1、樁基CAD二次開發(fā)系統(tǒng)分析土木工程 樓思展 指導(dǎo)教師 張孟喜摘要 本文采用Visual Basic在AutoCAD平臺上對進(jìn)行樁基設(shè)計的二次開發(fā)程序設(shè)計的系統(tǒng)分析，從AutoCAD二次開發(fā)的基本思路和方法，逐步闡述了二次開發(fā)中的各個方面。對設(shè)計方案進(jìn)行合理優(yōu)化，著重對軟件的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)規(guī)劃、參數(shù)流設(shè)計分析，各模塊的技術(shù)分析和設(shè)計要求進(jìn)行了系統(tǒng)研究。關(guān)鍵詞 樁基礎(chǔ)設(shè)計 CAD二次開發(fā) 系統(tǒng)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 述鑒于AutoCAD的二次開發(fā)現(xiàn)狀、結(jié)合大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識、本次畢業(yè)設(shè)計要求和Vis

3、ual Basic技術(shù)支持的可行性；選定課題為樁基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行CAD二次開發(fā)。本文主要針對樁基CAD二次開發(fā)的系統(tǒng)分析，包括樁基設(shè)計要求，軟件的系統(tǒng)規(guī)劃,主要參數(shù)的確定及其傳遞分析,軟件的模塊劃分,各模塊的技術(shù)分析和設(shè)計要求,軟件的使用說明和具體工程樁基設(shè)計算例。2 系統(tǒng)分析與詳細(xì)設(shè)計2.1系統(tǒng)功能說明該系統(tǒng)系在AutoCAD R14的環(huán)境下進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計的軟件，實現(xiàn)樁型的選擇、承臺選型，樁身的配筋及承臺配筋的計算繪圖、進(jìn)行樁基沉降、樁基水平承載力及位移的檢算和考慮樁負(fù)摩阻力驗算,承臺的受彎、沖切、受剪、局部受壓計算,并具有工程量分析等系列功能。2.2系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)流分析輸入數(shù)據(jù)：主控參數(shù),包

4、括：建筑等級、規(guī)范選擇、上部荷載、地震效應(yīng)等。地層信息,包括：地面標(biāo)高、地下水位、土層泊松比、各土層的力學(xué)指標(biāo)等。樁與承臺數(shù)據(jù)，包括：樁長、承臺厚、承臺距地面距離、承臺鋼筋和混凝土等級。樁數(shù)據(jù)，包括：樁根數(shù)、樁類型、樁徑、 承臺鋼筋和混凝土等級。輸出數(shù)據(jù)：樁基設(shè)計類型庫（作為進(jìn)行樁基設(shè)計的累加性資源）。樁基礎(chǔ)立面和側(cè)面CAD圖形（柱的位置、承臺的高度、寬、樁長、樁布置及相應(yīng)尺寸標(biāo)注）。承臺布置平面CAD圖形 （承臺的平面尺寸 樁的平面位置及相應(yīng)尺寸標(biāo)注）。承臺配筋圖（承臺縱向、橫向配筋數(shù)量，鋼筋型號、間距等）樁配筋構(gòu)造圖（樁縱筋、箍筋、構(gòu)造筋配置及相應(yīng)尺寸）。工程量統(tǒng)計：樁和承臺的各自砼和鋼筋

5、型號和用量。附注：出圖的規(guī)則的說明（可人工交互）。 2.3 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)分析見圖2。圖 1 樁基礎(chǔ)設(shè)計流程 圖 2 樁基礎(chǔ)設(shè)計CAD系統(tǒng)分析2.3 界面與菜單設(shè)計合理設(shè)置控件的大小以達(dá)成致性是界面設(shè)計中的重要問題之一，Visual Basic供的控件豐富多樣，每一種都能被利用，但是，應(yīng)該攏棄使用較多不同控件的想法，而應(yīng)當(dāng)盡量使用協(xié)調(diào)性強(qiáng)的控件，來選擇最適合自己應(yīng)用程序的特定控件子集。文件菜單： 完成基本的文件操作功能，包括：初始數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、程序的退出。總信息菜單： 實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)（主控參數(shù)）的輸入、建筑等級、設(shè)計規(guī)范的選擇，荷載信息輸入、地震信息輸入等功能。地層信息菜單：實現(xiàn)地層基本參數(shù)的輸入

