CN108256146B - 整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法。所述建模方法，将整体钢平台模架系统进行模块化拆分，然后定义各模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，通过各模块的基本构件节点坐标和拓扑关系创建基本构件，通过基本构件偏移或缩放偏移创建各模块，从而创建整体钢平台模架系统。所述建模方法，只需要给定核心筒结构的平面布置和少量的整体钢平台模架系统的参数，就可自动生成钢平台模架系统，大大降低了三维模型创建及修订工作的难度，创建的三维模型可以在设计、计算分析、施工图等环节进行有效传递与共享使用，极大地提高了工作效率。

Description

整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法

技术领域

本发明涉及一种整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法。

背景技术

整体钢平台模架装备是超高层竖向混凝土结构施工的一项重要装备，已有的整体钢平台模架系统主要为筒架交替支撑式液压整体钢平台模架体系(见专利号CN102667889A)和钢柱筒架交替支撑式整体钢平台模架体系(见专利号CN1021661039A)。与传统的模架体系相比，这两套整体钢平台模架系统在封闭性、安全性、绿色环保、高效施工、舒适性等方面具有明显优势，已成功应用于上海中心大厦(632m)、上海浦西第一高楼白玉兰广场(320m)、静安大中里(240m)、上海国际航空服务中心(230m)、南京金鹰天地广场(365m)、武汉恒隆广场(320m)等二十余项超高层工程的建造之中，取得了良好的效果。

随着整体钢平台模架体系工程应用的增多，设备的施工工艺已经逐渐成熟。实际工程中开始重视模架设备设计阶段的效率问题。这是因为目前整体钢平台模架体系设计阶段较为突出的问题是设计、计算分析、施工图等环节之间相对独立，没有一个有效的模型数据共享和传递路径，导致大量的重复工作，主要表现为：

(1)整体钢平台模架体系是为超高层核心筒结构施工而专门设计的施工装备，体系部件的构成、构件的布置以及几何尺寸与核心筒结构密切相关，因而，当核心筒的结构设计方案发生变化和调整时，需要相应改变整体钢平台模架体系的设计方案，需要重新建模。

(2)目前整体钢平台模架体系设计、计算分析和施工图等环节均需要进行大量重复翻模和建模工作。例如，计算分析阶段需根据设计提供的设计方案(以二维平面图形的形式表示)，人工在计算分析软件中建立爬升模架的有限元计算分析模型，对设计方案的安全性进行计算分析与校核；施工图环节需要根据设计方案人工地绘制整体钢平台模架体系各部件的平面施工图，或者根据设计方案在施工图软件中建立整体钢平台模架体系的三维模型，然后利用软件自动绘制施工图。当设计方案发生变更后，则需要重新建立模型对整体钢平台模架体系进行计算分析和施工图设计。

发明内容

本发明是针对现有的整体钢平台模架体系存在的如下问题：模型创建及修订操作复杂，且设计、计算分析、施工图等环节之间相对独立，无法形成一个有效的模型数据共享和传递路径，导致存在大量的重复工作，效率低下，影响建筑物的整体建设周期。针对上述问题，本发明提供了一种整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法，只需要给定核心筒结构的平面布置(也即钢平台模架体系的结构边界条件)和少量的整体钢平台模架系统的参数，就可自动生成钢平台模架系统，大大降低了三维模型创建及修订工作的难度，创建的三维模型可以在设计、计算分析、施工图等环节进行有效传递与共享使用，极大地提高了工作效率。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法，包括如下步骤：

S1.将所述整体钢平台模架系统拆分为若干模块，并确定所述模块的基本构件；

S2.确定所述模块的基本构件的基本几何参数，并自动生成所述基本构件的关键节点的节点坐标和所述基本构件的拓扑关系；

S3.对所述整体钢平台模架系统的各模块组集，生成所述整体钢平台模架系统的三维模型。

优选为，步骤S1中，所述整体钢平台模架体系包括底层钢大梁模块、筒架柱模块、内吊架模块、钢平台模块、外吊架模块；

所述底层钢大梁模块的基本构件包括垂直设置的纵向基准梁和横向基准梁；

所述筒架柱模块底部固定在所述底层钢大梁模块上，所述筒架柱模块的基本构件包括平行间隔设置的筒架柱立柱一、筒架柱立柱二、筒架柱立柱三、筒架柱立柱四和n-1层筒架柱连系梁，4根所述筒架柱连系梁形成一矩形框，所述筒架柱连系梁将所述筒架柱模块分为n层；

