D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.06.022 第24卷第6期 北京科技大学学报 Vol.24 No.6 2002年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2002 自动门门区方案计算机辅助设计 万静许纪倩李明刚 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要根据自动门的发展现状及发展趋势，结合实际生产需求，通过工程力学分析，开发了 计算机辅助设计自动门门区方案软件.它优化了设计过程，使用户在开放的数据库环境下进行 设计，提高了效率及工程图质量. 关键词CAD;自动门；门区方案；VBA 分类号TP391.72 自动门的设计生产制造在国内外发展很 有风荷载、自重等；间接作用有温度变化等 快，提高自动门自身性能及改善设计方案的手 温度变化的作用已通过结构设计时，预留合理 段在市场竞争中便显得越来越重要.当前的自 装配间隙来消除自动门中铝合金杆件、玻璃及 动门工程设计，一般还处于人工CAD作图的水 其他钢件的线张系数不一致而导致的玻璃破裂 平上，而实际工程要求前期方案设计能在极短 情况.本文主要研究风荷载作用. 的时间内完成，并能对客户修改要求作出快速 正常功能设计风荷载标准值： 响应.因此有必要探索利用现代CAD技术研制 qr=BoU.UsWo (2) 开发一套适用于自动门门区方案设计的计算机 式中，9为风荷载标准值，Pa;B阵风风压系数， 辅助设计软件 B。=2.25;U,为风压高度变化系数；U为风荷载 体型系数，U-±1.5；W为所在地区基本风压， 1工程力学分析 Pa. 针对自动门门区方案设计中经常涉及的工 以北京地区为例，计算风荷载设计值.查北 京地区的基本风压W。=350Pa,《建筑结构荷载 程力学问题，首先作了理论计算分析，它包括 规范》将地面粗糙度分为A,B,C三类s响，A类指 梁的挠度计算、风荷载计算. 近海海面、海岛、海岸，湖岸及沙漠等；B类指空 1.1梁的挠度计算 Dl 旷田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀少的中 y=384E7 (1) 小城镇和大城市郊区；C类指多层和高层建筑 式中，p为均布载荷，N/mm;E为材料弹性模量， 且房屋比较密集的大城市市区.北京应为C类. N/mm2;l为跨度，mm 由于门区高度一般不超过5m,设高度z为5m. 根据横梁选材的不同，目前可供选择的材 按C类风压高度变化系数U,的定义，计算高度 料有：槽钢、工字钢、角钢及铝方管，由计算机软 z处具体的U,值 件可自动计算相应的惯性矩，再根据横梁的长 度及其上方所受的荷载计算其挠度，以判断在 4=07130 =0.5404, 此挠度下的下沉量是否能满足自动门工程安装 qk=BU,UW。=638.34Pa. 风荷载的设计值q=1.4q.=893.68Pa(注：风荷载 需求. 的荷载分项系数为1.4). 1.2风荷载计算 风荷载的计算是为玻璃强度和刚度校核作 门是建筑物的外围护构件，需要承受外界 施加给它的各种作用.施加在门上的直接作用 准备· 1.3玻璃强度和刚度校核 收稿日期2001-12-24万静女，38岁，副牧授，硕士 自动门工程中，由于门洞处风压很大，如果
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 沁 劝 】 自动门门区方案计算机辅助设计 万 静 许纪倩 李明 刚 北京科技大学机械工程学院 ， 北京 摘 要 根据 自动 门的发展现状及发展趋势 ， 结合实际生产需求 ， 通过工程力学分析 ， 开发 了 计算机辅助设计 自动门 门区方案软件 它优化 了设计过程 ， 使用户在开放的数据库环境下进行 设计 ， 提高了效率及工程 图质量 关键词 自动 门 门区 方案 分 类号 仰 · 自动 门 的设 计 生 产制造 在 国 内外 发 展很 快 ， 提高 自动 门 自身性能及 改善设计方案 的手 段在市场竞争 中便显得越来越重要 当前 的 自 动 门工 