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1、第 六 届第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛术 论 坛 清 华清 华 大 学大 学 2 0 0 82 0 0 8 本文为北京市教委科技开发项目资助。作者简介：郭鹏杰(1983)，男，河南安阳人，硕士研究生，从事结构工程研究 (E-mail: gpj-666 ) 砌体结构加固的计算机辅助设计系统 郭鹏杰，邓思华 (.北京建筑工程学院土木与交通工程学院，北京 100044) 摘 要：本文根据砌体结构加固的基本理论、计算分析原理和设计方法，对常用的砌体加固方法进行了分析，对 现有的在工程得到广泛应用的砌体加固方法进行了研究，对设计计算
2、公式进行了整合。研制了用于砌体构件加固 设计的“砌体构件加固设计工具箱”软件系统，包括独具特色的设计计算书自动生成功能。通过对AutoCAD的 二次开发，实现了计算机辅助绘制加固施工图的功能。文中以一幢三层砌体结构房屋为算例，进行了抗震鉴定和 钢筋网砂浆面层法加固设计。工程实践表明：本文所研制的砌体结构加固计算机辅助设计系统可以有效地进行砌 体构件加固设计和分析，并能够对多种加固方案进行分析比较。本文所论述的方法和结论在实际工程中具有一定 的理论意义和实际应用价值。 关键词：计算机辅助设计；砌体结构；加固 CAD for Strengthening Masonry Structures GUO
3、 pengjie, DENG Sihua (Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China) Abstract: Based on the reinforcement of masonry structures basic theory, principles of analysis and design methods, the commonly used method of masonry reinforcement has been analysis, Of the exist
4、ing projects are widely used in the masonry reinforcement methods has been researched, design and calculation formula has been integrated.The software system for the design of reinforced masonry component “The tool kit of strengthening masonry component design “ has been developed, including a uniqu
5、e design and calculation of the automatically generated function. Based on the secondary development of AutoCAD, the function of computer-aided drawing of the reinforcement construction maps has been implementated. In this paper, a three-tier to a masonry structure hausing has been taken for an exam
6、ple, Identification of a seismic and network steel reinforcement with mortar of surface design. Practice shows that: the reinforcement of masonry structure computer-aided design system developed in this paper can effectively carry out reinforcement of masonry component design and analysis, and reinf
7、orcement of a variety of programmes to comparative analysis. The methods and conclusions described in this paper in the actual project has a theoretical significance and practical value. Key words: Computer-aided design; Masonry structure; Reinforcement; 1 引言 不久前发生了汶川特大地震自然灾害,有关专家 做了一些震灾统计,以都江堰为例,砖混
8、住宅结构中轻 微损伤要占总比例 35%，中等破坏要占 27%；混凝土 结构中,基本完好和中等破坏的结构各占 20%和 60%, 多数经过适当加固还可以继续使用,而且多数以前加 固的建筑在灾后保持完好。为合理利用资源,减少不 必要的浪费, 灾后重建的重要工作应该是结构加固。 砌体结构加固计算机辅助设计系统(以下简称 CADSMS 系统)主要是用于对砌体结构及构件进行常 用方法的加固设计，以及对已建砌体墙进行加固前、 加固后的计算分析。该系统面向工程设计，提供了多 种加固方法选择、加固设计计算、自动生成设计计算 书和绘制施工图等功能，符合工程设计需求。 CADSMS 系统是基于 Windows操作
