桩基CAD二次开发——系统分析

1、桩基CAD二次开发系统分析土木工程 楼思展 指导教师 张孟喜摘要 本文采用Visual Basic在AutoCAD平台上对进行桩基设计的二次开发程序设计的系统分析，从AutoCAD二次开发的基本思路和方法，逐步阐述了二次开发中的各个方面。对设计方案进行合理优化，着重对软件的系统分析、系统规划、参数流设计分析，各模块的技术分析和设计要求进行了系统研究。关键词 桩基础设计 CAD二次开发 系统分析 Visual BasicABSTRACTThis paper compiles the computer aided design program for the design of pile foun

2、dation in different conditions by VB 6.0.This program can determine the distribution and the pile of the pile and as well as optimization the design plan.Key word: the design of pile foundation; computer-aided design by VB; system analysis；Visual Basic1 概 述鉴于AutoCAD的二次开发现状、结合大学四年所学的专业知识、本次毕业设计要求和Vis

3、ual Basic技术支持的可行性；选定课题为桩基础设计进行CAD二次开发。本文主要针对桩基CAD二次开发的系统分析，包括桩基设计要求，软件的系统规划,主要参数的确定及其传递分析,软件的模块划分,各模块的技术分析和设计要求,软件的使用说明和具体工程桩基设计算例。2 系统分析与详细设计2.1系统功能说明该系统系在AutoCAD R14的环境下进行桩基础设计的软件，实现桩型的选择、承台选型，桩身的配筋及承台配筋的计算绘图、进行桩基沉降、桩基水平承载力及位移的检算和考虑桩负摩阻力验算,承台的受弯、冲切、受剪、局部受压计算,并具有工程量分析等系列功能。2.2系统输入输出数据流分析输入数据：主控参数,包

4、括：建筑等级、规范选择、上部荷载、地震效应等。地层信息,包括：地面标高、地下水位、土层泊松比、各土层的力学指标等。桩与承台数据，包括：桩长、承台厚、承台距地面距离、承台钢筋和混凝土等级。桩数据，包括：桩根数、桩类型、桩径、 承台钢筋和混凝土等级。输出数据：桩基设计类型库（作为进行桩基设计的累加性资源）。桩基础立面和侧面CAD图形（柱的位置、承台的高度、宽、桩长、桩布置及相应尺寸标注）。承台布置平面CAD图形 （承台的平面尺寸 桩的平面位置及相应尺寸标注）。承台配筋图（承台纵向、横向配筋数量，钢筋型号、间距等）桩配筋构造图（桩纵筋、箍筋、构造筋配置及相应尺寸）。工程量统计：桩和承台的各自砼和钢筋

5、型号和用量。附注：出图的规则的说明（可人工交互）。 2.3 系统分析 系统分析见图2。图 1 桩基础设计流程 图 2 桩基础设计CAD系统分析2.3 界面与菜单设计合理设置控件的大小以达成致性是界面设计中的重要问题之一，Visual Basic供的控件丰富多样，每一种都能被利用，但是，应该拢弃使用较多不同控件的想法，而应当尽量使用协调性强的控件，来选择最适合自己应用程序的特定控件子集。文件菜单： 完成基本的文件操作功能，包括：初始数据的导入、程序的退出。总信息菜单： 实现设计参数（主控参数）的输入、建筑等级、设计规范的选择，荷载信息输入、地震信息输入等功能。地层信息菜单：实现地层基本参数的输入

6、、以及各土层的力学指标的输入。桩、柱、层台信息菜单：实现各自的基本信息的输入。计算菜单：实现单桩设计、软弱下卧层、桩负摩阻力、水平承载力、桩沉降验算，承台和桩身配筋计算。绘图菜单：实现连接AutoCAD，并画出布置图和施工图。帮助菜单：帮助信息和文件。本设计典型菜单、窗体、对话框如图3、图4所示。图 3 桩基础CAD总菜单 图 4 承台设计对话框图 5 AutoCAD平台下桩基础CAD菜单3 桩基设计模块3.1桩基构造要求（）桩身桩身配筋应根据外力的性质与大小，以及工程地质等条件确定。 （1）受水平力的桩 1当单桩桩顶水平力满足公式（1）时，桩身可不配抗弯钢筋。对于高大和较重要的建筑物，宜配置

