专利名称：三维结构设计体系及其使用方法和用于计算机的记录媒体的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有楼板、墙和天花板的混凝土的三维结构设计体系，及其用于设计该三维结构的方法，还涉及易于由计算机读取的记录媒体，该记录媒体记录有使计算机运行该方法的程序。本发明尤其涉及一种三维结构设计体系，该体系能够显著地缩短结构设计的工期，并在开始运用立方体设计混凝土三维结构和并结合用量的计算，从而得到精确的设计图纸和结构的用量。
一般地，在设计混凝土三维结构中，设计者应客户的要求，向二维CAD体系输入基本设计图纸，并应客户的要求，用二维CAD体系及手绘图准备结构的详细设计图纸，从已准备好的图纸中读取和进行每种用量的计算。另外，当修改设计时，在改变由二维CAD设计体系准备好的地面信息后，都要把每种用量再计算一遍。然后用二维CAD体系准备图纸，使用者用眼睛读取计算值并将其转录到另外一张纸上以进行总结算。
但是使用这种方法存在以下问题二维CAD绘图中的数字数据没有考虑用量的计算，并且二维CAD绘图中显示的数值与用量的计算不同。在一些情况下，计算得到的模板用量不精确，从而需要相当长的时间核对数值并改正错误的数值。尤其是当与客户磋商需改变设计时，需要大范围的更改工作，如更改CAD图纸，进行用量的数值的再计算。这样便造成设计造价的提高，延迟设计工期，用量的计算结果不近人意，其结果是失去客户的信任。另外，需要相当的经验和勇气才能核查正规结构设计。还需要大量的时间和劳力准备递交给客户的没有错误的设计成品。
由此，本发明的目的是提供一种三维设计体系及其使用方法，将从基本设计步骤中选取的混凝土结构作为三维立方体，在改变设计时能够减轻设计者的负担，尽可能地作充足的研究，另外在完成结构设计后可自动得到用量的计算值，能够与其它设计专业共享文件，并能够防止在设计中出现错误。
在根据权利要求1至4的本发明中，可以由三维结构设计体系及其方法达到上述目的，该体系包括数据输入装置，用于输入对应于混凝土三维结构整体的结构数据；三维结构数据搜索装置，用于根据输入的混凝土三维结构的数据，搜索构件之间部分的数据和构件之间连接的数据，并检查构件之间冲突的部分，通过对相抵触的构件进行检查而对齐构件，自动调整相互交叠的构件，搜索作为符合混凝土结构数据的已输入的构件数据；主体用量搜索装置，用于计算混凝土结构的混凝土、模板和木料的用量；结果显示装置，用于显示和输出每个装置的搜索结果，如总计页数等。
另外，在根据权利要求2至5的本发明中，通过三维结构设计体系及其方法能够达到上述目的，该体系包括土工绘图输入装置，用于输入如土质数据和钻孔标准表面的倾斜度的数据等，在用混凝土结构数据建造混凝土结构时，自动计算钻入地面的用量和在埋入地下部分处回填土的剩余用量；
土工用量搜索装置，用于通过以三维方式显示钻孔表面，以从土工绘图输入装置得到的数据中搜索钻入地面的用量，将钻孔表面分成立方柱、立方锥、三角锥和圆锥及圆台以计算其体积，并通过根据权利要求1中混凝土结构的外部构形和输入的数据，搜索埋入地面的混凝土结构的体积，从而搜索钻入地面的用量、剩余土的用量和埋入地面的用量。
另外，在根据权利要求3和6的本发明中，可以由三维结构设计体系及其方法达到上述目的，该体系包括钢筋数据输入装置，用于输入钢筋的数量和权利要求1中每个混凝土结构构件必需的钢筋的配置方法；钢筋用量的搜索装置，用于搜索钢筋的形状，一个钢筋的长度和所有构件所需钢筋的数量，此时已根据上述方法得到的信息在该所有构件中配置了钢筋，并且该搜索装置还用于根据钢筋数据的搜索结果列出弯矩，并且计算混凝土结构所需的钢筋直径和数量及所有钢筋的重量。
根据权利要求7的记录媒体是可由计算机使用的操作媒体，将权利要求4至6所述方法记录在由计算机运行的程序中，运行可由计算机读取的程序，从而使计算机使用该记录媒体。
以此方式，本发明的优点在于提供三维结构设计体系及其使用方法，并具有可由计算机读取的记录媒体和记录在其中的允许计算机执行该方法的程序，上述体系使混凝土结构设计具有可靠性，在短时间内精确并简便地进行用量的计算，而在输入数据过程中不需具有专业的知识和经验，在设计变更中的灵活操作，减轻混凝土结构设计中的负担。
下面参照附图描述本发明的三维结构设计体系及其使用方法。
图1为解释根据本发明三维结构设计体系的结构的块示图。
