Autolisp 輔助設計熱力管道固定小室

周彬

（太原市熱力公司，山西太原　030012）

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Autolisp 輔助設計熱力管道固定小室

周彬

（太原市熱力公司，山西太原030012）

摘要：為了提高設計工作效率、保證出圖質量，針對熱力管道固定小室的設計，從獨立固定小室計算、結構配筋計算等方面，闡述了利用Autolisp語言實現對數據進行存取和編輯的程序設計，為推廣Autolisp輔助設計在熱力工程中的應用提供了參考。

關鍵詞：Autolisp，固定小室，熱力管道，設計

0　引言

冬季集中供熱已成為我國北方城市采暖的主要形式，為了節約能源，保護環境，改善人們生活水平，集中供熱成為城市可持續發展的必然要求，而集中供熱可以持續并快速發展的重要前提是將工程設計的水平及設計效率放在第一位，使每一項熱力工程能夠采用先進的技術并使其經濟合理。直埋敷設是集中供熱發展以來最為常用的方式，它的特點是施工速度快、占地面積小、經濟合理、保溫效果好，其管道受力分析與計算也相對成熟。但直埋管線中的獨立固定小室計算成果都相對較早，發展相對緩慢。獨立固定小室是供熱管網中重要的固定支撐結構，在供熱管網中的一些特殊部位經常采用。獨立固定小室設計當中，其受力分析和計算至關重要，它是供熱管網設計的基礎，是供熱系統正常、經濟、安全運行的重要保障，其施工質量及其穩定性是關系集中供熱正常運行的前提條件。集中供熱工程施工周期較為緊張，這就留給設計人員設計時間要求比較緊張，而供熱管線的計算量又較大，為了提高設計效率，保證設計出圖質量。我們設計院土建室充分利用計算機編寫輔助程序，采用了AutoCAD內部用戶化CAD系統的Autolisp語言實現對AutoCAD的圖形實體和各種參數表的數據進行存取和編輯，使設計和繪圖融為一體。

1　概述

管道應力計算的任務是驗算管道由于內壓，持續外載作用和熱脹冷縮及其他位移約束產生的應力，以判斷所計算的管道是否安全、經濟合理；計算管道在上述荷載作用下對固定點產生的作用力，以提供管道承載力結構的設計數據。供熱管道對固定點的作用力計算至關重要，管道對固定點的三種作用力：

1）管道熱脹冷縮受約束產生的作用力（地上敷設、管道井室敷設活動支座摩擦力在管道中產生的軸向力；直埋敷設過渡段土壤摩擦力在管道中產生的軸向力；錨固段軸向力等）；

2）內壓力產生的不平衡力（固定點兩側管道橫截面不對稱在內壓作用下產生的不平衡力，內壓力不平衡按設計壓力值計算）；

3）活動端位移產生的作用力（波紋補償器、彎管補償器、套筒補償器的摩擦力、自然補償器段的彈性力和直埋敷設轉角管段升溫變形的軸向力等）。

分析了以上作用力后設計固定小室時能夠充分考慮其經濟合理性，采用手工計算工作量大且準確率不高，這就需要采用Autolisp輔助設計程序精確計算以達到最大優化，以下詳細論述墻式固定小室設計、計算、制圖步驟。

2　程序運算框架及Autolisp語言編程簡介

圖1為獨立固定小室設計程序運行框架程序。程序的核心是利用Autolisp語言編程，其語法簡單：用特殊的變量定義，富有彈性；功能函數強大：其可直接調用執行所有AutoCAD的命令，它擁有大量空置AutoCAD的特殊函數，并可運用所有的AutoCAD系統變量，功能非常強大。對便攜環境不挑剔。直譯式程序：不再做編譯，可以及時了解所編寫的程序在AutoCAD中的運行效果。Autolisp語言編程簡單容易掌握。通過內部函數調用對AutoCAD進行二次開發，使工程設計與制圖融合一體。

圖1　獨立固定小室設計程序運行框架

3　墻式固定小室設計計算

3.1獨立固定小室計算

墻式固定小室為小室本身及挑出底板組成，根據工藝管道專業提供的管道水平推力進行固定小室的抗滑移、抗傾覆驗算，目的是使其滿足安全使用并在經濟合理條件下對結構進行合理優化。

1）抗滑移驗算：

式中：Ka——抗滑移系數；

K——被動土壓力折減系數，取0. 4～0. 7；

Ep——被動土壓力，N；

f1，f2，f3，f4——墻式固定小室底板、側墻、頂板及管道自重與土壤產生的摩擦力，N；

Ea——主動土壓力，N；

T——管道對固定小室固定墻的水平作用力，N。

公式說明：a. K由工程設計人員根據工程實際情況選??；b.被動土壓力Ep由式（3）求得；c. f1= 0. 9（固定小室及挑板體積× r混凝土+固定小室及挑板上部土體積×r土）×um，f2=固定小室蓋板及挑板上部土重×um，f3= 2×［（rH1+ rH2）×H/2］+［（rH1+ rH3）×H/2］，f4= 10 kN×0. 9；d.主動土壓力Ea由式（4）求得；e. T為管道對固定小室側墻的水平作用力，由工藝管道專業提供。