9、系统，采用 Visual Basic语言进行程序设计和 AutoCAD 二次开发 工具 VBA 开发后处理绘图系统。选择 AutoCAD 作为 开发平台，用 AutoCAD VBA作为开发工具进行前后 处理系统的开发，不仅可以实现前后处理的可视化， 而且可以降低开发成本，使开发完成的应用软件具有 较广泛的工程应用前景。 2 系统的组成 一般的软件系统总体上都包括三大部分：前处理 部分、核心计算部分和后处理部分。前处理部分通过 各种可能的方式搜索核心计算所需的数据；核心计算 部分通过计算程序对结构进行内力、变形等效应分 第 六 届第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学全 国 土 木
10、工 程 研 究 生 学 术 论 坛术 论 坛 清 华 大 学清 华 大 学 2 0 0 82 0 0 8 2 / 6 析，并进行设计；后处理部分将各种计算结果尽可能 清楚、准确、全面的呈现给用户。本系统出除了包含 以上三部分外，还增设了工程管理模块和帮助模块， 以便对各类数据进行归类管理及相关规范、规程的查 询。系统组成如图 1 所示。 图 1 CADSMS 系统组成 2.1 前处理模块 本系统的前处理模块分为两种方式，一种是通过 界面上的文本框、表格等直接输入数据，另一种是通 过直接的图形建模来生成数据。系统能有效地存储这 些数据，并利用图形手段查询前处理的结果，以确认 或及时修改。 2.2
11、 核心计算模块 核心计算模块是本系统的核心部分，包括构件加 固设计、结构弹塑性分析。构件加固设计部分主要 有：已建构件的承载力核算，构件加固设计以及对加 固后的构件进行抗震和承载力校核。结构弹塑性分析 部分主要有：在研究砌体本构关系的基础上对已建砌 体墙结构进行加固前和加固后的非线性有限元分析。 对已建砖砌体墙在地震作用下的弹塑性反应进行研 究，分析结构加固前后弹塑性反应的变化，并进行多 种加固方案的比较。 2.3 后处理模块 后处理模块包括核心计算结果查询、设计计算书 编制和施工图绘制三部分。本系统提供了多种结果查 询方式：文本文件和图形显示。文本文件可以查询所 有中间计算结果和最终计算结果
12、；图形显示最终的加 固设计图、施工图、变形图等。设计计算书在系统内 部直接生成，图文并茂，内容详细。 2.4 工程管理模块 对于一个完善的工程 CAD 系统，工程管理是必 不可少的。本系统对每个新建的工程，都自动建立一 系列工程文件，对输入数据、计算数据和结果数据分 类存储，这有利于数据的查询或修改。 2.5 帮助模块 对于一个面向工程设计的 CAD 系统，还应该提 供强大的“帮助”功能，为用户随时提供相关技术资 料，以指导用户更准确的完成设计。 3 工作流程 砌体结构加固设计工具箱的工作流程如图 2 所 示： 图 2 “砌体构件加固设计工具箱”工作流程 4 工程应用实例 例：某三层砖混结构纵
13、墙承重教学楼，层高 3m，屋 盖和楼盖均为预应力混凝土圆孔板，门宽 1m，窗宽 1.8m，采用 MU10烧结普通砖，砌筑砂浆强度等级为 第 六 届第 六 届 全 国 土 木 工 程 研 究 生 学全 国 土 木 工 程 研 究 生 学 术 论 坛术 论 坛 清 华 大 学清 华 大 学 2 0 0 82 0 0 8 3 / 6 M2.5。楼层平均重量 12kN/m2，平剖面见图 3，具体 尺寸见表 1、表 2所示。按建筑抗震设计规范 (GB50011-2001)，该房屋处于 8度区，按类场地进 行抗震鉴定及加固设计。 图 3 三层砖混教学楼平剖面图 4.1 墙加固 经抗震第一级鉴定不满足要求，
14、须进行第二级鉴 定。 体系影响系数，均符合要求 1 1.0 局部影响系数，均符合要求 2 1.0 教学楼为纵墙承重，装配式长向板结构，为中等 刚性楼盖。取横墙为例，加固前自承重的抗震横墙各 层各墙段抗震能力指数计算结果见表 1所示。 表 1 加固前各层各横墙段抗震能力指数计算结果 轴 线 层 数 横墙总面 积 i A(m 2) 建筑总 面积 bi A(m 2) 墙断尺寸 （mm） 墙段 面积 ij A(m 2) 从属面积 bij A(m 2) 砂浆强 度等级 ij ij 1 3 2 1 41.39 41.39 41.39 1090.62 1090.62 1090.62 15.07 0.37 1
15、5.07 0.37 15.07 0.37 5.42 5.42 5.42 25.39 25.39 25.39 M2.5 M2.5 M2.5 0.0354 0.0537 0.0440 1.819 1.199 1.464 2 3 2 1 41.39 41.39 41.39 1090.62 1090.62 1090.62 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 3.02 3.02 3.02 49.73 49.73 49.73 M2.5 M2.5 M2.5 0.0354 0.0537 0.0440 1.319 0.870 1.061 3 3 2 1 41.39 41.39 41
16、.39 1090.62 1090.62 1090.62 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 3.02 3.02 3.02 94.94 94.94 94.94 M2.5 M2.5 M2.5 0.0354 0.0537 0.0440 0.977 0.644 0.786 6 9 3 2 1 41.39 41.39 41.39 1090.62 1090.62 1090.62 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 3.02 3.02 3.02 135.63 135.63 135.63 M2.5 M2.5 M2.5 0.0354 0.0537 0.0440 0.793 0.523 0.638 12 3 2 1 41.39 41.39 41.39 1090.62 1090.62 1090.62 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2 6.3 0.24 2