程设计 ， 一 般还 处于人工 作图 的水 平上 ， 而 实际工程要求前期方案设计能在极短 的时间 内完成 ， 并 能对客户修改要求作 出快速 响应 因此有必要探索利用现代 技术研制 开发一套适用于 自动 门门区方案设计的计算机 辅助设计软件 工程力学分析 针对 自动 门门区方案设计 中经 常涉及 的工 程力学 问题 日， ， 首先作 了理论计算分析 ， 它包括 梁 的挠度计算 、 风荷载计算 梁的挠度计算 ， 卫 兰 了 石 式 中 ， 为均布载荷 ， 为材料弹性模量 ， ， 为跨度 ， 根据横梁选材 的不 同 ， 目前可供选择 的材 料有 槽钢 、 工字钢 、 角钢及铝方管 ， 由计算机软 件可 自动计算相应 的 质性矩 ， 再根据横梁 的长 度及其上方所受 的荷载计算其挠度 ， 以判 断在 此挠度下 的下沉量是 否能满足 自动 门工程安装 需求 风荷载计算 「是建筑物 的外 围护构件 ， 需要 承受外界 施加 给它 的各种作用 施加在 门上 的直接作用 有风荷载 、 自重等 间接作用 有温度变化等 〔，， 温度变 化 的作用 已通 过结构设计时 ， 预 留合理 装配 间 隙来消除 自动 门 中铝合金杆件 、 玻璃及 其他钢件的线胀系数不一致而导致 的玻璃破裂 情况 本文 主要研究 风荷载作用 正 常功能设计风荷载标 准值 二 凡以 夙 式 中 ， 为风荷载标准值 ， 凡阵风风压 系数 ， 凡 为风压 高度变化系数 为 风荷载 体型 系数 ， 士 眠 为所在地 区基本风压 ， 以北京地 区为例 ， 计算风荷载设计值 查北 京地 区 的基本风压 矶 ， 《建筑结构荷载 规范》将地面粗糙度分为 ， ， 三类 ’， ， 类指 近海海面 、 海 岛 、 海岸 ， 湖岸及沙漠等 类指空 旷 田野 、 乡村 、 丛林 、 丘 陵及房屋 比较稀少 的 中 小城镇 和 大城市郊 区 类指 多层 和 高层建筑 且房屋 比较密集的大城市市区 北京应为 类 由于 门区高度一 般不 超过 ， 设高度 为 按 类 风压高度 变化 系数 的定义 ， 计算高度 处具体 的 值 二 一 · ，，· 陆 。 ‘ 一 · ， ， 收稿 日期 一 万 静 女 ， 岁 ， 副教授 ， 硕士 “ 。 以 矶 风荷载 的设计值 、 注 风荷载 的荷载分项 系数为 风荷载的计算是为玻璃强度和 刚度校核作 准备 玻璃强度和 刚度校核 自动 门工程 中 ， 由于 门洞 处风压很大 ， 如果 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．06．022
670· 北京科技大学学报 2002年第6期 玻璃选用不当，经常会出现玻璃碎裂情况，因此 门，相应的主门节点参数由用户在设计前提供， 有必要进行玻璃强度和刚度校核 计算机在数据库中自动提取.参数还包括边门 选用短边a=927mm,长边b=2007mm,厚t 宽、边门层数、边门角度、玻璃亮子结构、预埋方 =8mm的玻璃，安装方式为有框架安装.玻璃 案等.当用户选择了主门型号后，系统会根据用 强度按式(3)进行校核 户的主门型号及材料进行相应力学分析，检测 a-6ugash (3) 设计的可行性，并给出相应提示 式中，4为弯矩系数，查表得，=01000；q为风 在用户设计完所有参数后，计算机便自动 载荷的设计值，Pa;为材料设计强度值，玻璃 运行程序，生成相应的门区方案图，包括图框、 设计强度值5=28N/mm2.所以o=7.2N/mm2< 尺寸标注，若程序运行过程中判断出用户设计 28N/mm2. 不合理或有致命缺陷，相应提示或修改方案会 由于 给出.图2为由程序运行生成的门区方案图. Ee D=121-万' (4) 参数设置 挠度校核按下式进行： 月g完度U00 片用高度300 f=Vaga D (5) 主行比创0 立性形成方位 式中，4为挠度系数，查表得斯2=0.01013；玻璃 的弹性模量E=0.72×10N/mm;玻璃泊松比y= 主门幼虑3地成 5绝点X水DB3-3场 02;9为风荷载标准值，Pa.所以D=32×10N· mm,f=1.5 mm. 4门线 圆风网 挠度f满足可使用条件，即fa<102,因此 妆数两园厂*通 玻璃强度和刚度均满足要求. 