自由曲面单层网格的智能布局设计研究

单层网格结构的网格划分标准不同于有限元网格的划分,它更侧重于以定性要求为标准的网格质量评价。为满足自由曲面单层网格杆件长度尽量一致、分布尽量均匀、过渡尽量流畅的要求,以自由曲面优化找形为前提,基于网格形状和单元长度的网格质量衡量标准,编制智能化网格设计程序。在整个布局设计过程中,首先通过拓扑不变的原则将空间问题转化为平面问题。其次,利用空间映射原理将在平面参考域上布置好的网格映射回三维空间曲面。最后,通过对初始拓扑网格进行智能化的修正和优化,保证所有杆件长度一致、网格布置美观的效果。通过在上海世博轴阳光谷工程中的实际应用证明,该方法操作简单,效果理想。且若采用不同拓扑关系布置的网格可以生成同样要求的最终杆件布置效果,供建筑师设计选用。     

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

基于Grasshopper的自由曲面网壳菱形网格划分（英文）

现代空间网壳结构以自由曲面造型为重要特征,如何对自由曲面进行网格划分是结构设计的关键问题.本文采用三维建模软件Rhinoceros及其可视化编程插件Grasshopper实现了一种基于简单几何原理的自由曲面网壳结构菱形网格划分方法.该方法的优点是生成的网格具有统一长度,有利于降低结构设计、构件制造及施工的复杂度.通过造型各异的算例验证了该方法的有效性.     

基于自定义单元法的自由曲面网格划分研究北大核心CSCD

为实现对任意自由曲面的建筑网格划分,采用自定义单元法,以网格节点为对象,以"代"为整体进行节点推进。首先,根据节点的演化规律进行网格单元自定义。其次,在节点推进过程中,根据曲面特征进行单元选择生成下代节点,自适应曲面尺寸变化,将每一推进步单元"组装",建立网格拓扑的参数化表达;采用黎曼度量表征单元节点参数距离,考虑适应曲面曲率特征,确定节点参数坐标。最后,参数网格映射到自由曲面形成空间网格结构。结果表明,自定义单元法能够通过参数选择实现对网格规模和形式的量化控制,为自由曲面提供多样化网格划分方案,生成的网格杆件均匀、线条流畅、形式多样。     

基于切比雪夫网格的自由曲面网格自适应及杆长优化

本文基于Rhino软件及其参数化设计插件Grasshopper,实现了切比雪夫网格在该平台的应用。首先针对自由曲面网格结构有曲面边界的特点,定义了切比雪夫网格的杆件类型;然后通过自动寻找曲面边界对自由曲面进行延伸,并在延伸后的曲面上生成切比雪夫网格,利用曲面边界进行裁剪;最后利用弹簧质点法对得到的边界网格进行杆长分组优化,同时能够保证网格形状基本不变。该方法能够在切比雪夫内部网格可控、均匀、流畅性的基础上有效减少杆长分组,方便切比雪夫网格的结构设计与施工。     

自由曲面空间网格结构研究及力学性能分析

基于浙江大学空间结构研究中心自主研发的ZD-mesher软件,对NURBS表达的自由曲面,分别采用映射法和映射-拟桁架法进行网格划分,得到两种形式的曲面网格.对这两种自由曲面网格结构进行受力分析,并结合建筑视觉效果、结构力学性能及建造经济性等指标,综合评判网格形式对于自由曲面空间结构的影响,为此类结构的实际工程应用提供参考.最后,针对某自由曲面网格结构实际工程,进行网格划分,并分析其受力性能,获得建筑美观和结构性能的完美统一.     

自由曲面网格结构的力学性能研究

首先介绍了自由曲面网格结构网格划分方法的研究现状。其次,基于浙江大学空间结构研究中心自主研发的自由曲面网格划分专用软件ZD-Mesher,选取曲面展开和引导线法结合的网格划分方法,对同一曲面划分不同走向的网格。最后,根据自由曲面的网格,建立有限元分析模型,分析并比较同一曲面不同走向网格的力学性能。结果表明,由此得到的自由曲面网格,基本实现了美学与力学的兼顾统一。     

