一種高位收水冷卻塔中央豎井設計方法與流程

2023-05-26 09:23:06 3

本發明涉及冷卻塔技術領域，特別是一種高位收水冷卻塔中央豎井設計方法。

背景技術：

高位收水自然通風冷卻塔(以下簡稱高位塔)是火力發電廠、核電發電廠溼冷機組及化工行業冷卻系統用的大型冷卻建(構)築物。根據國家節能減排、低碳經濟的要求，具有明顯節能、降噪優勢的高位塔具有廣闊的應用前景，尤其是對電價高及電源緊缺的地區，高位塔的優勢更加明顯。

高位收水冷卻塔中央豎井區域是整個淋水架構中最為複雜的。豎井底部與壓力溝相連，上部與配水槽（熱水槽）相連，下部被集水槽（冷水槽）環繞，頂部有控制配水系統的6個閘門，同時必要時通過4個溢流井將豎井內的水引入豎井外圍的集水槽。

中央豎井由梁、板、柱等構件組成的複雜結構。中央豎井外圍為集水槽，沿集水槽縱向布置暗框架，暗框架頂梁上擱置單層配水槽，暗框架沿高度方向從上至下一定間距設置拉梁。暗框架與集水槽側壁形成一個整體，共同受力。中央豎井零米以下設井座，與壓力進水溝相連。豎井井筒下部與壓力進水溝相連，上部沿四個方向分別設單孔和雙孔配水槽，四周設環形配水槽，井筒外圍設4個溢流井。井筒頂部設檢修平臺。

bim((buildinginformationmodel)作為一種新興的建築模型設計方法，其具有直觀性、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點，這些特點使得bim技術逐漸取代傳統的二維設計技術。在國內外的建築行業，特別是複雜單體建築中，bim技術已經有了一定的應用，但在工業領域如火電廠、化工廠等，bim技術的應用還相對比較滯後。

就目前現狀而言，實現bim技術的軟體平臺已經有多種可供選擇，如autodesk公司的revit軟體、bentley公司的microstation平臺、dassualtsystems公司的catia軟體、graphisoft公司的archicad軟體等等，這些軟體平臺都有自身的優勢和特點。出於各種原因（如通用性、操作友好性和價格等）的考慮，目前業內普遍採用autodesk公司的revit軟體來進行bim三維建模。

傳統的二維設計技術下，無法如三維模型那樣直觀。由於無法直觀考慮各構件之間空間關係，常常需要工程師具備豐富的空間想像能力，只能通過投影、剖切方式以二維圖形式來表達；同時後期審圖、施工等環節又需要工程師通過二維圖逆向轉換形成空間三維模型。傳統二維設計技術對工程師要求高，同時容易出錯，碰撞時有發生。傳統二維技術中平面圖和立面圖屬於相對割裂的兩個部分，無法做到聯動修改，在設計過程中，若設計局部調整時，需要同時對平面圖和立面圖進行修改，工作量巨大，同時容易出錯。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供了一種高位收水冷卻塔中央豎井設計方法。

本發明採用的技術方案如下：一種高位塔中央豎井三維設計方法，包括下述步驟：s1：在bim軟體創建中央豎井模型；s2：提取模型數據，形成有限元模型；s3：進行內力計算；s4：進行結構設計計算；s5：進行結構設計校驗，判斷是否滿足混凝土結構設計規範要求，若為是，則至步驟s6，若為否，則修改中央豎井模型中配筋信息或構件截面信息後，返回至步驟s2；s6：生成三維鋼筋模型；s7：生成圖紙和材料統計報表。

進一步的，所述步驟s1中，創建中央豎井模型的具體過程包括：s11：在bim軟體中創建中央豎井模型；s12：在模型中布置埋件、埋管、孔洞等附件；s13：輸入中央豎井各構件的力學參數；s14：在模型中添加荷載信息，所述荷載包括風荷載、檢修荷載、設備荷載、水壓力、土壓力、重力作用、地震作用；s15：輸入荷載組合工況信息。

進一步的，所述步驟s11中，創建中央豎井模型有2種方法：（1）在bim軟體中創建中央豎井族文件，通過修改族參數完成中央豎井模型的創建；（2）在bim軟體中以搭積木方式完成中央豎井模型的創建。

進一步的，所述步驟s2中，生成有限元模型的具體過程包括：s21：提取步驟s11所創建的中央豎井模型的幾何信息，生成數據文件，所述幾何信息包括構件的長、寬、高、半徑等尺寸信息及位置信息；s22：提取步驟s13所述各構件的力學參數，生成數據文件；s23：提取步驟s14所述荷載信息，生成數據文件；s24：提取步驟s15所述荷載組合工況信息，生成數據文件；s25：提取邊界條件，生成數據文件；s26：將上述數據文件生成有限元模型。