区方案图 (b) 2建模思想 AUtCAD 软件建模覆盖了通用自动门门区方案设计 是否调用图框？ 中所涉及的相关知识点，主要目的是辅助工程 (的) 设计人员利用各种已有的知识库，通过参数设 计，自动完成前期方案设计工作，具体框架结构 如图1所示 参数化建模 方案图设计 工程力学分析 图2系统运行生成的门区方案图 Fig.2 Door porch plan created by the system 立 预埋方案库 标准门类平 面图库 典型节点库 型 4系统特点 该系统是基于AutoCAD20O0下对CAD的 图1软件设计结构图 二次开发，采用工具为AutoCAD2000内嵌的 Fig.1 Structure for software design VBA(Visual Basic Application)m.由于开发工具 是内嵌的，所以运行速度极快，界面也极其友 3系统功能 好.其主要特点如下： (1)引导式的设计过程.软件适用于对门区 系统提供运用自动门门区方案设计的所有 方案设计有基本了解的用户，用户在计算机的 参数的选择或输入，用户可根据需求设计.参数 指导下可顺利完成设计 包括自动门类型（旋转门、平滑门等），并在下拉 (2)优化了设计过程，提高了设计效率.软件 框中区分四翼旋转门、三翼旋转门、两翼旋转 根据实际露求给出一套系统设计方案.另外，软
北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 玻璃选用 不 当 ， 经常会 出现玻璃碎裂情况 ， 因此 有必要进行玻璃强度 和 刚度校核 选用 短边 二 ， 长边 ， 厚 的玻璃 ， 安装方式为 有框架安装 玻璃 强 度按式 进行校核 ， 旦四世之 、 产 “ ” 式 中 ， 班，为弯矩 系数 ， 查表得 树 ， 二 为风 载荷 的设计值 ， 关为材料设计强 度值 ， 玻璃 设计强 度值 关 加 所 以， 加 由于 门 ， 相 应 的主 门节点参数 由用户在设计前提供 ， 计算机在数据库 中 自动提取 参数还包括边 门 宽 、 边 门层数 、 边 门角度 、 玻璃亮子结构 、 预埋方 案等 当用户选择 了主 门型 号后 ， 系统会根据用 户 的 主 门型 号及材料进行相应力学分析 ， 检测 设计 的可行性 ， 并 给 出相应提示 在用 户设计完所有参数后 ， 计算机便 自动 运行程序 ， 生成相 应 的 门区方案 图 ， 包括 图框 、 尺 寸标注 ， 若程序运 行过程 中判断 出用 户设计 不合理或有致命缺陷 ， 相应提示 或修改方案会 给 出 图 为 由程序运行生成 的 门区 方案 图 介一 尹 挠度校核按下 式进行 式 中 ， 必为挠度 系 介 数 ，嚼查表得 必 二 玻璃 的弹性模量 二 护 加 玻璃泊松 比 叮 为风荷载标准值 ， 所 以 · ， 挠度 满足可使用条件 ， 即 尹 “ 一 ， 因此 玻璃强度 和 刚度均满 足要求 建模思想 软件建模覆盖 了通用 自动 门门区方案设计 中所涉及 的相关知识点 ， 主要 目的是辅助 工程 设计人员 利 用 各种 已 有 的知识库 ， 通过参数设 计 ， 自动完成前期方案设计工作 ， 具体框架结构 如 图 所示 参数化建模 方案图设计 卜州工程力学分析 不 ” ” ‘ 认 “ 飞玉石门 阿蕊下〕 卜蔽获菇月卜面 月鱿 祖卜 圈礴丛可月侧 预 埋 方 案 库 图 系 统运行生成 的 门 区 方 案 图 图 软件设计结构 图 系统功能 系统提供运 用 自动 门门区方案设计的所有 参数的选择或输人 ， 用户 可根据需求设计 参数 包括 自动 门类型 旋转 门 、 平滑 门等 ， 并在下 拉 框 中区分 四翼旋转 门 、 三翼旋转 门 、 两翼旋转 系统特点 该系统是基于 下对 的 二次开发 ， 采 用 工具为 内嵌 的 〔，， 由于 开 发工具 是 内嵌 的 ， 所 以运行速度极快 ， 界面也极其友 好 其主要特点如下 引导式 的设计过程 软件适用 于 对 门 区 方案设计有基本 了解 的用户 ， 用 户 在计算机 的 指导 下 可顺利完成设计 优化了设计过程 ， 提高了设计效率 软件 根据实际需求给出一套系统设计方案 另外 ， 软 准标类平门 库立面图 节型库典点 材库型
