用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法

摘要

本发明涉及圆台表面混凝土结构三维钢筋布设方法，目的是为了解决现有技术中尚无在三维圆台表面混凝土结构上直接布置钢筋的方法的问题。本发明提供一种用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法的步骤如下：首先，选择圆台混凝土结构的布筋面，根据圆台混凝土结构的几何拓扑信息及钢筋保护层厚度，确定圆台钢筋布筋引导线。然后，根据圆台钢筋的间距、根数及钢筋保护层厚度，在所述布筋引导线上确定钢筋布筋点及钢筋对象生成的辅助平面。最后，根据钢筋定位点及钢筋端部参数，在所述钢筋布筋点及辅助平面上，生成钢筋轴线，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋对象模型，并对三维钢筋对象赋值钢筋属性数据。本发明适用于混凝土结构钢筋布筋设计。

权利要求

1.用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法，其特征在于，包括如下步骤：A.选择圆台混凝土结构的布筋面，根据圆台混凝土结构的几何拓扑信息及钢筋保护层厚度，确定圆台钢筋布筋引导线；确定圆台钢筋布筋引导线的步骤如下：A1.根据输入的布筋面的几何拓扑信息，在布筋面轮廓上找到任意一段圆弧线，并得到该圆弧线的圆心O、圆弧线所在平面P1以及通过圆心O的平面P1的法线NormalLine；

A2.根据输入布筋面的几何拓扑信息，将布筋面的所有端点都投影到圆弧线所在平面P1，得到点集PointList；

A3.根据步骤A1中的圆弧线圆心O及步骤A2中的点集PointList，计算在点集PointList中距离圆心O最远的端点Pt1；

A4.将步骤A1中的圆弧线圆心O与步骤A3中的端点Pt1连接成直线Line1；

A5.将步骤A 4中的Line1投影到输入的布筋面，得到布筋引导线；

B.根据圆台钢筋的间距、根数及钢筋保护层厚度，在所述布筋引导线上确定钢筋布筋点及钢筋对象生成的辅助平面；

C.根据钢筋定位点及钢筋端部参数，在所述钢筋布筋点及辅助平面上，生成钢筋轴线，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋模型，并对三维钢筋模型赋值钢筋属性数据。

2.如权利要求1所述的用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法，其特征在于，步骤B中，确定钢筋布筋点的方法为：在所述布筋引导线上，获取布筋引导线长度，根据钢筋间距或钢筋数生成若干个钢筋布筋点，所述钢筋布筋点的个数至少为3个。

3.如权利要求2所述的用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法，其特征在于，步骤B中，确定辅助平面的方法为：根据布筋点生成Z轴直线，在布筋点上，生成通过所述Z轴直线的法向平面，所述法向平面为布筋辅助平面。

4.如权利要求3所述的用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法，其特征在于，步骤C中，生成三维钢筋模型的具体方法包括如下步骤：C1.选择一布筋点，计算该布筋点与所述法线NormalLine的距离，该距离作为圆台钢筋的半径R；

C2.在所选择的布筋点所在辅助平面内，以圆台钢筋的半径R为半径，绘制通过所述选择的布筋点的圆弧Arc；

C3.将圆弧Arc投影到布筋面，得到圆台面三维钢筋的轴线；

C4.根据钢筋端部设置弯钩或延长的细部结构参数，生成细部结构的轴线，与步骤C3中的轴线合并成一个整体，作为圆台钢筋的轴线；

C5.调用圆台钢筋模板，生成圆台面三维钢筋对象；

C6.依次处理余下的布筋点，生成全部圆台面三维钢筋模型。

5.如权利要求3所述的用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法，其特征在于，所述钢筋属性包括钢筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、备注信息、布筋引导线、布筋面及钢筋端部方向参考平面。

说明书

用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法

技术领域

[0001] 本发明涉及圆台表面混凝土结构三维钢筋的布设方法。

背景技术

[0002] 圆台表面钢筋是混凝土结构的一种重要三维布筋形式，通常用于圆台面、圆弧面、圆锥面及圆形孔洞等混凝土结构，提高钢筋的快速设计效率，使布筋更均匀，改善混凝土结构的受力性能。圆台表面钢筋与结构边界的筋距离应大于规范要求的保护层厚度。

[0003] 目前钢筋图的绘制方法，大部分是采用二维绘制。圆台表面钢筋，一般是将圆台表面展开，绘制钢筋后再还原到三维模型。对于比较复杂的圆台表面结构，如圆台面结构表面变化、倾斜或平坦、表面被切割、孔洞较多的圆台面，钢筋图绘制和材料分类统计仍由人工完成，将圆台表面展开绘制钢筋时难度较大，设、校、审的工作量极大，难度高且较容易出错。对于结构比较规整的结构，虽然有部分软件可以直接绘制二维圆台钢筋图，但仍然适用范围有限，无法适用各种复杂结构的圆台表面钢筋布置及三维显示、检查、指导施工实践。随着技术的进步，越来越多的设计模型都是三维模型，工程师迫切需要在圆台表面钢筋混凝土结构中，有三维布筋的工具和方法。

