[發(fā)明專利]一種仿生建筑結(jié)構(gòu)建模及設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811399730.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109214142B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許江鋒;馬旭東;劉慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許江鋒;馬旭東;劉慧
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;G06T17/00
• 代理公司: 北京華旭智信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11583
• 代理人: 張海燕

本發(fā)明提供了一種仿生建筑結(jié)構(gòu)建模及設(shè)計(jì)方法，包括：步驟一，對(duì)仿生建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，包括外輪廓和截面的模擬；步驟二，確定所需構(gòu)件尺寸和載荷信息，構(gòu)成有限元計(jì)算模型，將所形成的有限元計(jì)算模型提供給ANSYS進(jìn)行靜力線性分析和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析；步驟三，根據(jù)仿生建筑的靜力線性分析和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析結(jié)果，利用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，構(gòu)造參數(shù)化的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；步驟四，對(duì)仿生建筑的抗震性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；步驟五，根據(jù)步驟三和步驟四生成設(shè)計(jì)圖紙，并在圖紙下襯以與施工模板一致的網(wǎng)格，從而便于施工方制作定位模板。與工程設(shè)計(jì)結(jié)合設(shè)計(jì)復(fù)雜空間仿生形態(tài)建筑，精確的進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和設(shè)計(jì)，為工程實(shí)施精確定位定形奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域，特別是一種仿生建筑結(jié)構(gòu)建模及設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著科技飛速發(fā)展、信息快速傳播，先鋒的建筑藝術(shù)作品在建筑師的頭腦中形成，仿生建筑作為先鋒建筑的一種表現(xiàn)形式，備受青睞，同時(shí)，在自然資源短缺，環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，建筑師遵循人與自然和諧發(fā)展的理念，試圖尋找建筑與自然間完美的共存方式，目前仿生建筑在施工過(guò)程中需要精確定位定性，由于其屬于復(fù)雜空間仿生形態(tài)，建筑的建模形式如何通過(guò)凝練的數(shù)學(xué)幾何方程進(jìn)行描述，即數(shù)字建模，現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有成熟且效果好的技術(shù)方案，而準(zhǔn)確的數(shù)字模型是進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析、設(shè)計(jì)以及工程構(gòu)件裝配的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種仿生建筑結(jié)構(gòu)建模及設(shè)計(jì)方法，與工程設(shè)計(jì)結(jié)合設(shè)計(jì)復(fù)雜空間仿生形態(tài)建筑建模的方法，包括相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的前處理和連接方法等細(xì)節(jié)，從而精確的進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和設(shè)計(jì)，為工程實(shí)施的精確定位和定形奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的目的在于提供一種仿生建筑結(jié)構(gòu)建模及設(shè)計(jì)方法，包括：

步驟一，對(duì)仿生建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)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(jīng)過(guò)三次沿曲面內(nèi)法線方向的偏移，分別得到結(jié)構(gòu)外表面、結(jié)構(gòu)中心面、結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，所述結(jié)構(gòu)外表面用于結(jié)構(gòu)定位施工圖繪制，所述結(jié)構(gòu)中心面用于結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析；

步驟二，確定所需構(gòu)件尺寸和載荷信息，并將所有構(gòu)件進(jìn)行分組，管理構(gòu)件的分組，利用所需構(gòu)件尺寸和載荷信息以及生成的網(wǎng)格一起構(gòu)成有限元計(jì)算模型，將所形成的有限元計(jì)算模型提供給ANSYS進(jìn)行靜力線性分析和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析；

步驟三，根據(jù)仿生建筑的靜力線性分析和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析結(jié)果，利用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，構(gòu)造參數(shù)化的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；

步驟四，對(duì)仿生建筑的抗震性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

步驟五，根據(jù)步驟三和步驟四生成設(shè)計(jì)圖紙，包括根據(jù)參數(shù)化的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)生成3D模型，在CATIA中生成整體結(jié)構(gòu)的平面、立面、剖面切片，輸出成DWG文件，同時(shí)，通過(guò)AutoCAD二次開(kāi)發(fā)，結(jié)合步驟四的抗震性能優(yōu)化，批處理所述DWG文件上生成的各平面圖，依次輸出每個(gè)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(wǎng)格，從而便于施工方制作定位模板。

優(yōu)選的，所述偏移不是一次完成，而是根據(jù)仿生結(jié)構(gòu)分解的每個(gè)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(nèi)法線方向偏移的多個(gè)曲面部分，再進(jìn)行向內(nèi)偏移，多次修剪達(dá)到整體的協(xié)調(diào)一致，最后形成的結(jié)構(gòu)中心面幾何模型達(dá)到所有曲面連續(xù)，滿足離散有限元計(jì)算的要求；

優(yōu)選的，所述步驟一還包括門窗以及設(shè)備開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響憤怒西，在CATIA幾何模型對(duì)應(yīng)位置創(chuàng)建窗口。

優(yōu)選的，所述步驟一還包括網(wǎng)格劃分，讀取CATIA建立的幾何模型，對(duì)導(dǎo)入的幾何模型進(jìn)行清理，從而進(jìn)行公差設(shè)置并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)化，幾何模型進(jìn)行清理包括利用surface?edit創(chuàng)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(gè)整體結(jié)構(gòu)共同作用，所述網(wǎng)格長(zhǎng)細(xì)比小于5，扭曲率小于5，單元最小邊長(zhǎng)大于150mm。

優(yōu)選的，所述步驟三包括：