2）抗傾覆驗算：

3）被動土壓力：

主動土壓力：

式中：Kov——抗傾覆系數；

X1——被動土壓力Ep作用點至固定小室底板距離，m；

X2——主動土壓力Ea作用點至固定小室底板距離，m；

G1——固定小室混凝土自重，N；

G2——固定小室上部覆土自重，N；

G3——管道自重，N；

b，d，h——固定小室幾何尺寸（寬、厚、高），m；

h1，h2，H——固定小室內頂板、管孔中心與底板和自然地坪間的距離，m；

固定小室順管線剖面圖如圖2所示，垂直管線剖面圖如圖3所示。

圖2　固定小室順管線剖面圖

圖3　固定小室垂直管線剖面圖

4）土與固定小室的摩擦系數。計算固定小室底板、側墻以及頂板與土壤的摩擦力時，摩擦系數um按照規范中相應土質類別取用。

5）上述參數條件確定后進入由Autolisp語言編程的計算菜單＜獨立固定小室無地下水計算對話框＞，參數輸入均采用目前最為流行的直觀對話框形式，將已知參數條件輸入。

對話框截面描述：圖4正是我院自主研發的熱力工程系列軟件之一的固定小室計算程序。參數輸入：

a.獨立固定小室幾何尺寸（長、寬、高、頂板厚度、底板厚度、側墻厚度、固定墻厚度）；

b.獨立固定小室基礎底板上覆土厚度；

c.獨立固定小室基礎底板左邊凈長、右邊凈長基礎底板寬度；

d.兩管水平力、垂直力標準值；

e.兩管推力距防滑鍵高度及其幾何尺寸（高、寬）；

f.土的密度、土的摩擦系數、土的摩擦角、被動土壓力折減系數）。

參數條件正確輸入后點擊確定鍵，此時抗滑移驗算、抗傾覆驗算結果便計算出來。固定小室穩定性是否滿足安全在計算書中一目了然，由于程序采用具有帶參數記憶功能的對話框設計，當計算結果不能滿足安全條件時可進行部分參數修改來循環試算直到滿足結構安全條件為止。

圖4　獨立固定小室計算程序

3.2固定小室結構配筋計算

通過各專業間密切配合，將管道受力分析結果提供出來，由工藝專業計算后提供給結構專業進行配筋計算。原理為計算得出彎矩值后進行配筋計算。Autolisp程序計算配筋采用面積公式法，結合現行鋼筋混凝土設計規范GB 50010—2010中公式：

通過公式即確定鋼筋面積As，從而對固定小室進行配筋且完成制圖工作固定小室強度及配筋計算應符合現行國家標準GB 50010—2010混凝土結構設計規范的規定）。制作固定墩所用混凝土強度等級不應低于C30抗滲等級P6，鋼筋直徑不小于8，其間距不大于250 mm。鋼筋均采用雙層布置，保護層厚度不小于30 mm。

4　繪制固定小室施工圖

AutoCAD利用Autolisp語言程序二次開發的主要目的是繪圖和圖形交互編輯，正因為Autolisp與AutoCAD有簡單明了的對接功能，這使得并不具備直接生成圖形的函數Autolisp程序有了很好的發展平臺，Autolisp程序中可以方便調用AutoCAD的命令，通過這些規定動作來完成所需要的繪圖結果。程序編寫成功后，通過計算達到安全穩定后，畫圖步驟簡單一目了然：輸入繪圖比例及繪圖基準點即可完美出圖了。

5　結語

集中供熱工程關系民生，本人深深感到作為一名工程設計工作者，一定要掌握先進的科學技術，解決各種生產中急需解決的問題，這樣才能使設計更具有先進性、經濟性、合理性和實用性，從而產生很好的社會效益和經濟效益。這就需要我們不斷創新，利用先進的科學技術來支撐我們的行業創新，通過創新來提高工程設計效率以及計算精度，避免人為計算錯誤和圖面錯誤，保證圖面質量，節約工程施工工期。以此在不斷創新和發展的道路上堅實的走下去。

參考文獻：

［1］王飛，張建偉，王國偉，等.直埋供熱管道工程設計［M］.北京：中國建筑工業出版社，2014.

［2］吳永進，林美英. AutoCAD完全應用指南Autolisp + DCL + Visual lisp程序設計篇［M］.北京：科學出版社，2009.

［3］GB 50010—2010，混凝土結構設計規范［S］.

［4］CJJ 34—2010，J 1047—2010，城鎮供熱管網設計規范［S］.

The small fixed rood design of thermal pipeline with the help of Autolisp

Zhou Bin
（Taiyuan Thermal Company，Taiyuan 030012，China）

Abstract：In order to improve design efficiency and guarantee plot quality，in light of small fixed rood design of thermal pipeline，starting from aspects of independent small fixed room computation and structural reinforcement computation，describes data storage and editing program design by applying Autolisp language，which has provided some guidance for promoting the application Autolisp aided design in thermal engineering. Key words：Autolisp，small fixed room，thermal pipeline，design

中圖分類號：TU955. 3

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0124-03

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：周彬（1981-），男，工程師