[0004] 目前通过手工绘制或现有软件得到的图纸都是二维的，需要经过专业训练、有经验的工程师进行解读，在头脑中重新构建钢筋的三维模型，对于圆台表面钢筋等细部结构，无法详细、真实反映其与结构、其他钢筋的空间位置关系。同时，不同工程师在解读过程中可能存在二义性，这对钢筋图的技术交流和指导施工带来很大的障碍。随着计算机的发展，通过计算机的辅助，工程人员可以根据需要重建钢筋模型，包括圆台表面混凝土钢筋模型，生成逼真的三维钢筋模型，使得基于三维钢筋模型的技术交流更方便、更直观、材料统计更准确。

[0005] 从公开的文献和资料来看，尚未发现在三维圆台表面混凝土结构上直接布置钢筋的软件或方法。由于钢筋三维建模没有现成的专业软件，对钢筋三维建模工作量极大，而且是实体模型，随着钢筋数量、种类的不断增加，不管是对计算内存限制、显示速度，还是建模工作量、难度来说，都是巨大的挑战。特别是圆台混凝土表面变化多端，无法快速批量、快速定位，并快速生成三维模型，以方便后期的校核、审查及材料分类统计，无法满足工程设计的快速、精确的要求，因而开发新的能够高效处理复杂结构的圆台表面三维钢筋的布置和实时显示的方法尤为重要。

发明内容

[0006] 针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法，该方法包括如下步骤：

[0007] A.选择圆台混凝土结构的布筋面，根据圆台混凝土结构的几何拓扑信息及钢筋保护层厚度，确定圆台钢筋布筋引导线；

[0008] B.根据圆台钢筋的间距、根数及钢筋保护层厚度，在所述布筋引导线上确定钢筋布筋点及钢筋对象生成的辅助平面；

[0009] C.根据钢筋定位点及钢筋端部参数，在所述钢筋布筋点及辅助平面上，生成钢筋轴线，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋模型，并对三维钢筋模型赋值钢筋属性数据。

[0010] 具体地，步骤A中，确定圆台钢筋布筋引导线d的步骤如下：

[0011] A1.根据输入的布筋面的几何拓扑信息，在布筋面轮廓上找到任意一段圆弧线，并得到该圆弧线的圆心O、圆弧线所在平面P1以及通过圆心O的平面P1的法线NormalLine；

[0012] A2.根据输入布筋面的几何拓扑信息，将布筋面的所有端点都投影到圆弧线所在平面P1，得到点集PointList；

[0013] A3.根据步骤A1中的圆弧线圆心O及步骤A2中的点集PointList，计算在点集PointList中距离圆心O最远的端点Pt1；

[0014] A4.将步骤A1中的圆弧线圆心O与步骤A3中的端点Pt1连接成直线Line1；

[0015] A5.将步骤A 4中的Line1投影到输入的布筋面，得到布筋引导线。

[0016] 具体地，步骤B中，确定钢筋布筋点的方法为：在所述布筋引导线上，获取布筋引导线长度，根据钢筋间距或钢筋数生成若干个钢筋布筋点，所述钢筋布筋点的个数至少为3个。

[0017] 具体地，步骤B中，确定辅助平面的方法为：根据布筋点生成Z轴直线，在布筋点上，生成通过所述Z轴直线的法向平面，所述法向平面为布筋辅助平面。

[0018] 具体地，步骤C中，生成三维钢筋模型的具体方法包括如下步骤：

[0019] C1.选择一布筋点，计算该布筋点与所述法线NormalLine的距离，该距离作为圆台钢筋的半径R；

[0020] C2.在所选择的布筋点所在辅助平面内，以圆台钢筋的半径R为半径，绘制通过所述选择的布筋点的圆弧Arc；

[0021] C3.将圆弧Arc投影到布筋面，得到圆台面三维钢筋的轴线；

[0022] C4.根据钢筋端部设置弯钩或延长的细部结构参数，生成细部结构的轴线，与步骤C3中的轴线合并成一个整体，作为圆台钢筋的轴线；

[0023] C5.调用圆台钢筋模板，生成圆台面三维钢筋对象；

[0024] C6.依次处理余下的布筋点，生成全部圆台面三维钢筋对象。

[0025] 其中，所述钢筋属性包括钢筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、备注信息、布筋引导线、布筋面及钢筋端部方向参考平面。

[0026] 本发明的有益效果是：由于采用了布筋引导线、布筋点以及由此生成的辅助布筋平面，这样既可根据这些参照准确的显示出圆台表面钢筋的各种情况，直观显示三维布筋结果。这样的建模方式速度较快，还能将圆台表面钢筋信息反映直观、准确地给工程师，提高了工程师工作的效率，其准确的信息也提高了施工进度，同时也避免由于二义性造成施工的缺陷。本发明可以采用拓扑的面模型实现，与采用实体格式的钢筋模型相比，其占用内存和硬盘空间大大减少。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。

[0027] 以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，应当注意的是，实施例仅仅是为了帮助读者更好地理解本发明的技术构思，并不用以限制本发明权利要求的保护范围。