基于B样条曲线的自由曲面索支撑空间网格结构多目标形态优化

对自由曲面索支撑空间网格结构进行多目标形态优化研究。首先根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。其次为保证优化后的自由曲面光顺,引进B样条曲线建立曲面,并将B样条曲线已知点作为优化变量。出于不同结构设计需要,选用力学指标和几何指标、或力学指标和经济指标、或不同性能力学指标组合作为多优化目标进行结构优化。得到结论如下:首先,采用本优化方法,优化前后曲面形状变化不大,适用于对给定初始曲面结构进行形态优化。其次,以应变能和用钢量为优化目标,属于融合了截面优化和形态优化的多目标优化,其对于索支撑空间网格结构效果较好,具有较高的工程实用价值。最后,以应变能和杆件长度均方差为优化目标,所得优化结果对杆长均方差和应变能加权系数变化不敏感,可满足杆长均匀性和结构力学要求。     

北京新机场航站楼核心区钢屋盖提升关键技术

北京新机场航站楼核心区屋盖采用不规则自由曲面钢网格结构,杆件之间以焊接球连接为主,局部位置管与管直接相贯焊接连接。屋盖造型复杂、结构跨度大、杆件众多、形状极不规则。结合该项目特点,介绍了C2-1区屋盖结构的提升施工思路,对提升点位的布置以及提升架的设计做了详细描述,最后概括性地总结了不规则自由曲面钢网格结构施工的位形保证及对接精度控制措施。     

自由形态B样条曲面网格生成的参数化方法研究(英文)

研究了自由曲面上网格的参数化生成方法.该方法利用了张量积曲面的特性,通过在曲面上提取等参线并等分等参线来生成网格.阐述了在B样条曲面上提取等参线(实质是B样条曲线)的原理,并给出了等参线等分以及由等参数生成网格的算法步骤.列举三个不同类型曲面上网格生成的例子,通过这些算例进一步介绍该方法的使用范围和使用策略.最后通过在实际工程中的应用案例表明该法的实用性及有效性.这一新网格生成技术能够划分出既均匀又美观的网格,可以广泛应用于自由曲面空间网格结构.     

球面网壳结构的平面四边形网格划分

针对球面网壳四边形网格划分中四个角点不易处于同一平面的问题,从三点确定一个平面的最基本几何原理出发,提出一种平面四边形网格作图方法,得到的四边形网格不仅处于同一平面而且杆件长度均一致.通过改进四边形网格的划分方法,得到的平面四边形网格与球面的偏差更小.力学性能分析表明,减小四边形网格网壳节点到球面的偏离距离能提高球面网壳结构的承载力.最后将改进四边形网格划分法与国外采用的表面平移法进行比较,发现改进四边形网格划分法不仅能减少节点偏离距离而且能扩大网格划分的曲面范围.     

基于Grasshopper参数化设计的异形空间网架结构建模新方法及结构比选

针对传统等高线法建立异形空间网架结构时出现的网格划分质量差、杆件长度变化大等问题,提出了使用参数化P-C法建模的新思路。以南昌市某异形网架结构为例,利用Rhino平台的Grasshopper插件进行参数化P-C法建模,再将此模型与传统等高线法建立的模型导入3D3S软件中进行计算对比。结果表明:参数化P-C法移植性强,类似工程仍可适用;此法建立的模型曲面拟合度高,网格划分效果好,后期调整模型方便,杆件长度均匀且利用率高,可降低用钢量。     

钢网壳结构杆件计算长度及容许长细比的确定

对杆件稳定计算中的两个重要因素——杆件计算长度和容许长细比进行分析研究,提出杆件计算长度的近似计算方法,并给出网壳结构杆件在壳体曲面内及曲面法线方向的计算长度系数的取值和容许长细比数值,供设计人员采用.     

自由形态空间网格结构建模技术研究综述

自由形态空间网格结构是指结构整体几何形态不能用解析函数精确表达或拟合,并能以任何方式自由变化的空间网格结构,具有形式多样化和自由化的特点,但其网格划分存在一定的难度.本文总结以往的研究成果,将其归纳和汇总为三种自由形态空间网格结构建模的思路,然后总结并分析比较了用于自由形态网格生成的典型方法的特点、性能及其应用,总结了网格质量的衡量指标及网格优化方法,同时对曲面造型方法及曲面优化方法进行介绍,最后对自由形态空间网格结构建模技术的发展做出展望.     

