互动式的建筑结构概念找形——基于三维图解静力学

简要回顾图解静力学历史,指出其近期发展对于建筑结构一体化设计的重要意义.据此,从其塑形原理出发,结合图解与案例,分析了基于向量的图解静力学操作原理与应用场景,并通过两种模型方法的引入,具体解读如何通过三维图解静力学方法进行互动式的建筑结构概念设计.     

基于图解静力学的建筑设计方法

区分作为结构分析工具与服务建筑设计方法的图解静力学,并从定量操作、定性操作、外延操作3方面,为建筑师提供适应多样化设计需求的基于图解静力学的建筑设计方法.     

图解静力学:一种实现强结构的操作方法

图解静力学是一种基于矢量的构建平衡方法,它使得交汇了结构思维和建筑概念的设计方法成为可能.该方法以参数化和拓扑操作为基础,允许对空间中的拉力和压力进行可控的分布,进而塑造建筑结构.本文讨论了图解静力学的基本框架,并举例说明了其在一些项目中的设计方法.     

基于图解静力学的平面桁架形态设计方法研究

图解静力学是一种求解静定结构静力学问题的有效方法。它不但可以准确求得结构的内力,还将力可视化(力图),从而产生了由力到形的设计方法,即通过操纵力图的几何关系,可改变力的大小到预设值(或到预定关系),力图的变化将会影响到结构几何(形图),从而改变建筑结构的外观形态,由于力图在变化时始终保持闭合,因此无论结构形态如何变化,都将始终保持在平衡状态。本文将图解静力学中力到形的设计方法应用于平面桁架设计,得到了受力合理且形态各异的平面桁架,表明了此法在建筑形态设计方面具有较好的应用前景。     

后成形网壳结构的找形方法

后成形网壳结构节点构造简单,且能实现复杂的曲面造型,但因找形困难一直制约其在实际工程中的广泛应用。为解决后成形网壳结构找形困难这一棘手问题,基于已有的后成形网壳结构的找形方法,本文提出了一种新的找形方法,且通过具体的类扁球后成形网壳的找形,验证了本文找形方法的合理性,同时给出了不同时刻的找形形态,为同类工程的找形提供参考。     

索网结构混合法找形分析

找形问题是索结构分析中首要解决的问题。本文阐述了非线性位移法、动力松弛法、力密度法等张拉结构找形方法的特点和适用条件,在此基础上提出混合找形法应用于索网结构。并编程通过典型算例对各方法进行分析、对比,数值计算结果表明混合找形方法正确、有效。     

树状结构找形分析及工程应用

树状结构具有造型新颖、受力合理的特点,因而在工程中得到广泛应用。作为一种复杂的空间刚架体系,构件布置方式的确定（即找形分析）是树状结构设计中重要的环节。构件布置合理与否将直接影响树状结构的工作性能。基于形效结构的概念,通过分析树状结构的几何特点和受力特点,提出了一种树状结构的找形新方法--逆吊递推找形法。该方法的基本思路是,根据各级树枝所支承的屋面区域找到相应的受荷中心,依次令各级树枝指向其分担的屋面受荷中心,通过逐级递推建立树状结构的几何形态。在此基础上,明确了逆吊递推找形法的具体实施步骤和需要注意的问题。最后结合一树状结构工程实例,介绍了逆吊递推找形法的实际应用过程。研究结果表明：采用逆吊递推找形法生成的树状结构的所有构件均只受轴力作用,属形效结构。     

基于三维图解静力学的复杂冰雪结构的计算性设计与数控建造

图解静力学将结构形式本身代表的"形"和其中作用产生的力之间的拓扑关系通过图示的方法进行形象化地演绎,成为近一个世纪以来建筑大师们进行结构创新性设计的重要理论和实践工具。21世纪,随着计算机技术和相关理论成果的发展,图解静力学从二维推力网络和封闭力多边形之间的对偶关系发展到了三维推力网络与空间封闭力多面体之间的对偶关系,大大扩充其在设计应用中的理想范式和类型。从基于三维图解静力学的基本设计方法研究入手,以冰雪结构的数字设计与建造为主要对象,展示三维图解静力学的一般设计方法,并通过与机器人建造技术的结合应用,论证其在未来计算性设计中的应用可能和前景。     

张拉结构的找形方法评述

结构的找形问题是张拉结构分析中的关键问题。恰当的找形方法能使得结构分析简洁而有效，获得建筑工程师和结构工程师双方的满意。对结构内部应力和结构形态（外形）的控制是结构分析和设计中非常重要的两个方面。本文对目前结构找形的主要方法进行了较为详细回顾与介绍，并对各种方法的优劣作了相应的比较。     

建筑与结构的图形化共识——图解静力学引介

以代数化一图形化的“模型思维”为根基的“结构选型”纵然在一定程度上能填补建筑师与结构师之间的技术共识．但在非常规空间形式的探索中却难以胜任。图解静力学作为一门科学．基于完全图形化时力流思维”，在空间形式契合结构力流的自由创造方面．为建筑师和结构师提供了可以直接直观的讨论平台——既能强化设计人员的“结构选型”理解，又能给予非常规形式的设计以科学方法。     