7、桩顶连接构造筋，伸入桩身35d。 （1） 2当单桩桩顶水平力不满足公式（1）时，应按计算配筋。对于受水平力的一般建筑物和受水平力较小（如七度和七度以下的水平地震力，下同）的高大建筑物的低桩台桩基，当桩的设计直径为3060厘米时，可按配筋率0.400.65（小桩径取高值，大桩径取低值）配筋。 3在地基不致产生整体滑移的情况下，基桩的配筋长度一般采用4.0倍a，当桩长小于4.0倍a时，应通长配筋。对于高桩台桩基或承台底为可液化土层时，桩身配筋长度应加长，加长部分的长度相当于桩露出地面的长度或液化层厚度。 （2）轴向受压桩：当单桩桩顶轴向压力满足公式（2）时可不配抗压钢筋。端承桩的抗压钢筋，应沿桩身

8、通长配置。 （2） （3）抗拔桩：专用抗拔桩一般应通长配筋。因地震力、或膨胀力作用而受拔力的桩，按计算配通长或局部长度的抗拉筋。 （4）桩身混凝土、钢筋和混凝土保护层厚度应符合下列要求： 1混凝土标号，不得低于C15号，水下灌注混凝土时， 不得低于C20号。 2桩身配筋时，对于受水平力的桩，主筋不宜少于610根；对于轴向承压或抗拔桩，主筋不宜少于410根。纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，并尽量减少钢筋接头。水下灌注混凝土桩宜采用光圆钢筋。 3箍筋采用68200300毫米，宜采用螺旋或焊接 式箍筋。抗水平力桩，桩顶箍筋应适当加密。当钢筋笼长度超过4米时，为加强其刚度和整体性，可每隔2米左右设一道焊

9、接加劲箍筋。主筋的混凝土保护层厚度不应小于3厘米，水下灌注混凝土桩，保护层厚度不得小于5厘米。（）承台 承台混凝土与配筋应符合下列要求： （1）混凝土标号宜采用C15C20号。 （2）对于非预应力绑扎骨架钢筋混凝土承台梁，纵向钢筋不宜小于10，箍筋不小于6，板式承台双向配筋不宜小于8200。 （3）承台钢筋的混凝土保护层厚度，一般不小于5厘米。 桩顶与承台的连接应符合下列要求： 1、 桩顶嵌入承台的长度一般不小于5厘米，当有混土垫层时亦不小于5厘米。 2、当桩身配筋时，主筋伸入承台的长度一般不小于30d（d钢筋直径）。当桩顶构造符合上述要求时，除单桩基础和垂直于外力作用平面的单排桩基础外，可按

10、桩顶为固接进行计算。3.2桩基计算（I）桩顶荷载计算 对于一般建筑物和受水平力较小的高大建筑物的低桩台（承台顶面位于地面以下，下同）桩基，按公式（4-3）、公式（4）和公式（5）计算单桩桩顶荷载： 垂直力中心荷载下： （3） 偏心荷载下： （4） 水平力： （5）（）桩基垂直承载力及其验算 单桩的轴向受压容许承载力，应根据单桩垂直静载试验所确定的极限荷载按公式（6）计算： （6） 除根据地基土的强度和变形条件，通过试验或经验计算确定单桩轴向容许承载力外，尚应验算桩身强度。 根据经验公式计算单桩轴向受压容许承载力时，需考虑桩径、土深度、桩型、施工方法和地基土层性质等因素，可按下列公式（7）计算：

11、 （7）（）桩基垂直承载力及其验算 对于受水平力的一般建筑物和受水平力较小的高大建筑物的低桩台桩基，当根据参考资料进行单桩水平静载试验时，可按下列规定验算桩基中单桩的水平承载力。 当桩顶同时受水平力和轴向压力时应按公式（8）、公式（9）进行计算： （8） （9）其单桩容许水平承载力除满足上式外，尚应控制桩顶水平位移在容许范围之内。（）桩身强度和抗裂性验算 桩身强度和承台强度的设计安全系数，按现行钢筋混凝土结构设计规范TJ743采用，验算抗震强度时，设计安全系数采用不考虑地震荷载时数值的80%。（）桩承台的内力计算与强度验算 独立柱桩基承台板的内力按下列公式计算。 （1）多桩矩形承台弯矩计算截面

12、取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），可按公式(10)和公式(11)计算： （10） （11） （2）三桩三角承台弯矩计算截面取在柱边按公式（12）和公式（13）计算： （12） （13） 4 CAD出图模块 参数化绘图，就是将图形的尺寸与一定的设计条件(或约束条件)相关联，即将图形的尺寸看成是“设计条件”的函数 4.1模块主要指标和要求根据上述的桩结构设计需求，作为CAD绘图这一模块，将分成平面图、立面图、侧面图、桩剖面图、桩钢筋构造图、承台钢筋构造图以及工程量明细表。（1）平面图在平面图中要按实际尺寸绘制图形。其中包括一个承台平面，形状矩形；若干个桩平面；进行标注。(2) 立面图