6、、以及各土層的力學(xué)指標(biāo)的輸入。樁、柱、層臺信息菜單：實現(xiàn)各自的基本信息的輸入。計算菜單：實現(xiàn)單樁設(shè)計、軟弱下臥層、樁負(fù)摩阻力、水平承載力、樁沉降驗算，承臺和樁身配筋計算。繪圖菜單：實現(xiàn)連接AutoCAD，并畫出布置圖和施工圖。幫助菜單：幫助信息和文件。本設(shè)計典型菜單、窗體、對話框如圖3、圖4所示。圖 3 樁基礎(chǔ)CAD總菜單 圖 4 承臺設(shè)計對話框圖 5 AutoCAD平臺下樁基礎(chǔ)CAD菜單3 樁基設(shè)計模塊3.1樁基構(gòu)造要求（）樁身樁身配筋應(yīng)根據(jù)外力的性質(zhì)與大小，以及工程地質(zhì)等條件確定。 （1）受水平力的樁 1當(dāng)單樁樁頂水平力滿足公式（1）時，樁身可不配抗彎鋼筋。對于高大和較重要的建筑物，宜配置

7、樁頂連接構(gòu)造筋，伸入樁身35d。 （1） 2當(dāng)單樁樁頂水平力不滿足公式（1）時，應(yīng)按計算配筋。對于受水平力的一般建筑物和受水平力較小（如七度和七度以下的水平地震力，下同）的高大建筑物的低樁臺樁基，當(dāng)樁的設(shè)計直徑為3060厘米時，可按配筋率0.400.65（小樁徑取高值，大樁徑取低值）配筋。 3在地基不致產(chǎn)生整體滑移的情況下，基樁的配筋長度一般采用4.0倍a，當(dāng)樁長小于4.0倍a時，應(yīng)通長配筋。對于高樁臺樁基或承臺底為可液化土層時，樁身配筋長度應(yīng)加長，加長部分的長度相當(dāng)于樁露出地面的長度或液化層厚度。 （2）軸向受壓樁：當(dāng)單樁樁頂軸向壓力滿足公式（2）時可不配抗壓鋼筋。端承樁的抗壓鋼筋，應(yīng)沿樁身

8、通長配置。 （2） （3）抗拔樁：專用抗拔樁一般應(yīng)通長配筋。因地震力、或膨脹力作用而受拔力的樁，按計算配通長或局部長度的抗拉筋。 （4）樁身混凝土、鋼筋和混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)符合下列要求： 1混凝土標(biāo)號，不得低于C15號，水下灌注混凝土?xí)r， 不得低于C20號。 2樁身配筋時，對于受水平力的樁，主筋不宜少于610根；對于軸向承壓或抗拔樁，主筋不宜少于410根。縱向主筋應(yīng)沿樁身周邊均勻布置，并盡量減少鋼筋接頭。水下灌注混凝土樁宜采用光圓鋼筋。 3箍筋采用68200300毫米，宜采用螺旋或焊接 式箍筋。抗水平力樁，樁頂箍筋應(yīng)適當(dāng)加密。當(dāng)鋼筋籠長度超過4米時，為加強(qiáng)其剛度和整體性，可每隔2米左右設(shè)一道焊

9、接加勁箍筋。主筋的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于3厘米，水下灌注混凝土樁，保護(hù)層厚度不得小于5厘米。（）承臺 承臺混凝土與配筋應(yīng)符合下列要求： （1）混凝土標(biāo)號宜采用C15C20號。 （2）對于非預(yù)應(yīng)力綁扎骨架鋼筋混凝土承臺梁，縱向鋼筋不宜小于10，箍筋不小于6，板式承臺雙向配筋不宜小于8200。 （3）承臺鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，一般不小于5厘米。 樁頂與承臺的連接應(yīng)符合下列要求： 1、 樁頂嵌入承臺的長度一般不小于5厘米，當(dāng)有混土墊層時亦不小于5厘米。 2、當(dāng)樁身配筋時，主筋伸入承臺的長度一般不小于30d（d鋼筋直徑）。當(dāng)樁頂構(gòu)造符合上述要求時，除單樁基礎(chǔ)和垂直于外力作用平面的單排樁基礎(chǔ)外，可按