图2为解释根据本发明三维结构设计体系的结构的模式图。
图3为根据本发明一个实施例，用于设计混凝土结构的流程图。
图4为三维结构设计体系中元素的模式图。
图5为块基本形状的示意图。
图6为示出了构件树的示意图。
图7为生成设计文件的流程图。
图8为评估流程图。
图9为钢筋配置的流程图。
图10为根据本发明由三维结构设计体系准备的设计文件的输出图纸。
如图2所示，三维结构设计体系基本包括与中心处理系统相连的处理系统(计算机)1及存储器，该存储器为由内存储器构成的RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)，含有硬盘的附加磁盘2，光电磁磁盘等，含有键盘等的输入装置3，如含有CRT(阳极射线管)和LCD(液晶显示器)的彩色显示器或类似装置的显示器4，含有打印机、绘图仪等的输出装置5。
上述附加磁盘2存储处理每个程序所需的每种程序和每种数据，该程序使处理系统作为数据输入装置，三维结构数据搜索装置，主体用量搜索装置，土工绘图输入装置，土工用量搜索装置，钢筋数据输入装置，钢筋用量搜索装置和搜索结果显示装置等。
例如，当程序将处理系统1作为三维结构数据设计装置时，存储三维结构数据搜索装置的程序，以搜索结构的三维数据并识别信息之间的连接数据，而且通过信息之间的抵触结果自动判断信息的连接部分，并调整构件的长度和宽度。
另外，当程序使处理系统1作为三维结构数据识别装置时，存储主体用量搜索装置的程序，以确定由程序搜索所有混凝土结构的规格，每个构件的体积和表面积，与根据其它构件数据得到的构件分离的空间体积。
另外，上述附加磁盘2存储了整个混凝土结构的构形和构件用量计算的结果，每种该程序和数据记录在记录媒体上，如FD(软盘)，CD-ROM(光盘只读存储器)等，从而可以通过读取装置将程序和数据读取到附加磁盘2中。另外，该程序和数据也可以通过从上述输入装置3直接输入程序和数据而存储在附加磁盘2中。
随后，处理系统1可以根据附加磁盘2中存储的程序和数据，分析混凝土结构的结构数据，并自动计算混凝土、模板、木料的用量，得到与设计图纸上用量符合的结果。
另外，处理系统1具有根据从输入装置3输入的混凝土结构的每个数据，识别每个构件尺寸和构件之间关系的功能，并能够搜索整个混凝土结构的组成构件和构件之间的接触表面。尤其是，处理系统1可以识别混凝土结构每个构件坐标，并搜索与其它构件接触部分的面积。
另外，处理系统1具有土工绘图输入装置，以输入土质数据，混凝土结构和地面标高之间的关系，土工数据，如钻孔表面的倾斜度。该处理系统1还具有土工用量搜索装置，以根据输入的土工数据搜索钻入地面的用量，并从上述混凝土结构数据和地面标高数据中搜索结构埋入地下的体积用量。这里，将搜索到的土量作为剩余土量，处理系统1还具有确定结构埋入地下体用量的功能。
另外，处理系统1包括钢筋数据输入装置，以通过输入装置3输入混凝土结构每个构件所需钢筋数据。该处理系统1还包括钢筋用量搜索装置以根据钢筋数据搜索钢筋件的长度、形状、数量和重量。另外，处理系统1具有在显示装置4上显示和输出混凝土结构的三维模式绘图的功能。另外，读取装置能够根据读取存储在附加磁盘2中的用于读取的程序，通过处理系统1从存储在附加磁盘2中记录媒体，如FD,CD-ROM等读取媒体。
本发明的记录媒体是如FD,CD-ROM等的记录媒体，在其中记录程序以使三维结构设计体系(计算机)作为上述数据输入装置，三维结构数据搜索装置，主体用量搜索装置，土工绘图输入装置，土工用量搜索装置，钢筋数据输入装置，包含设计图纸准备工作的钢筋用量搜索装置，和用于显示其结果的结果显示器。
下面描述使用方法的最佳实施例，该方法用于用三维结构设计体系中搜索混凝土的结构用量和搜索土工及钢筋的用量。
图3为示出了用三维结构设计体系设计混凝土结构主要流程的流程图。
在本实施例的三维结构设计体系中，开始时输入混凝土结构的构件数据(步骤A)，根据输入的混凝土结构数据，搜索混凝土结构的三维模式(步骤B)，根据每个三维模式构件的尺寸和构件之间的连接数据，搜索已搜索到的混凝土结构三维模式的用量(步骤C)。
随后，通过输入根据混凝土三维模式的土工图纸，搜索土工用量(步骤D)，然后根据混凝土结构的三维模式，绘出任意截面图(步骤E)。另外，根据混凝土的三维模式和对钢筋的处理输入每个构件所需的钢筋直径和数量，并搜索钢筋用量以显示作为结果的混凝土结构的设计数据(步骤F)。
