[發明專利]一種仿生建筑結構建模及設計方法

有效

• 申請號: 201811399730.8
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109214142B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 許江鋒;馬旭東;劉慧
• 申請（專利權）人: 許江鋒;馬旭東;劉慧
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06T17/00
• 代理公司: 北京華旭智信知識產權代理事務所(普通合伙) 11583
• 代理人: 張海燕

1.一種仿生建筑結構建模及設計方法，其特征在于包括：

步驟一，對仿生建筑結構進行數學模擬，包括外輪廓和截面的模擬，采用CATIA將仿生建筑外表面曲面經過三次沿曲面內法線方向的偏移，分別得到結構外表面、結構中心面、結構內表面，所述結構外表面用于結構定位施工圖繪制，所述結構中心面用于結構計算和分析；

步驟二，確定所需構件尺寸和載荷信息，并將所有構件進行分組，管理構件的分組，利用所需構件尺寸和載荷信息以及生成的網格一起構成有限元計算模型，將所形成的有限元計算模型提供給ANSYS進行靜力線性分析和動力彈塑性時程分析；

步驟三，根據仿生建筑的靜力線性分析和動力彈塑性時程分析結果，利用面向對象的設計方法，構造參數化的虛擬現實系統；

步驟四，對仿生建筑的抗震性能進行優化設計；

步驟五，根據步驟三和步驟四生成設計圖紙，包括根據參數化的虛擬現實系統生成3D模型，在CATIA中生成整體結構的平面、立面、剖面切片，輸出成DWG文件，同時，通過AutoCAD二次開發，結合步驟四的抗震性能優化，批處理所述DWG文件上生成的各平面圖，依次輸出每個異型筒體以及梁的定位曲線圖，并在圖紙下襯以與施工模板一致的網格，從而便于施工方制作定位模板。

2.根據權利要求1所述的一種仿生建筑結構建模及設計方法，其特征在于：所述偏移不是一次完成，而是根據仿生結構分解的每個異型筒及其連接體的幾何特征，沿高度方向和周向先將其切割成易于沿內法線方向偏移的多個曲面部分，再進行向內偏移，多次修剪達到整體的協調一致，最后形成的結構中心面幾何模型達到所有曲面連續，滿足離散有限元計算的要求。

3.根據權利要求2所述的一種仿生建筑結構建模及設計方法，其特征在于：所述步驟一還包括門窗以及設備開洞對結構分析結果的影響分析，在CATIA幾何模型對應位置創建窗口。

4.根據權利要求3所述的一種仿生建筑結構建模及設計方法，其特征在于：所述步驟一還包括網格劃分，讀取CATIA建立的幾何模型，對導入的幾何模型進行清理，從而進行公差設置并進行數據格式之間的轉化，幾何模型進行清理包括利用surface?edit創建樓板、異形筒以及異形梁的公共邊界，從而所有部件連接作為一個整體結構共同作用，所述網格長細比小于5，扭曲率小于5，單元最小邊長大于150mm。

5.根據權利要求1所述的一種仿生建筑結構建模及設計方法，其特征在于：所述步驟三包括：

(1)設置參數化的輸入界面，通過HTML頁面完成參數的輸入和信息的輸出，所述參數包括模型的參數以及模型顯示的相關屬性參數，所述模型的參數包括異型筒參數，截面輪廓參數，旋轉角度和檐口外挑長度；所述模型顯示的相關屬性參數包括模型顯示的分割數，顯示的材質顏色和透明度；

(2)設置參數化的模型生成系統，通過VRML腳本編程，結合輸入的參數，進行模型三維數據的生成；

(3)設置模型渲染模塊，由VRML瀏覽器插件BS?Contact?X3d/VRML?V7.0顯示生成的模型；

(4)設置信息查詢模塊，通過VRML的感應器，捕捉模型的表面數據，包括坐標，傳遞給HTML頁面顯示模型的相關數據。

6.根據權利要求1所述的一種仿生建筑結構建模及設計方法，其特征在于：所述步驟四包括：

(1)對各筒體厚度進行調整，控制結構的扭轉變形，在壁上適當設置洞口以調整其剛度，通過加強舞臺一側的筒體厚度至600mm，減少反向一側的筒體厚度到220mm，使結構的第一周期由扭轉變為平動，第三周期為扭轉，結構的周期比小于0.85；

(2)設置T字剪力墻，增加結構的整體剛度，減少結構的剛度偏心，在T字剪力墻之間增加設置鋼桁架，將屋面板殼體的三邊支撐改為四邊支撐，將T字剪力墻設置在頂層多功能廳舞臺口前側兩邊，大跨度屋面板矢高4m，作為理想的殼體形狀，平面最大位移由舞臺側上方中部的70mm減小到50mm并向兩側分散，應力重新合理分布，屋面板周邊梁板加強配筋并施加一定的預應力，加強對拱板的約束；

(3)增加樓面層大板結構周邊板后，并設置一定剛度的邊梁，增加筒體之間的結構連接，并進行結構整體穩定驗算，保證結構的穩定和抗傾覆能力；

(4)在各異型筒體內部分層設置環向加勁板，增強異型筒體的局部穩定，保證異型結構在地震作用下能夠正常工作，環向加勁板寬度為600mm，厚度為150mm；

(5)采用ANSYS進行常遇地震作用下的反應譜分析和時程分析，參照建立墻結構控制總體變形和層間變形，并對軸壓比進行控制；

(6)對筒體底部按中震彈性進行控制，在施工圖設計階段采用ABAQUS程序進行彈塑性分析，驗算罕遇地震作用下的變形，進一步確定薄弱部位。