所述内吊架模块的底部固定在所述底层钢大梁模块上，所述内吊架模块的基本构件包括平行间隔设置的内吊架立柱一、内吊架立柱二，以及设置在所述内吊架立柱一、内吊架立柱二之间的n-1根平行间隔设置的内吊架连系梁；

所述钢平台模块水平设置，且与所述筒架柱模块、内吊架模块、外吊架模块的顶部固定连接，所述钢平台模块的基本构件包括平台横梁和平台纵梁；

所述外吊架模块的顶部固定在所述钢平台模块上，所述外吊架模块的基本构件包括上部构件和下部构件，所述上部构件包括外吊架立柱一、外吊架立柱二和若干外吊架连系梁一，所述外吊架连系梁一水平设置且两端与所述外吊架立柱一、外吊架立柱二固定连接；所述下部构件包括外吊架立柱三、外吊架立柱四和若干外吊架连系梁二，所述外吊架连系梁二水平设置且两端与所述外吊架立柱三、外吊架立柱四固定连接。

优选为，所述步骤S2包括如下步骤：

S21.确定所述底层钢大梁模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述纵向基准梁和横向基准梁的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵N_GDL，所述纵向基准梁和横向基准梁的拓扑关系构成构件信息矩阵L_GDL，其中，

其中，g₁～g₄分别为所述纵向基准梁和横向基准梁的节点编码；

Z_gdl—分别为所述底层钢大梁模块所在宫格角点的x、y、z向坐标；

H_x、H_y—为所述底层钢大梁模块所在宫格x、y向长度；

D_n—为钢大梁模块走道宽度；

t_s—为钢大梁模块的基本构件的首尾节点与核心筒内壁的垂直距离。

S22.确定所述筒架柱模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述筒架柱模块的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵所述筒架柱模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_TJZ；其中，

其中，n为层数，为立柱m的n+1个节点编码，包括所述立柱m的首尾节点编码，以及所述立柱m与n-1个所述连系梁的连接点的节点编码；为节点的三维坐标；

D¹[]、D^E[]、D^1E[]为三个矩阵算子，D¹[]表示删除矩阵的第1行，D^E[]表示删除矩阵的最后一行，D^1E[]表示删除矩阵的首位两行，向量表示矩阵的第i列。

S23.确定所述内吊架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述内吊架模块的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵和所述内吊架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_NDJ；其中，

其中，分别为所述内吊架模块的基本构件的节点编码；分别为节点的三维坐标；分别为节点的三维坐标；n为层数；

S24.确定所述钢平台模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述钢平台模块的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵N_GPT，所述钢平台模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_GPT；其中，

其中，p₁～p₃分别为所述内吊架模块的基本构件的节点编码；节点编码后方的三个值分别为相应节点编码的三维坐标；

S25.确定所述外吊架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述外吊架模块的上部构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵所述外吊架模块的下部构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵和所述外吊架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_WDJ；其中，

其中，分别为所述外吊架模块的上部构件的节点编码；分别为所述外吊架模块的下部构件的节点编码；节点编码后方的三个值分别为相应节点编码的三维坐标。

优选为，所述步骤S22中，节点的三维坐标分别满足以下关系：

其中，i＝1,2，3，…，n+1；

其中，H_i为所述筒架柱模块第i层的高度。

优选为，所述步骤S23中，节点的三维坐标分别满足以下关系：

优选为，所述步骤S24中，节点p₁、p₂、p₃的三维坐标分别满足以下关系：

优选为，所述步骤S25中，节点的三维坐标分别满足以下关系：

优选为，所述步骤S3包括如下步骤：

S31，根据已知的核心筒结构设计剖面，得出所述剖面的几何参数，包含核心筒的总长度L_x和总宽度L_y，核心筒的宫格数、每个宫格长度H_x和宽度H_y，每个宫格内角点坐标Q^ab的坐标核心筒外剪力墙厚度H_W、内隔墙厚度H_N，并设定模架体系的层数n，各层高度H_i(i＝1,2,…,n)，以及距离参数d₁、d₂、t_s、t_l、D_n和D_w；