附图说明

[0028] 图1是本发明的用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法流程图；

[0029] 图2是本发明实施例的圆台钢筋的布筋引导线示意图；

[0030] 图3是本发明实施例的圆台钢筋的布筋点示意图；

[0031] 图4是本发明实施例的圆台钢筋的布筋辅助平面示意图；

[0032] 图5是本发明实施例的圆台钢筋三维模型图；

[0033] 图6是本发明实施例的圆台钢筋端部弯钩结构参数图；

[0034] 图中标记为：布筋面1、布筋引导线2，布筋点3，布筋引导线4、布筋辅助平面5，圆台钢筋三维模型6。

具体实施方式

[0035] 本发明针对现有技术中尚无在三维圆台表面混凝土结构上直接布置钢筋的方法的问题，提供一种用于圆台表面混凝土结构的三维布筋方法。如图1所示，该方法的步骤如下：首先，选择圆台混凝土结构的布筋面，根据圆台混凝土结构的几何拓扑信息及钢筋保护层厚度，确定圆台钢筋布筋引导线。然后，根据圆台钢筋的间距、根数及钢筋保护层厚度，在所述布筋引导线上确定钢筋布筋点及钢筋对象生成的辅助平面。最后，根据钢筋定位点及钢筋端部参数，在所述钢筋布筋点及辅助平面上，生成钢筋轴线，调用钢筋模板，根据钢筋模板生成三维钢筋对象模型，并对三维钢筋对象赋值钢筋属性数据。

[0036] 实施例

[0037] 圆台混凝土表面三维钢筋的输入参数主要包括布筋面、钢筋间距及直径、钢筋端部参数。再根据布筋面的几何拓扑信息，计算出布筋引导线。根据钢筋参数，再确定圆台混凝土表面三维钢筋的定位参数主要包括钢筋所在的布筋面的定位点位置，辅助平面。根据圆台钢筋端部参数，确定端部构造。其中确定圆台混凝土表面三维钢筋的布筋引导线、定位点、布筋辅助面、钢筋端部参数是本发明的关键环节。下面结合附图和圆台混凝土表面三维钢筋的布筋步骤对本发明作进一步详细说明。

[0038] 步骤一:确定钢筋引导线

[0039] 确定钢筋引导线的步骤如下：

[0040] A1.根据输入的布筋面1的几何拓扑信息，在布筋面1轮廓上找到任意一段圆弧线，并得到该圆弧线的圆心O、圆弧线所在平面P1以及通过圆心O的平面P1的法线NormalLine；

[0041] A2.根据输入布筋面1的几何拓扑信息，将布筋面1的所有端点都投影到圆弧线所在平面P1，得到点集PointList；

[0042] A3.根据步骤A1中的圆弧线圆心O及步骤A2中的点集PointList，计算在点集PointList中距离圆心O最远的端点Pt1；

[0043] A4.将步骤A1中的圆弧线圆心O与步骤A3中的端点Pt1连接成直线Line1；

[0044] A5.将步骤A 4中的Line1投影到输入的布筋面1，得到布筋引导线2。

[0045] 步骤二:生成布筋点

[0046] 在所述布筋引导线2上，获取布筋引导线长度，根据钢筋间距或钢筋数生成若干个布筋点3，见附图3。

[0047] 步骤三:确定圆台混凝土表面三维钢筋的辅助平面

[0048] 具体实现步骤如下：

[0049] (1)在布筋点3上生成Z轴直线；

[0050] (2)在布筋点3上，生成通过Z轴直线的法向平面，即：布筋辅助平面5，见附图4。

[0051] 步骤四：在圆台钢筋的辅助平面Ω内生成三维钢筋

[0052] 具体实现步骤如下：

[0053] C1.选择一布筋点3，计算该布筋点3与所述法线NormalLine的距离，该距离作为圆台钢筋的半径R；

[0054] C2.在所选择的布筋点3所在辅助平面5内，以圆台钢筋的半径R为半径，绘制通过所述选择的布筋点3的圆弧Arc；

[0055] C3.将圆弧Arc投影到布筋面1，得到圆台面三维钢筋的轴线；

[0056] C4.根据钢筋端部设置弯钩或延长的细部结构参数，生成细部结构的轴线，与步骤C3中的轴线合并成一个整体，作为圆台钢筋的轴线。

[0057] C5.调用圆台钢筋模板，生成圆台面三维钢筋对象，其属性包括钢筋编号、钢筋等级、钢筋型式、钢筋直径、钢筋间距、钢筋长度、钢筋颜色、备注信息、布筋引导线、布筋面、钢筋端部方向参考平面。

[0058] C6.依次处理余下的布筋点，生成全部圆台面三维钢筋模型6。

[0059] 对三维圆台钢筋模型进行轻量化处理，保留最终的拓扑面模型，实现快速预览、实时显示和快速存储。用户可以通过修改圆台钢筋的保护层厚度，间距或根数，可以方便确定合适的圆台钢筋位置。圆台钢筋的端部弯钩细节，通过设置圆弧半径R、角度Deg、延长长度L实现弯沟参数的设置。同时在圆台钢筋平面内，弯钩方向进行对称，切换弯钩到另一侧，见附图6。