Autolisp 辅助设计热力管道固定小室

周彬

（太原市热力公司，山西太原　030012）



Autolisp 辅助设计热力管道固定小室

周彬

（太原市热力公司，山西太原030012）

摘要：为了提高设计工作效率、保证出图质量，针对热力管道固定小室的设计，从独立固定小室计算、结构配筋计算等方面，阐述了利用Autolisp语言实现对数据进行存取和编辑的程序设计，为推广Autolisp辅助设计在热力工程中的应用提供了参考。

关键词：Autolisp，固定小室，热力管道，设计

0　引言

冬季集中供热已成为我国北方城市采暖的主要形式，为了节约能源，保护环境，改善人们生活水平，集中供热成为城市可持续发展的必然要求，而集中供热可以持续并快速发展的重要前提是将工程设计的水平及设计效率放在第一位，使每一项热力工程能够采用先进的技术并使其经济合理。直埋敷设是集中供热发展以来最为常用的方式，它的特点是施工速度快、占地面积小、经济合理、保温效果好，其管道受力分析与计算也相对成熟。但直埋管线中的独立固定小室计算成果都相对较早，发展相对缓慢。独立固定小室是供热管网中重要的固定支撑结构，在供热管网中的一些特殊部位经常采用。独立固定小室设计当中，其受力分析和计算至关重要，它是供热管网设计的基础，是供热系统正常、经济、安全运行的重要保障，其施工质量及其稳定性是关系集中供热正常运行的前提条件。集中供热工程施工周期较为紧张，这就留给设计人员设计时间要求比较紧张，而供热管线的计算量又较大，为了提高设计效率，保证设计出图质量。我们设计院土建室充分利用计算机编写辅助程序，采用了AutoCAD内部用户化CAD系统的Autolisp语言实现对AutoCAD的图形实体和各种参数表的数据进行存取和编辑，使设计和绘图融为一体。

1　概述

管道应力计算的任务是验算管道由于内压，持续外载作用和热胀冷缩及其他位移约束产生的应力，以判断所计算的管道是否安全、经济合理；计算管道在上述荷载作用下对固定点产生的作用力，以提供管道承载力结构的设计数据。供热管道对固定点的作用力计算至关重要，管道对固定点的三种作用力：

1）管道热胀冷缩受约束产生的作用力（地上敷设、管道井室敷设活动支座摩擦力在管道中产生的轴向力；直埋敷设过渡段土壤摩擦力在管道中产生的轴向力；锚固段轴向力等）；

2）内压力产生的不平衡力（固定点两侧管道横截面不对称在内压作用下产生的不平衡力，内压力不平衡按设计压力值计算）；

3）活动端位移产生的作用力（波纹补偿器、弯管补偿器、套筒补偿器的摩擦力、自然补偿器段的弹性力和直埋敷设转角管段升温变形的轴向力等）。

分析了以上作用力后设计固定小室时能够充分考虑其经济合理性，采用手工计算工作量大且准确率不高，这就需要采用Autolisp辅助设计程序精确计算以达到最大优化，以下详细论述墙式固定小室设计、计算、制图步骤。

2　程序运算框架及Autolisp语言编程简介

图1为独立固定小室设计程序运行框架程序。程序的核心是利用Autolisp语言编程，其语法简单：用特殊的变量定义，富有弹性；功能函数强大：其可直接调用执行所有AutoCAD的命令，它拥有大量空置AutoCAD的特殊函数，并可运用所有的AutoCAD系统变量，功能非常强大。对便携环境不挑剔。直译式程序：不再做编译，可以及时了解所编写的程序在AutoCAD中的运行效果。Autolisp语言编程简单容易掌握。通过内部函数调用对AutoCAD进行二次开发，使工程设计与制图融合一体。

图1　独立固定小室设计程序运行框架

3　墙式固定小室设计计算

3.1独立固定小室计算

墙式固定小室为小室本身及挑出底板组成，根据工艺管道专业提供的管道水平推力进行固定小室的抗滑移、抗倾覆验算，目的是使其满足安全使用并在经济合理条件下对结构进行合理优化。

1）抗滑移验算：

式中：Ka——抗滑移系数；

K——被动土压力折减系数，取0. 4～0. 7；

Ep——被动土压力，N；

f1，f2，f3，f4——墙式固定小室底板、侧墙、顶板及管道自重与土壤产生的摩擦力，N；

Ea——主动土压力，N；

T——管道对固定小室固定墙的水平作用力，N。

公式说明：a. K由工程设计人员根据工程实际情况选取；b.被动土压力Ep由式（3）求得；c. f1= 0. 9（固定小室及挑板体积× r混凝土+固定小室及挑板上部土体积×r土）×um，f2=固定小室盖板及挑板上部土重×um，f3= 2×［（rH1+ rH2）×H/2］+［（rH1+ rH3）×H/2］，f4= 10 kN×0. 9；d.主动土压力Ea由式（4）求得；e. T为管道对固定小室侧墙的水平作用力，由工艺管道专业提供。