進一步的，所述步驟s26中，生成有限元模型有2種方法：（1）在通用有限元軟體中以命令流方式加載生成；（2）生成符合通用有限元軟體格式要求的數據文件。

進一步的，所述步驟s3中，內力計算的具體過程包括：s31：採用有限元軟體進行內力分析，計算出中央豎井各構件不同荷載工況組合下的內力，所述內力包括軸力、剪力和彎矩；s32：提取上述內力信息，寫入bim軟體，添加至各構件屬性信息中。

進一步的，所述步驟s4中，所述結構設計計算指在bim軟體中提取步驟s3中的內力並根據混凝土結構設計規範承載力極限狀態計算，得出中央豎井各構件的鋼筋布置信息。

進一步的，所述步驟s5中，結構設計校驗的具體過程包括：s51：在bim軟體中提取步驟s4的鋼筋布置信息並按混凝土結構設計規範要求進行正常使用極限狀態驗算，包括中央豎井各構件裂縫和撓度；s52：若滿足混凝土結構設計規範要求，則至步驟s55；s53：若不滿足混凝土結構設計規範要求，修改鋼筋布置信息，並返回至步驟s51；s54：若仍不滿足混凝土結構設計規範要求，在bim軟體修改相應構件截面信息，並返回至步驟s3；s55：按混凝土結構設計規範構造要求計算各構件的拉結筋、分布筋，至步驟s6。

進一步的，所述步驟s6中，生成三維實體鋼筋模型的具體過程包括：s61：根據鋼筋布置信息，所述鋼筋布置信息包括鋼筋的等級、直徑、形狀、間距、長度、數量，調用bim軟體鋼筋族生成三維實體鋼筋模型，所述三維實體鋼筋包括受力筋、分布筋、腰筋、箍筋和拉結筋；s62：對鋼筋進行歸併、統計，生成鋼筋表；

進一步的，所述步驟s7中，生成圖紙和報表的子步驟包括：s71：在指定位置自動添加剖面，形成剖面圖；s72：在剖面圖中自動添加標註、文字說明信息；s73：自動生成鋼筋圖，添加鋼筋表；s74：統計混凝土、鋼筋、埋管、埋件數量，形成材料報表；s75：對圖中數字、文字等信息進行校核、確認，完成設計。

與現有技術相比，採用上述技術方案的有益效果為：（1）可在交互式界面完成bim模型的創建，亦可通過參數化形式自動完成bim模型的創建；（2）自動完成有限元模型的創建和內力的計算，並可將內力計算結果返回至bim平臺；（2）自動完成結構設計，並按規範要求進行驗算；（3）自動完成鋼筋模型的創建，自動進行鋼筋歸併、編號，自動生成鋼筋統計表；（4）自動完成施工圖的繪製和材料統計表的生成，，避免大量重複的工作，可以極大的提高結構計算和設計的效率；（5）相比於傳統的二維設計技術，本發明簡化了設計流程，減少了數據的傳遞，更直觀、高效、準確，提高冷高位塔中央豎井設計的效率和質量。

附圖說明

圖1是本發明高位塔中央豎井三維設計方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

由於目前所存在的不足，本發明提供一種高位塔中央豎井三維設計方法，該方法結合bim技術特點，在bim平臺完成模型創建後，可自動提取數據生成通用有限元模型用於內力計算，也可將內力計算結果返回至bim平臺，自動完成結構設計、圖紙繪製和材料報表的統計等工作，整個過程實現數據傳遞無縫傳遞，設計全過程可視化，可提高設計成果的質量，減少冷卻塔的設計的時間和成本。本發明提出針對高位塔中央豎井的設計方法，該方法同樣適用於冷卻塔中集水槽、配水槽、壓力進水溝等複雜構件物的設計。

如圖1所示提供了一種冷卻塔中央豎井三維設計方法流程圖，在本實施例中採用revit作為bim設計軟體，採用c#作為二次開發的工具，採用ansys作為通用有限元軟體。一種高位塔中央豎井三維設計方法，包括下述步驟：s1：在revit軟體創建中央豎井模型；s2：提取模型數據，形成有限元模型；s3：進行內力計算；s4：進行結構設計計算；s5：進行結構設計校驗，判斷是否滿足混凝土結構設計規範要求，若為是，則至步驟s6，若為否，則修改中央豎井模型中配筋信息或構件截面信息後，返回至步驟s2；s6：生成三維鋼筋模型；s7：生成圖紙和材料統計報表。

