题 时，我们可以立即确定需要在哪些模块上进行。模块化强调了这样一种设计 方法：程序员将问题分解为若干实体进行考虑。 信息隐藏通过将一个模块的细节对用户隐藏起来将抽象级别向前推进一 步。使用信息隐藏，用户必须通过一个受保护的接口访问一个实体，而不能 直接访问诸如数据结构或局部过程等内部细节，这个接口一般由一些操作组 成。通过模块化和信息隐藏，我们就可以很容易地实现对象的封装。信息( 数 据) 隐藏并不是面向对象程序设计所特有的。在结构化程序设计中，数据隐 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 藏是用于模块而不是类。 对象 概念上，对象是正开发的系统中任何被观察到的实体。在构造一个系统 时，我们将分析问题域，对解决这个问题所需要的组件加以刻划。在一个基 于对象的系统中，这些组件被直接以对象来表示。这些对象可以看作一个状 态和一系列可被外部调用的操作方法的一个封装体。 它具有以下基本特征： l 有一个状态 2 有一个名字以区别其它对象 3 有一组操作，每个操作决定对象的一种行为 4 对象的操作可分为两类：一类是自身所承受的操作，另一类是施加于其 它对象的操作 5 对象的状态只能被自身的行为所改变 6 对象之间的消息互相通信，当一个对象要求另一个对象作某种动作时， 它就向另一个对象发送一个消息 7 一个对象的状态可以由多个其它对象的状态构成 由此可见，对象对应于自然存在的实体，刻划了实体的结构特征和行为 特征属性。对象的结构特征是由它的属性表示的，对象的每个操作称为方法， 一个对象的方法构成了其它对象可见的接口，一个对象向另一个对象发送消 息，以激活它的某个方法，对象的每个方法都对应且仅对应一条消息。对象 常常隶属于某一特定的类，并通过对象实例化来创建。 类 类是创建对象的模板，它包含所创建的对象的状态描述和方法的定义。 一旦我们定义了某一特定类，我们就可以通过一种机制来建立一个特定类的 对象，这一机制我们称之为对象实例化。如在c + + 中，假定c b r a c e 是一已定 义了的类，那么我们通过如下方式创建隶属该类的一个k z 对象： c b r a c e k z ； 在实际应用中，其实我们常常基于对象之间关系来建立类。在结构化程 序设计中，为我们提供了描述这种关系的机制，如我们基于某类构造复合类。 复合类描述了对象之间的包含关系。例如在类b 中嵌套类a ，我们称b 为一 复合类，在我们进行对象的组装时，我们常常需要构造复合类。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 继承、类层次 面向对象技术除支持上述嵌套这种机制外，还为我们所提供的另一种更 强大的描述对象之间关系的机制就是继承，从一个类继承定义的新类将继承 这个类的所有方法和属性，它也可以根据需要或对象之间的区别而添加新的 方法和属性。新类称为已有类的予( 超) 类，已存在的那个类称为新类的父 类，子类从已有的类中构造，直到开发出合适的功能为止，结果形成一个类 层次，以这种类层次关系来刻划现实事物也往往易于被人们理解和接受。对 于框架柱，我们可以建立如下框架柱的类层次图： 图3 1 对于上述类层次图进行类构造时，首先基于柱的共性将构造柱类作为基 类，然后派生抗震柱等类，这时其他类就继承了柱类的所有方法和属性。通 过继承，可以使系统具有较强的可读性、提高系统的可维护性和可扩充性， 最重要的一点是可提高代码的复用率、减少程序的冗余。因而对程序的开发 和维护都具有十分重要的意义。现在，面向对象系统的趋势是提供一个以类 层次形式安排的类组成的类库，这些类是一些特定的被认为是有用的数据抽 象而加入到系统中。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 多念性 多态性是面向对象方法的又一重要特性，它是指相同的名字的对象和方 法在不同的场合下表现不同的行为。对若干个对象赋予一个名字，而在类层 次中每一对象对该动作的实现是以适合自己的方式来定义的，这样便具有了 重载函数、重载运算符及动态链接能力，给程序设计带来更大的灵活性。这 里链接是指被调用过程的代码与调用点相链接。对于动态链接来说，链接过 程是在程序的执行过程中动态完成的。通常动态链接是和继承、多态性联系 在一起的，动态链接可减少代码量，提高程序的可扩展性。在一个面向对象 的环境中，多态性实际上可以以两种方式引入： 1 、过子类化在一个特定类上定义的一个方法被自动地定义在它的所 有子类上。 2 、通过重载在一个类层次中不同对象或同一对象的不同方法使用相 同的名字。 面向对象方法 面向对象是一种新的程序设计方法学，也是一种认知方法学，它已广泛 应用于数据库、人工智能、人机界面系统设计等领域。遵循面向对象的思维 模式去分析问题、刻画客观实体更符合人们的思维习惯。 采用面向对象的程序设计方法，首先必须建立面向对象的模型。模型是 为了了解事物作出的一种抽象。抽象是针对目的的，针对不同的目的，同一 事物也就可能存在多种不同的抽象，面向对象的模型建造和设计，是一种围 绕真实世界的概念来组织模型的思维方式，其基本构造是对象。在系统设计 中，对象将数据和行为合并在同一个类中。对象模型描述设计系统的静态结 构，它包括对象属性、操作及与其它对象之间的关系描述。 面向对象的建模大致分为以下几步来完成： 1 分析所要研究的对象，弄清其结构体系，根据功能对该对象加以合适 的分解。 2 对每个对象进行分析，找出其共同的属性，为类的构造作准备。 3 找出各个对象的共同部分，构造基类。 4 由基类派生出所需要的类。 5 编写各类与外部的接口，即公有成员函数。 最后将各部分组合起来，构成所需分析的类。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第18 页 3 2 面向对象的柱类构件钢筋信息表达模型的建立 在进行了“平法”施工图框架柱特征的研究和面向对象技术的研究之后， 就可以采用面向对象的设计方法和基于特征的建模技术建立框架柱钢筋