通过显示所要求的指令，如输入整个主体，并根据该指令操作输入装置，输入混凝土结构的数据(步骤A)。如在每个步骤中输入柱、墙、梁、板和拱的尺寸外，还输入底板构件尺寸的混凝土结构数据，墙的位置和尺寸的数据和楼板上洞口的数据。
这样，通过输入混凝土结构的数据，便根据数据准备好了混凝土结构的三维模式(步骤B)。另外搜索构件数据和混凝土结构的连接数据，还搜索每个构件的混凝土，模板和木料的用量(步骤C)。
输入的结构数据明确地分成图4所示的各元素。线段、圆和多边形为简单元素。这是元素的最小集合。大量这些简单元素的集合为复杂元素。例如，当输入矩形平行六面体时，上表面、底面的矩形和连接每个顶角的线段总和形成了复杂元素，即实体元素。作为基本形状，输入以下四种基本形状而形成实体①矩形平行六面体，②柱体，③圆柱体和④三棱柱。图6示出了这种构件和生成树。另外如图7所示，完成输入数据(步骤A)之后，搜索邻接的构件(步骤A2)，从而得到搜索到的构件(步骤A3)。在所获得的构件数据基础上，各个构件彼此发生冲突(步骤A4)，改变负构件的形状(步骤A5)，设置其属性(步骤A6)，生成设计文件(步骤A7)。通过准备包含每个构件连接状态的构件数据(表1)，进行上述构件数据文件的设计。其内容包括四部分<基本数据>，<构件数据>，<斜面数据>和<连接数据>。该<构件数据>，<斜面数据>和<连接数据>形成树结构。
表1 <基本数据>贯穿整体设计的数据<构件数据>构成中心构件的构件体系的数据。
<构件形状数据>和<连接数据>起源于此<构件形状数据>分成两组并且其中至少一组存在于<构件数据>中的构件形状数据<连接数据>构件的每个斜面的连接数据向每个斜面提供构件的所连接的斜面数量<斜面数据>存储斜面的形状当准备好混凝土结构的设计文件时，从如图8所示的评估流程图中可以确定用量的计算。当确定出土量、钻孔表面的倾斜度和地面标高(地表面的高度)时，便搜索到钻入的形状和钻入的用量。并且，根据剩余土和填入土的搜索用量确定出混凝土结构埋入的体积，即混凝土的地下部分。另外，还需要准备平面图和剖面图(步骤E)。当输入构件的钢筋直径和数量时，在确定了构件的连接数据之间的关系后搜索钢筋的形状和长度(步骤F)。
图9为钢筋的配置图和计算用量的流程图。根据混凝土的设计文件(步骤F1)，输入每个构件的钢筋数据并保证输入正确(步骤F2)。然后准备钢筋的配置图纸并说明钢筋的数据(步骤F3)。另外，根据钢筋的数据准备钢筋加工表。图10、表2、表3和表4都示出了三维结构设计体系的模式图和输出形式的实施例。
表2构件数据[S3(楼板)]构件ID1 20构件形状横穿(板)构件构件ID2 0构件号 3洞口(0:NO 1:Be) 00结构构件1建筑构件xy z(x坐标，y坐标，z坐标)13.7111.253.8028.5111.253.8038.5111.254.0043.7111.254.0053.7113.963.8063.7111.253.8073.7111.254.0083.7113.964.00参数
=4 80参数[1]=2.70参数[2]=0.20参数[3]=0.00参数[4]=4.00■斜面数目10个斜面·斜面型号ID1(多边形)斜面1的模板计算xy z(x坐标，y坐标，z坐标)18.5111.253.8023.7111.253.8033.7113.753.8043.9113.753.8053.9113.963.8068.3113.963.8078.3113.753.8088.5113.753.80·斜面型号ID1(多边形)斜面0的模板计算xyz(x坐标，y坐标，z坐标)18.5111.254.0023.7111.254.0033.7113.754.0043.9113.754.0053.9113.964.0068.3113.964.0078.3113.754.0088.5113.754.00·斜面型号ID1(多边形)斜面1的模板计算xy z(x坐标，y坐标，z坐标)18.5111.253.8023.7111.253.8033.7111.254.0048.5111.254.00第一连接斜面<B7>(多边形)xy z(x坐标，y坐标，z坐标)13.7111.254.0028.5111.254.0038.5111.253.8043.7111.253.80·斜面型号ID1(多边形)斜面1的模板计算xy z(x坐标，y坐标，z坐标)3.7111.253.8023.7113.753.80