13、在立面图中要按实际尺寸绘制图形。其中包括一个承台立面，形状矩形；一个柱的断立面，一个若干个桩立面；进行标注；进行相关缩放；此外，桩的形状分为矩形，圆形，由于考虑到桩的实际长度，绘制中根据长度进行截断处理。（3）侧面图 侧面图的设计大致与立面图相同，在图中要按实际尺寸绘制图形。其中包括一个承台立面，形状矩形；一个柱的断立面，一个若干个桩立面，进行标注，进行相关缩放；只是相关的参数需要改变。（4）桩剖面图在图中要按实际尺寸绘制图形。其中包括一个柱剖面；一圈箍筋，以及箍筋内的受力筋；进行标注；进行相关缩放。此外，桩的形状分为矩形，圆形。桩中的架立筋数按照规范构造要求。图6 立面图 图7桩钢筋构造图(

14、5)桩钢筋构造图 此次，在该图中要绘制图形。其中包括一个桩身，形状矩形，头为尖；桩身内的加力筋，以及箍筋；进行标注；不做相关缩放。此外，桩的形状分为矩形，圆形，考虑到该图的"通用性"无论是桩头的箍筋配置，还是桩尾的箍筋配置。如图7:5 桩基设计算例l 常规桩基础设计（按国家规范）某10层建筑物建设场地的天然地面标高为3.8m，地下水位标高3m，土层平均泊松比0.4，场地土层物理力学性质如下表：层号土层名称层厚(m)天然重度(kN/m3)Es1-2(MPa) 桩侧极限摩阻力标准值(kPa)桩端端阻力标准值(kPa)k(°)Ck(kPa)1填土1.5202粘土0.61

15、8.94.72516313粘土0.717.83.582311.5244淤泥质粉质粘土717.12.92011125粉质粘土416.71.962311116粉质粘土417.53.122270015157粉质粘土417.63.712480020148粉质粘土2517.63.912590020.513采用天然地基，承载力和变形均布满足要求，决定采用桩基础。试进行桩基础设计（桩型、承载力、地基强度、沉降和内力计算等）。在软件中的具体操作步骤如下：1.选择“总信息”菜单下的“建筑等级”，点击“建筑等级”，选择二级建筑2.选择“总信息”菜单下的“规范选择”，选择国家规范 3. 输入荷载信息，荷载值为上部结

16、构所传3.土层基本参数和各土层的力学指标 4.承台信息5.输入柱信息 6. 计算单桩竖向承载力及桩长确定结果7. 计算桩负摩阻力 8. 计算桩基沉降9. 计算桩身配筋10. 计算水平承载力11. 承台验算和计算承台配筋12. 计算机出图结束语AutoCAD提供了功能强大的二次开发环境以满足用户定制的需求，如何选择二次开发工具应结合工程实际的具体情况进行具体分析，从而使最大限度地满足用户的需求、发挥功能和降低二次开发的系统开销达到完美的统一。在AutoCAD的二次开发过程中，开发者必须熟练掌握AutoCAD的细部构造，灵活运用于AutoCAD。二次开发的语言、在项目开发周期短、对AutoCAD控

17、制要求不十分苛刻且程序需要数据库支撑的情况下，选用VB作为二次开发工具不失为最佳选择。把文件开发与程序开发有机结合起来，同时也应具备扎实的高级语言编程基础，只有这样才能开发出优秀的适合于本行业标准的实用程序。该程序已经在目前的设计中试用，在一定的程度上减轻了设计人员的劳动强度，满足了设计进度的要求，保证了设计质量。已初步显现出良好的社会效益和经济效益。由于技术力量上的限制和时间的仓促，该软件的界面、功能还有待进一步改进。在荷载信息信和各地层物理参数等都是以文件或交互式输入，所以本程序应用工程设计领域的还不太广阔。软件的进一步改进势在必行，在界面完善、计算理论的加深、CAD出图的规范和智能化的修改等方面有待提高。主要参考文献1 胡荣AutuCAD2000开发工具VBA及ActiveX开发指南，人民邮电出版社，19992 王珏用VBA开发AutuCAD2000应用程序，人民邮电出版社，1999.10 3 张国宝AutuCAD2000 VBA开发技术，清华大学出版社，2000.10 4 朱照宏等道路路线CAD, 同济大学出版社, 1998.35 严松宏，张孟喜铁路