所述步驟s1是創建中央豎井模型的過程，其具體過程包括：s11：在revit軟體中創建中央豎井模型；s12：在模型中布置埋件、埋管、孔洞等附件；其中，埋件、埋管、孔洞均以族文件形式加載；s13：輸入中央豎井各構件的力學參數；其中，力學參數包括各構件的容重、彈性模量、泊松比等；s14：在模型中添加荷載信息，所述荷載包括風荷載、檢修荷載、設備荷載、水壓力、土壓力、重力作用、地震作用；s15：輸入荷載組合工況信息。所述步驟s13-s15中，程序自動設定各參數，各參數均設置初始值，可結合具體工程對上述參數進行增加、修改和刪除操作。

所述步驟s11中，創建中央豎井模型有2種方法：（1）在revit軟體中創建中央豎井族文件，通過修改族參數完成中央豎井模型的創建；（2）在revit軟體中以搭積木方式完成中央豎井模型的創建。

所述步驟s2中，生成有限元模型的具體過程包括：s21：提取步驟s11所創建的中央豎井模型的幾何信息，生成數據文件，所述幾何信息包括構件的長、寬、高、半徑等尺寸信息及位置信息；s22：提取步驟s13所述各構件的力學參數，生成數據文件；s23：提取步驟s14所述荷載信息，生成數據文件；s24：提取步驟s15所述荷載組合工況信息，生成數據文件；s25：提取邊界條件，生成數據文件；其中，所述數據文件指參數化設計語言(apdl)命令流文件，apdl是ansys命令程序語言，遵循fortran語言語法規則，所述命令流文件以宏(mac)方式融於一個文本文件中；所述命令流文件內容包括以下幾步：a、創建單元類型，定義參數；b、定義材料參數並賦值；c、創建模型；d、劃分單元；e、施加荷載；f、設置荷載組合工況；g、設置邊界條件；s26：將上述數據文件生成有限元模型。所述步驟s2的具體過程是通過revit軟體平臺二次開發後程序自動實現的，基於上述步驟s21-s26，revit軟體平臺二次開發過程為本技術領域的現有技術。所述步驟2中有限元模型已完成有限元網格的劃分，同時包括邊界條件、荷載以及荷載組合工況信息；所述有限元模型單元可以採用實體單元（solid65）組成，亦可採用梁單元（beam188）和殼單元（shell181）組成。

所述步驟s26中，生成有限元模型有2種方法：（1）在通用有限元軟體中以命令流方式加載生成；（2）生成符合通用有限元軟體格式要求的數據文件。

所述步驟s3中，內力計算的具體過程包括：s31：採用有限元軟體進行內力分析，計算出中央豎井各構件不同荷載工況組合下的內力，所述內力包括軸力、剪力和彎矩；s32：提取上述內力信息，寫入revit軟體，添加至各構件屬性信息中。所述步驟s3的具體過程均通過在revit平臺進行二次開發，基於上述步驟s31-s32，所述二次開發過程為本領域現有技術，生成apdl命令流文件後自動調用ansys程序，通過/input命令讀入上述文件並執行來實現。

所述步驟s4中，所述結構設計計算指在revit軟體中提取步驟s3中的內力並根據混凝土結構設計規範（gb50010-2010）承載力極限狀態計算，得出中央豎井各構件的鋼筋布置信息。

所述步驟s5中，結構設計校驗的具體過程包括：s51：在revit軟體中提取步驟s4的鋼筋布置信息並按混凝土結構設計規範要求進行正常使用極限狀態驗算，包括中央豎井各構件的裂縫和撓度；s52：若滿足混凝土結構設計規範要求，則至步驟s55；s53：若不滿足混凝土結構設計規範要求，修改鋼筋布置信息，並返回至步驟s51；s54：若仍不滿足混凝土結構設計規範要求，在revit軟體修改相應構件截面信息，並返回至步驟s3；s55：按混凝土結構設計規範構造要求計算各構件的拉結筋、分布筋，至步驟s6。

所述步驟s6中，生成三維實體鋼筋模型的具體過程包括：s61：根據鋼筋布置信息，所述鋼筋布置信息包括鋼筋的等級、直徑、形狀、間距、長度、數量，調用revit鋼筋系統族生成三維實體鋼筋模型，所述三維實體鋼筋包括受力筋、分布筋、腰筋、箍筋和拉結筋；s62：對鋼筋進行歸併、統計，生成鋼筋表。

所述步驟s7中，生成圖紙和報表的子步驟包括：s71：在指定位置自動添加剖面，形成剖面圖；s72：在剖面圖中自動添加標註、文字說明信息；s73：自動生成鋼筋圖，添加鋼筋表；s74：統計混凝土、鋼筋、埋管、埋件數量，形成材料報表；s75：對圖中數字、文字等信息進行校核、確認，完成設計。

本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領域技術人員，在不脫離本發明的精神所做的非實質性改變或改進，都應該屬於本發明權利要求保護的範圍。