表3
表4总用量列表钢筋混凝土
如上所述，本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨和范围的情况下，可以适当改变三维结构设计体系及其方法，及带有记录方法的记录媒体。例如，该方法可被用于存在两处以上的混凝土结构的情况中。
权利要求
1．用于设计包含楼板、墙和天花板的混凝土结构的三维设计体系，它包括数据输入装置，用于根据结构特征将整体结构分成不同种类的块，如矩形平行六面体，柱体，圆柱体，三棱柱等，以从下面的块中输入结构数据；三维结构数据搜索装置，用于根据每个从数据输入装置输入的块的特征，搜索主要构件与辅助构件之间的冲突结果，根据构件之间的冲突结果通过核查每个块来搜索配置和材料的数据，并形成适当的块的形状，搜索配置和材料的数据，用配置和材料的数据搜索构成整体混凝土结构的各个块之间的连接数据，同时用连接数据搜索交叠部分面积的数据；主体用量搜索装置，用于从三维结构数据搜索装置上的数据计算混凝土结构的每个用量，同时计算每个块的混凝土、模板和木料的用量；结果显示装置，用于显示/输出每个上述装置的搜索结果。
2．根据权利要求1所述的三维结构设计体系，其特征在于它还包括土工绘图输入装置，用于输入如地面标高、土质的数据和开挖的标准表面的倾斜度，以搜索对应于上述混凝土结构的开挖表面，该土工绘图输入装置还用于搜索开挖土的量和由此得到的任意截面形状，并搜索混凝土结构埋入部分的体积；土工用量搜索装置，用于从土工绘图输入装置上的数据搜索回填土的量和剩余土的量。
3．根据权利要求1或2所述的三维结构设计体系，其特征在于它还包括钢筋数据输入装置，用于根据由权利要求1中的体系搜索到的混凝土结构的每个数据，输入每个块的构件所必需的钢筋直径和数量；钢筋用量的搜索装置，用于从钢筋数据输入装置上的钢筋数据，搜索整体混凝土结构或每个块部分中钢筋的构形，如钢筋的长度、数量和重量，并且在所需的截面部分设计图纸。
4．一种用于设计包含楼板、墙和天花板的混凝土三维结构的方法，它包括数据输入步骤根据结构特征将整体结构分成不同种类的块，如矩形平行六面体，柱体，圆柱体，三棱柱等，以从下面的块中输入结构数据；三维结构数据搜索步骤根据每个从数据输入装置输入的块的特征，搜索主要构件与辅助构件之间的冲突结果，根据构件之间的冲突结果通过核查每个块来搜索配置和材料的数据，并形成适当的块的形状，搜索配置和材料的数据，用配置和材料的数据搜索构成整体混凝土结构的各个块之间的连接数据，同时用连接数据搜索交叠部分面积的数据；主体用量搜索步骤从三维结构数据搜索步骤中搜索计算混凝土结构每个用量的数据，同时计算每个块的混凝土、模板和木料的用量；结果显示步骤显示/输出每个步骤的结果。
5．根据权利要求4所述的用于设计三维结构的方法，其特征在于它还包括土工绘图输入步骤输入地面标高、土质的数据，根据由权利要求4所述方法搜索到的混凝土结构的每个数据输入开挖的标准表面的倾斜度，以搜索对应于上述混凝土结构的开挖表面，并搜索开挖土量和任意截面形状，由此搜索混凝土结构埋入部分的体积；土工用量搜索步骤从土工绘图输入步骤中的数据搜索回填土的量和剩余土的量。
6．根据权利要求4或5所述的用于设计三维结构的方法，其特征在于它还包括钢筋数据输入步骤根据用权利要求4的方法搜索到的混凝土结构的每个数据，输入每个块的构件所必需的钢筋直径和数量；钢筋用量的搜索搜索步骤用钢筋数据输入步骤中的钢筋信息，搜索整体混凝土结构或每个块部分中钢筋的构形，如钢筋的长度、数量和重量等。
7．一种可由计算机读取的记录媒体，其特征在于它包括使计算机运行权利要求4至6之一所述方法的程序。
全文摘要
本发明为一种三维结构设计体系及其使用方法,该体系包括:数据输入装置,用于输入整体混凝土三维结构的结构数据;三维结构数据搜索装置,用于根据输入的混凝土三维结构的数据,搜索构件之间和构件之间连接的数据,并检查构件之间冲突的部分,通过对相抵触的构件进行检查而对齐构件,自动调整相互交叠的构件,搜索符合混凝土结构数据的已输入的构件数据;主体用量搜索装置,用于计算混凝土结构的混凝土等的用量;结果显示装置。
文档编号G06F17/50GK1310424SQ0012116
公开日2001年8月29日 申请日期2000年7月28日 优先权日2000年2月21日
发明者菅脩 申请人:奥里诺设计株式会社