S32，调用所述底层钢大梁模块的基本构件的节点信息矩阵N_GDL、构件信息矩阵L_GDL，自动生成核心筒一个宫格的底层钢大梁模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移或缩放平移，创建该核心筒一个宫格的底层钢大梁模块；然后对其它核心筒的宫格进行循环操作，完成核心筒的所有宫格的底层钢大梁模块的创建。

S33，调用所述筒架柱模块的基本构件的节点信息矩阵构件信息矩阵L_TJZ，自动生成筒架柱模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建该核心筒一个宫格的筒架柱模块；然后对其它核心筒的宫格进行循环操作，完成核心筒的所有宫格的筒架柱模块的创建；

S34，调用所述内吊架模块的基本构件的节点信息矩阵和以及构件信息矩阵L_NDJ，自动生成内吊架模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建该核心筒一个宫格的内吊架模块；然后对其它核心筒的宫格进行循环操作，完成核心筒的所有宫格的内吊架模块的创建；

S35，调用所述钢平台模块的基本构件的节点信息矩阵N_GPT、构件信息矩阵L_GPT，自动生成钢平台模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建钢平台模块；

S36，调用所述外吊架模块的基本构件的节点信息矩阵和以及构件信息矩阵L_WDJ，自动生成外吊架模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建外吊架模块。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法，将整体钢平台模架系统进行模块化拆分，然后定义各模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，通过各模块的基本构件节点坐标和拓扑关系创建基本构件，通过基本构件偏移或缩放偏移创建各模块，从而创建整体钢平台模架系统。具体优点为：(1)该建模方法，只需要给定核心筒结构的平面布置(也即钢平台模架体系的结构边界条件)和少量参数，就可自动生成整体钢平台模架系统，极大地提高了模架系统设计、分析等各个环节效率，提升了设计分析工作水平；(2)生成的整体钢平台模架系统的三维模型，可以在设计、计算分析、施工图等环节之间进行数据传递和共享，减少各中间环节建模工作量，保证数据的有效传递，避免了重复工作；(3)通过该方法自动生成三维模型，杜绝了人为建模易出错的情况，提升了设计和计算分析的水平。

附图说明

图1为本发明一实施例中的整体钢平台模架系统的结构示意图；

图2为图1中沿A-A的剖视图；

图3为本发明一实施例提供的核心筒与底层钢大梁的位置关系图；

图4为本发明一实施例提供的核心筒的一个宫格内的底层钢大梁的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的筒架柱模块的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的内吊架模块的结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的钢平台模块的结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的外吊架模块的结构示意图。

图中标号如下：

核心筒10；外剪力墙11；内隔墙12；底层钢大梁模块100；横向基准梁101；纵向基准梁102；

筒架柱模块200；筒架柱立柱一201；筒架柱立柱二202；筒架柱立柱三203；筒架柱立柱四204；筒架柱连系梁205；

内吊架模块300；内吊架立柱一301；内吊架立柱二302；内吊架连系梁303；

钢平台模块400；平台横梁401；平台纵梁402；

外吊架模块500；外吊架立柱一501；外吊架立柱二502；外吊架连系梁一503；外吊架立柱三504；外吊架立柱四505；外吊架连系梁二506。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例提供的整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法，具体包括如下步骤：

S1.将整体钢平台模架系统拆分为若干模块，并确定模块的基本构件。

请参阅图1和图2所示，整体钢平台模架体系包括底层钢大梁模块100、筒架柱模块200、内吊架模块300、钢平台模块400、外吊架模块500。筒架柱模块200、内吊架模块300位于核心筒10内，且上下两端分别与钢平台模块400、底层钢大梁模块100固定连接。外吊架模块500顶部与钢平台模块400固定连接，悬置于核心筒10的外部。

作为举例，如图1和图3中所示，核心筒10为4宫格(2×2宫格)，当然核心筒10可以为6宫格、9宫格等，为了描述方便，本实施例中核心筒10取为4宫格，在讨论底层钢大梁模块100时，可取其中的一个宫格进行讨论，其它宫格中的底层钢大梁模块100与之相同，只需偏移复制便可得到。