Vol.24 万静等：自动门门区方案计算机辅助设计 671· 件容错性高，允许用户出错并给出友好提示. 性及可实施性，使设计方案得以优化. (3)独立的数据库.软件中有主门类型和节 点库，用户通过数据库编辑界面便可完成修改、 参考文献 增加、删除等操作，方便灵活 1单祖辉.材料力学.北京：国防工业出版社，1990 (4)用户设计完成后，有相应的打印清单，用 2徐翠微.计算方法引论M.北京：高等教育出版社， 1985 户对自己的设计可一目了然，而且用户随时可 3吴世伟.结构可靠度分析M.北京：人民交通出版 返回修改，重新设计 社，1990 4张相庭.结构风压与风振计算M.上海：同济大学 5结论 出版社，1985 5彭政国，张芹，孟庆范.铝合金玻璃幕墙与玻璃采光 系统根据自动门门区方案设计的需求，设 顶M.北京：中国建筑工业出版社，1996 计了交互性的对话框界面，供用户进行选型和 6张芹.铝合金隐框玻璃幕墙M).成都：西南交通大 输入参数.系统依照用户要求，设计开放式的数 学出版社，1994 据库接口，使得用户在开放的数据库环境下进 7张国宝.AutoCAD2000VBA开发技术M.北京：清 行设计，同时系统对用户的设计方案进行必要 华大学出版社，2000 的力学分析，检测各设计条件，保证设计的合理 Computer-aided Design for Automatic Door Porch Plan Wan Jing,Xu Jiqian,Li Minggang Mechanical Engincering School,UST Beijing 100083,China ABSTRACT According to the current situation and development tendency of automatic doors,and with the demand of practical production,a software about computer-aided design for the automatic door porch plan is provided based on the principle of engineering mechanics.This method can optimize design procedures and upgrade the efficiency and quality of the engineering drawing. KEY WORDS CAD;automatic door;porch plan;VBA
从， 万 静等 自动 门 门区方案计算机 辅助 设计 件容错性高 ， 允许用 户 出错并给 出友好提示 独立 的数据库 软件 中有 主 门类型 和 节 点库 ， 用 户通过数据库编辑界面便可完成修改 、 增加 、 删除等操作 ， 方便灵 活 用户设计完成后 ， 有相应 的打印清单 ， 用 户 对 自己 的设计可 一 目了然 ， 而且用 户 随时可 返 回修改 ， 重新设计 性及可 实施性 ， 使设计方案得 以优化 参 考 文 献 结论 系统根据 自动 门门区方案设计 的需 求 ， 设 计 了交互性 的对话框界面 ， 供用 户进行选型 和 输入参数 系统依照用户要求 ， 设计开放式的数 据库接 口 ， 使得用户 在开放 的数据库环境下 进 行设计 ， 同时 系统对用 户 的设计方案进行必要 的力学分析 ， 检测 各设计条件 ， 保证设计的合理 单祖辉 材料力学 』北京 国 防工业 出版社 ， 徐翠微 计算方法引论 北京 高等教育出版社 ， 吴世伟 结构 可靠度分析 北京 人 民交通 出版 社 ， 张相庭 结构风压与风振计算 上海 同济大学 出版社 ， 彭政国 ， 张芹 ， 孟庆范 铝合金玻璃幕墙与玻璃采光 顶 四 北京 中国建筑工业 出版社 ， 张芹 铝合金 隐框玻璃幕墙 】 成都 西南交通大 学 出版社 ， 张 国宝 开发技术【 」北京 清 华大学 出版社 ， 一 肠 ， ， 儿邵笋 溯 ， ， ， ， 一 加