10、樁頂為固接進(jìn)行計算。3.2樁基計算（I）樁頂荷載計算 對于一般建筑物和受水平力較小的高大建筑物的低樁臺（承臺頂面位于地面以下，下同）樁基，按公式（4-3）、公式（4）和公式（5）計算單樁樁頂荷載： 垂直力中心荷載下： （3） 偏心荷載下： （4） 水平力： （5）（）樁基垂直承載力及其驗算 單樁的軸向受壓容許承載力，應(yīng)根據(jù)單樁垂直靜載試驗所確定的極限荷載按公式（6）計算： （6） 除根據(jù)地基土的強(qiáng)度和變形條件，通過試驗或經(jīng)驗計算確定單樁軸向容許承載力外，尚應(yīng)驗算樁身強(qiáng)度。 根據(jù)經(jīng)驗公式計算單樁軸向受壓容許承載力時，需考慮樁徑、土深度、樁型、施工方法和地基土層性質(zhì)等因素，可按下列公式（7）計算：

11、 （7）（）樁基垂直承載力及其驗算 對于受水平力的一般建筑物和受水平力較小的高大建筑物的低樁臺樁基，當(dāng)根據(jù)參考資料進(jìn)行單樁水平靜載試驗時，可按下列規(guī)定驗算樁基中單樁的水平承載力。 當(dāng)樁頂同時受水平力和軸向壓力時應(yīng)按公式（8）、公式（9）進(jìn)行計算： （8） （9）其單樁容許水平承載力除滿足上式外，尚應(yīng)控制樁頂水平位移在容許范圍之內(nèi)。（）樁身強(qiáng)度和抗裂性驗算 樁身強(qiáng)度和承臺強(qiáng)度的設(shè)計安全系數(shù)，按現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范TJ743采用，驗算抗震強(qiáng)度時，設(shè)計安全系數(shù)采用不考慮地震荷載時數(shù)值的80%。（）樁承臺的內(nèi)力計算與強(qiáng)度驗算 獨立柱樁基承臺板的內(nèi)力按下列公式計算。 （1）多樁矩形承臺彎矩計算截面

12、取在柱邊和承臺高度變化處（杯口外側(cè)或臺階邊緣），可按公式(10)和公式(11)計算： （10） （11） （2）三樁三角承臺彎矩計算截面取在柱邊按公式（12）和公式（13）計算： （12） （13） 4 CAD出圖模塊 參數(shù)化繪圖，就是將圖形的尺寸與一定的設(shè)計條件(或約束條件)相關(guān)聯(lián)，即將圖形的尺寸看成是“設(shè)計條件”的函數(shù) 4.1模塊主要指標(biāo)和要求根據(jù)上述的樁結(jié)構(gòu)設(shè)計需求，作為CAD繪圖這一模塊，將分成平面圖、立面圖、側(cè)面圖、樁剖面圖、樁鋼筋構(gòu)造圖、承臺鋼筋構(gòu)造圖以及工程量明細(xì)表。（1）平面圖在平面圖中要按實際尺寸繪制圖形。其中包括一個承臺平面，形狀矩形；若干個樁平面；進(jìn)行標(biāo)注。(2) 立面圖

13、在立面圖中要按實際尺寸繪制圖形。其中包括一個承臺立面，形狀矩形；一個柱的斷立面，一個若干個樁立面；進(jìn)行標(biāo)注；進(jìn)行相關(guān)縮放；此外，樁的形狀分為矩形，圓形，由于考慮到樁的實際長度，繪制中根據(jù)長度進(jìn)行截斷處理。（3）側(cè)面圖 側(cè)面圖的設(shè)計大致與立面圖相同，在圖中要按實際尺寸繪制圖形。其中包括一個承臺立面，形狀矩形；一個柱的斷立面，一個若干個樁立面，進(jìn)行標(biāo)注，進(jìn)行相關(guān)縮放；只是相關(guān)的參數(shù)需要改變。（4）樁剖面圖在圖中要按實際尺寸繪制圖形。其中包括一個柱剖面；一圈箍筋，以及箍筋內(nèi)的受力筋；進(jìn)行標(biāo)注；進(jìn)行相關(guān)縮放。此外，樁的形狀分為矩形，圓形。樁中的架立筋數(shù)按照規(guī)范構(gòu)造要求。圖6 立面圖 圖7樁鋼筋構(gòu)造圖(