2）抗倾覆验算：

3）被动土压力：

主动土压力：

式中：Kov——抗倾覆系数；

X1——被动土压力Ep作用点至固定小室底板距离，m；

X2——主动土压力Ea作用点至固定小室底板距离，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——固定小室几何尺寸（宽、厚、高），m；

h1，h2，H——固定小室内顶板、管孔中心与底板和自然地坪间的距离，m；

固定小室顺管线剖面图如图2所示，垂直管线剖面图如图3所示。

图2　固定小室顺管线剖面图

图3　固定小室垂直管线剖面图

4）土与固定小室的摩擦系数。计算固定小室底板、侧墙以及顶板与土壤的摩擦力时，摩擦系数um按照规范中相应土质类别取用。

5）上述参数条件确定后进入由Autolisp语言编程的计算菜单＜独立固定小室无地下水计算对话框＞，参数输入均采用目前最为流行的直观对话框形式，将已知参数条件输入。

对话框截面描述：图4正是我院自主研发的热力工程系列软件之一的固定小室计算程序。参数输入：

a.独立固定小室几何尺寸（长、宽、高、顶板厚度、底板厚度、侧墙厚度、固定墙厚度）；

b.独立固定小室基础底板上覆土厚度；

c.独立固定小室基础底板左边净长、右边净长基础底板宽度；

d.两管水平力、垂直力标准值；

e.两管推力距防滑键高度及其几何尺寸（高、宽）；

f.土的密度、土的摩擦系数、土的摩擦角、被动土压力折减系数）。

参数条件正确输入后点击确定键，此时抗滑移验算、抗倾覆验算结果便计算出来。固定小室稳定性是否满足安全在计算书中一目了然，由于程序采用具有带参数记忆功能的对话框设计，当计算结果不能满足安全条件时可进行部分参数修改来循环试算直到满足结构安全条件为止。

图4　独立固定小室计算程序

3.2固定小室结构配筋计算

通过各专业间密切配合，将管道受力分析结果提供出来，由工艺专业计算后提供给结构专业进行配筋计算。原理为计算得出弯矩值后进行配筋计算。Autolisp程序计算配筋采用面积公式法，结合现行钢筋混凝土设计规范GB 50010—2010中公式：

通过公式即确定钢筋面积As，从而对固定小室进行配筋且完成制图工作固定小室强度及配筋计算应符合现行国家标准GB 50010—2010混凝土结构设计规范的规定）。制作固定墩所用混凝土强度等级不应低于C30抗渗等级P6，钢筋直径不小于8，其间距不大于250 mm。钢筋均采用双层布置，保护层厚度不小于30 mm。

4　绘制固定小室施工图

AutoCAD利用Autolisp语言程序二次开发的主要目的是绘图和图形交互编辑，正因为Autolisp与AutoCAD有简单明了的对接功能，这使得并不具备直接生成图形的函数Autolisp程序有了很好的发展平台，Autolisp程序中可以方便调用AutoCAD的命令，通过这些规定动作来完成所需要的绘图结果。程序编写成功后，通过计算达到安全稳定后，画图步骤简单一目了然：输入绘图比例及绘图基准点即可完美出图了。

5　结语

集中供热工程关系民生，本人深深感到作为一名工程设计工作者，一定要掌握先进的科学技术，解决各种生产中急需解决的问题，这样才能使设计更具有先进性、经济性、合理性和实用性，从而产生很好的社会效益和经济效益。这就需要我们不断创新，利用先进的科学技术来支撑我们的行业创新，通过创新来提高工程设计效率以及计算精度，避免人为计算错误和图面错误，保证图面质量，节约工程施工工期。以此在不断创新和发展的道路上坚实的走下去。

参考文献：

［1］王飞，张建伟，王国伟，等.直埋供热管道工程设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，2014.

［2］吴永进，林美英. AutoCAD完全应用指南Autolisp + DCL + Visual lisp程序设计篇［M］.北京：科学出版社，2009.

［3］GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］.

［4］CJJ 34—2010，J 1047—2010，城镇供热管网设计规范［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

中图分类号：TU955. 3

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0124-03

收稿日期：2016-01-14

作者简介：周彬（1981-），男，工程师