[發明專利]一種六邊形網格單層網殼的幾何建模方法

有效

• 申請號: 201510013490.3
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104636544B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 楊大彬;種傳超;陳杰;劉春陽;魏強;李鵬
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E04B7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利公開了一種六邊形網格單層網殼的幾何建模方法，包含以下步驟：（1）、建立網殼頂點中心正六邊形網格；（2）、建立第二圈6個六邊形網格；（3）、依次建立外圈六邊形網格，直至所需網格數目；（4）、利用平行于網殼頂點中心正六邊形網格的平面截取上述網格，得到所需網殼幾何。本發明所創建的六邊形單層網殼具有以下特點：（1）、網殼節點形成的整體曲面圓滑，接近于球面；（2）、每個六邊形網格均在同一平面內，方便安裝玻璃或其他材質屋面；（3）、所有節點均只與三個桿件相連，且相鄰桿件之間的夾角近似相同，因此網殼制作安裝方便；（4）、除網殼邊緣桿件外，網殼其余桿件長度相同，建筑效果整齊，且方便加工制作。

技術領域

本發明專利涉及六邊形網格單層網殼的幾何建模方法，屬于建筑鋼結構領域。

背景技術

作為大跨空間結構的主要結構形式之一，單層網殼結構受力合理，建筑造型優美，在世界范圍內得到了廣泛應用。組成單層網殼的基本單元為多邊形網格，主要有三角形、四邊形、五邊形、六邊形等網格形式。相比于其他多邊形網格劃分形式，三角形網格的穩定性和剛度等力學性能最為優越，因此大多數單層網殼均采用三角形網格形式。相比于三角形網格，其他多邊形網格的穩定性以及面內剛度較差，因此其他多邊形網格的單層網殼工程應用也相對較少。目前已建成一些四邊形網格單層網殼，但還未有大型的五邊形或六邊形網格單層網殼工程實例。然而從建筑效果來看，五邊形或六邊形網格網殼的桿件分布相對較為稀疏，尤其是在配合膜材、玻璃等較透明覆蓋材料時可以獲得簡潔、通透的視覺效果，可通過采用較粗桿件或者在五邊形或六邊形網格內部附加拉索形成索支撐網殼等方式提高網殼的力學性能，因此五邊形或六邊形網格單層網殼具有一定的應用前景。

發明內容

（一）要解決的技術問題

為了豐富單層網殼的結構形式，本發明要解決的技術問題是提供一種六邊形網格單層網殼的幾何建模方法。

（二）技術方案

結合附圖，其建模方法的具體步驟如下（步驟（1）~（8）分別對應圖1~圖8，每個圖中實線為該步之前已經創建好的線段，虛線為該步需要創建的線段）。

（1）、網殼頂點中心六邊形網格：創建一個邊長為a的正六邊形，其中心為點O，過點O與每條邊中點有六個軸（OA,OB軸等），網殼在每相鄰軸內的幾何相同。

（2）、網殼第二圈六邊形網格平面和部分邊：經過正六邊形的每條邊建立一個平面，每個平面與第一步中網殼中心六邊形網格所在平面的夾角相同（均為θ），這六個平面也即第二圈每個六邊形網格分別所在的平面；圖中所示經過六個頂點的虛線（線1-4,2-3等）為每兩個相鄰平面的交線，取虛線長度為a，此即第二圈六邊形的部分邊。

（3）、網殼第二圈六邊形網格：分別在第二圈六邊形網格平面內，以相鄰虛線外端點連線為中心線（線3-4等），鏡像該六邊形網格的部分邊（線4-1,1-2,2-3等），得到該六邊形的其余邊（線4-6,6-5,5-3等）。

（4）、網殼第三圈軸線內六邊形網格：在軸OA和OB范圍內，線6-4和4-7即為第三圈一個六邊形網格的兩條邊，這兩條線確定的平面與過點6且平行于線1-4的面相交得到一交線，在該交線上以點6為起點取長度為a的線段，得到線6-8，同理得到線7-9，在該平面內，以線6-8和7-9的中點連線為中心線，鏡像線6-4和4-7得到線8-10和10-9，該六邊形網格創建完畢，其余相鄰軸內的同位置六邊形網格創建方法同。

（5）、網殼第三圈軸線處六邊形網格：以OA軸處六邊形網格為例進行說明。可以證明，線12-11,11-6和6-8共面，在此面內，以線8-12為中心線，鏡像該六邊形網格的已知邊線12-11,11-6和6-8，得到該六邊形的其余邊線12-13,13-14,14-8。其余軸處的六邊形網格創建方法同OA軸處。