14、5)樁鋼筋構(gòu)造圖 此次，在該圖中要繪制圖形。其中包括一個樁身，形狀矩形，頭為尖；樁身內(nèi)的加力筋，以及箍筋；進(jìn)行標(biāo)注；不做相關(guān)縮放。此外，樁的形狀分為矩形，圓形，考慮到該圖的"通用性"無論是樁頭的箍筋配置，還是樁尾的箍筋配置。如圖7:5 樁基設(shè)計算例l 常規(guī)樁基礎(chǔ)設(shè)計（按國家規(guī)范）某10層建筑物建設(shè)場地的天然地面標(biāo)高為3.8m，地下水位標(biāo)高3m，土層平均泊松比0.4，場地土層物理力學(xué)性質(zhì)如下表：層號土層名稱層厚(m)天然重度(kN/m3)Es1-2(MPa) 樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)樁端端阻力標(biāo)準(zhǔn)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淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土717.12.92011125粉質(zhì)粘土416.71.962311116粉質(zhì)粘土417.53.122270015157粉質(zhì)粘土417.63.712480020148粉質(zhì)粘土2517.63.912590020.513采用天然地基，承載力和變形均布滿足要求，決定采用樁基礎(chǔ)。試進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計（樁型、承載力、地基強(qiáng)度、沉降和內(nèi)力計算等）。在軟件中的具體操作步驟如下：1.選擇“總信息”菜單下的“建筑等級”，點擊“建筑等級”，選擇二級建筑2.選擇“總信息”菜單下的“規(guī)范選擇”，選擇國家規(guī)范 3. 輸入荷載信息，荷載值為上部結(jié)

16、構(gòu)所傳3.土層基本參數(shù)和各土層的力學(xué)指標(biāo) 4.承臺信息5.輸入柱信息 6. 計算單樁豎向承載力及樁長確定結(jié)果7. 計算樁負(fù)摩阻力 8. 計算樁基沉降9. 計算樁身配筋10. 計算水平承載力11. 承臺驗算和計算承臺配筋12. 計算機(jī)出圖結(jié)束語AutoCAD提供了功能強(qiáng)大的二次開發(fā)環(huán)境以滿足用戶定制的需求，如何選擇二次開發(fā)工具應(yīng)結(jié)合工程實際的具體情況進(jìn)行具體分析，從而使最大限度地滿足用戶的需求、發(fā)揮功能和降低二次開發(fā)的系統(tǒng)開銷達(dá)到完美的統(tǒng)一。在AutoCAD的二次開發(fā)過程中，開發(fā)者必須熟練掌握AutoCAD的細(xì)部構(gòu)造，靈活運用于AutoCAD。二次開發(fā)的語言、在項目開發(fā)周期短、對AutoCAD控

17、制要求不十分苛刻且程序需要數(shù)據(jù)庫支撐的情況下，選用VB作為二次開發(fā)工具不失為最佳選擇。把文件開發(fā)與程序開發(fā)有機(jī)結(jié)合起來，同時也應(yīng)具備扎實的高級語言編程基礎(chǔ)，只有這樣才能開發(fā)出優(yōu)秀的適合于本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實用程序。該程序已經(jīng)在目前的設(shè)計中試用，在一定的程度上減輕了設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，滿足了設(shè)計進(jìn)度的要求，保證了設(shè)計質(zhì)量。已初步顯現(xiàn)出良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于技術(shù)力量上的限制和時間的倉促，該軟件的界面、功能還有待進(jìn)一步改進(jìn)。在荷載信息信和各地層物理參數(shù)等都是以文件或交互式輸入，所以本程序應(yīng)用工程設(shè)計領(lǐng)域的還不太廣闊。軟件的進(jìn)一步改進(jìn)勢在必行，在界面完善、計算理論的加深、CAD出圖的規(guī)范和智能化的修改等方面有待提高。主要參考文獻(xiàn)1 胡榮AutuCAD2000開發(fā)工具VBA及ActiveX開發(fā)指南，人民郵電出版社，19992 王玨用VBA開發(fā)AutuCAD2000應(yīng)用程序，人民郵電出版社，1999.10 3 張國寶AutuCAD2000 VBA開發(fā)技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2000.10 4 朱照宏等道路路線CAD, 同濟(jì)大學(xué)出版社, 1998.35 嚴(yán)松宏，張孟喜鐵路