基于Grasshopper平台的铝合金板式节点网壳深化设计系统及其关键算法

为提升铝合金板式节点网壳深化放样的效率,建立了用于描述铝合金板式节点网壳结构中网格划分、杆端构造、杆件形状、节点板形状的数据结构,提出了网壳关键几何参数、节点板形状参数和杆件形状参数的关键算法。该算法适用强,可用于常规曲率变化平缓的自由曲面网壳。采用该算法开发了基于Rhino与Grasshopper平台的铝合金板式节点网壳深化设计系统,该系统可根据铝合金网壳结构的杆件轴线、杆件截面信息、杆端构造等输入数据,计算得到杆件及节点板的尺寸参数,具有极高的运行效率,可快速生成结构所有零部件的加工图和三维实体模型。通过设计算例展示了该系统的工作流程和模型效果,并使用该系统进行典型工程算例设计。与传统的网壳深化设计方法相比,该系统可显著提升板式节点网壳深化设计的效率。     

独角兽岛启动区展厅钢结构设计及BIM应用

独角兽岛启动区展厅建筑造型突破常规,多重曲面的流线造型构建成复杂的空间异形造型.平面近似椭圆形,立面及屋盖采用独特的空间自由曲面.整个外罩形成以中庭漏斗网格筒、外围立柱、外环曲线立体桁架及单层网格组成的多重复杂空间结构;屋盖和采光中庭网格筒室内空间结构构件外露,采用大高宽比特窄翼缘焊接矩管单层网格结构实现建筑、结构、幕墙完美结合.介绍了本工程的结构体系,屋盖方案演变及杆件截面优选,对结构进行了单体模型及总装模型分析,论述了结构的变形、内力和应力分布特点、整体稳定性分析,对单层网格结构中各类节点的适用性进行比较,选取关键节点进行有限元应力和刚度分析,确保节点的受力可靠.同时鉴于结构平面、空间关系复杂,对该项目进行了BIM设计,并介绍了本工程BIM正向设计流程及其创新应用.     

改进短程线网壳结构的构建方法及稳定性分析

网壳结构中某杆件长度为主要长度规格,以此长度为基本长度,不断划分球壳,得到一种新型网壳结构,称为改进短程线网壳结构.对改进短程线网壳结构的建模原理、力学特性与网格特性进行研究,可以由两种方法得到该结构的三维模型,考虑几何和材料非线性时的稳定承载力也较现有网壳结构高,杆件长度规格最少,值得进一步推广和研究.     

复杂自由曲面的离散化网格划分方法

为了寻求复杂自由曲面网格划分的方法,在NURBS曲面表达式的参数域U、V方向上划分成n×m等分,对于存在裁剪、开洞等情形的曲面,将边界外的点舍弃,同时在参数域平面上形成三角形网格,并将该网格映射到空间曲面,即得到离散方法表示的曲面面片.为适应网格疏密程度、曲面曲率变化的要求,引入密度修正函数与曲率修正函数,使曲面布点按...     

裙摆形单层自由曲面钢网格施工技术

结合上海国际航空服务中心外立面施工,对大规模裙摆形单层自由曲面钢网格施工技术进行了研究。通过合理选择安装方案、分区(段)、临时支撑布置、分区卸载方案,顺利完成了钢网格安装,网格形状、线形、杆件应力、变形均达到设计与规范验收标准,总结的施工经验可供类似工程借鉴。     

苏州中心"未来之翼"超长异形网格结构关键技术创新与应用

苏州中心"未来之翼"为目前世界上最大的自由曲面单层钢网格屋面之一,屋面结构展开长度达630米,超长不设缝,同时跨越下方4个单体,跨越运营地铁的中庭最大跨度达55m;不同于通常自由曲面采用三点共面的三角形网格,项目以四边形网格拟合自由曲面形态,并需同时保证玻璃幕墙的安装.项目组基于全过程数字协同,对项目难点逐个击破,完成多项技术创新,从整体形态的数字优化,抗震抗风的数字模拟,到数字化预安装,冷弯玻璃工艺创新,再到14.4万个玻璃穹顶空间点位的激光测绘与BIM联动等,各阶段都保证了完美的契合度,最终以远小于常规结构的构件尺寸和玻璃板的自然冷弯实现了舒展灵动的穹顶效果,体现了数字技术在设计、分析、建造和安装全过程运用的高水准和高精度.