自重对索网结构找形的影响

由于现在的计算机硬件和程序开发平台相对于过去有了很大的改进，因此，对于承受均布荷载的索网结构，有必要采用更精确的有限单元模型，对过去的简化两节点模型进行改进。本文作者采用五节点曲线单元模型建立了索网结构有限元模式，自编了程序，对索网结构考虑其自重作用下进行找形，并和原来两节点不考虑自重作用找形分析的结果作了比较，结果证明，自重对找形有一定的影响。     

基于动力松弛的树状结构单元集群找形分析

树状结构作为一种外形美观的支承结构,可与自由曲面网壳共同应用于大型公共建筑。采用动力松弛法确定树状支承结构与自由曲面网壳的合理形状时,在所得到的树状结构中常会出现低效构件。为此,提出了基于动力松弛的树状结构单元集群找形方法,该方法通过单元集群的方式,使模型中处于同一集群内的单元受力状态相同,这可以有效地避免树状结构与自由曲面网壳联合找形所得结构中出现低效构件。算例分析表明：通过设置单元集群,可以使找形最终所得到的结构中处于同一集群内的构件轴力分布均匀,从而保证各分支杆件在传力过程中均能起到积极作用;不同的单元集群方案对应着不同的找形结果,因此,单元集群也可作为调整结构形状的重要手段,在保证结构受力性能良好的基础上为结构设计提供多种方案。     

张拉结构找形分析理论研究进展

张拉结构的找形问题是张拉结构分析中的关键问题,张拉结构的找形一般可以分为两类:(1)结构预张力分布已知,结构初始几何未定,所要求解的是结构初始态几何位置;(2)结构初始几何已知,预张力分布未定,所要求解的是给定结构几何下的预张力分布。本文以这两类问题为主线对当前张拉结构的主要找形方法进行了较为详细的介绍,可为该领域的科研人员提供参考。     

基于ANSYS的桅杆结构找形方法

通过研究与思考,提出了两种适用于张拉索的找形方法,给出了这两种方法的原理与具体实施步骤,并分别以简单索结构和桅杆结构为计算实例进行了验证和比较,有效的解决了桅杆结构的找形问题。     

封闭式组合屋面膜结构找形分析研究

应用有限元程序ANSYS对郑州大学西亚斯国际学院篮球馆组合屋面膜结构进行找形分析,确定满足建筑初步设计造型要求的膜的形状,且膜上的应力分布比较均匀。通过对封闭式组合屋面膜结构的找形分析,探讨此类膜结构找形过程中单元划分、边界处理、弹性模量取值等处理方法,提高找形效率。在考虑支承体系对找形结果影响的基础上,进行协同找形分析,对比说明协同找形分析的必要性。     

薄膜结构找形和裁剪分析研究

本文对薄膜结构设计中的关键及难点问题--找形分析和裁剪分析做了一定的研究.用非线性有限元的方法分析了膜结构的找形,并用Ansys软件实现了膜结构的实用找形方法.利用纯几何方法编制的程序实现了膜结构的裁剪.大量工程实践证明了该方法的正确性与实用性.     

基于BP神经网络算法的树状结构智能找形研究

为实现非均布荷载工况或支撑不规则曲面屋盖情况下的树状结构找形设计,提出了一种基于BP神经网络算法的智能找形方法.该方法将树状结构各支撑点的荷载、跨度及分叉角度作为设计条件,以节点零弯矩和结构稳定性为设计目标,利用人工智能BP神经网络对下层分级节点进行智能定位,由上而下逐级递推实现树状结构的整体几何形态找形.以二维树状结...     

索网结构动力松弛法找形的研究应用

在动力松弛法中采用优化参数自动选择的方法，大大改善了计算的稳定性和收敛速度。编制动力松弛法的求解程序，并应用于索网结构的找形，同时与非线性有限元方法及理论解的找形结果进行比较，结果令人满意。     

结构的形与力——形是力的图解

“形是力的图解”可以理解为:作为处理结构的形与力的一种方式,通过安排结构“形”与“力”的互动与关联,实现结构内在的理性(力)与外在的表现(形)紧密而内敛的逻辑关系.文章从“形”与结构的内力、“形”与力流的传递及形态抵抗下的“形与力的结合”三个方面论述,具体阐述了“形是力的图解”这一建筑学命题的内容和意义.     

张拉整体结构找形的力密度法

力密度法是张拉整体结构的一种重要的找形方法,文中首先对张拉整体结构找形的力密度法进行介绍,依据分析时关注的主要变量对力密度法的找形方式进行了分类,根据上述分类提出了应用力密度法的数值找形过程,找形过程只需要提供很少的信息,构件类型和节点的拓扑关系.力密度矩阵的特征值分解和平衡矩阵的奇异值分解在找形过程用于计算满足矩阵秩...