如图4所示，取核心筒10的第a行第b列的宫格进行讨论，其中(a＝1,2；b＝1,2)。该核心筒10在该宫格的左下角的内角点Q^ab的坐标为在核心筒10的结构确定时，Q^ab坐标可以确定，且在a、b变化时，Z坐标相同。作为举例，如图3所示，三维坐标系原点O为底层钢大梁模块100所在平面的核心筒10左下角外角点上，并以核心筒10的长宽高方向分别作为坐标系的X轴、Y轴、Z轴，核心筒10外剪力墙11厚度为H_W，内隔墙12厚度为H_N，核心筒10的宫格长宽分别为H_x、H_y，则核心筒10的4个宫格的角点Q¹¹、Q¹²、Q²¹、Q²²的三维坐标分别为(H_W，H_W，0)、(H_W+H_N+H_x，H_W，0)、(H_W，H_W+H_N+H_y，0)、(H_W+H_N+H_x，H_W+H_N+H_y，0)。

如图4所示，底层钢大梁模块100的基本构件包括垂直设置的横向基准梁101和纵向基准梁102。核心筒10的长宽分别为H_x、H_y，横向基准梁101、纵向基准梁102的端部距离核心筒10的垂直距离为t_s,横向基准梁101、纵向基准梁102与核心筒10的水平距离为d₂，横向基准梁101、纵向基准梁102的走道宽度为D_n。

结合图1和图5所示，筒架柱模块200底部固定在底层钢大梁模块100上，筒架柱模块200的基本构件包括平行间隔设置的筒架柱立柱一201、筒架柱立柱二202、筒架柱立柱三203和筒架柱立柱四204，筒架柱连系梁205将其分为6层。也就是说包括5层筒架柱连系梁205。每一层筒架柱连系梁205有4根，且围合成边长为D_n的正方形框架。

结合图1、图2和图6所示，内吊架模块300的底部与底层钢大梁模块100固定连接，顶部与钢平台模块400固定连接。内吊架模块300的基本构件包括平行间隔设置的内吊架立柱一301、内吊架立柱二302和5根内吊架连系梁303，内吊架连系梁303将内吊架立柱一301、内吊架立柱二302分为6层。其中，内吊架立柱一301、内吊架立柱二302之间的距离为D_n。

结合图2和图7所示，钢平台模块400水平设置，且与筒架柱模块200、内吊架模块300、外吊架模块500的顶部固定连接。钢平台模块400的基本构件包括平台横梁401和平台纵梁402。平台横梁401和平台纵梁402的走道宽度为D_w，平台横梁401和平台纵梁402与核心筒10的水平距离为D_w+d₁。

结合图1、图2和图8所示，外吊架模块500的基本构件包括上部构件和下部构件，上部构件包括外吊架立柱一501、外吊架立柱二502和外吊架连系梁一503，外吊架连系梁一503水平设置且两端与外吊架立柱一501、外吊架立柱二502固定连接。下部构件包括外吊架立柱三504、外吊架立柱四505和外吊架连系梁二506，外吊架连系梁二506水平设置且两端与外吊架立柱三504、外吊架立柱四505固定连接。上部构件的顶部固定在钢平台上，外吊架立柱一501、外吊架立柱二502的间距为D_w，外吊架立柱二502距离核心筒10外立面的距离为d₁，外吊架立柱三504、外吊架立柱四505的间距为D_w-t₁。

S2.确定各模块的基本构件的基本几何参数，并自动生成基本构件的关键节点的节点坐标和基本构件的拓扑关系。基本构件的基本几何参数，是指基本构件的空间位置信息和基本构件之间的相对位置信息。

在本实施例中，基本构件的关键节点，为基本构件的首尾节点。所谓首尾节点坐标，是指基本构件的首尾端面的轴心或形心的三维坐标值(x,y,z)。

S3.对整体钢平台模架系统的各模块组集，生成整体钢平台模架系统的三维模型。

各模块组集，是根据基本构件的拓扑关系自动生成基本构件，还包括对基本构件进行的偏移和缩放偏移。所谓缩放平移，是指对基本构件的长度进行缩放，然后根据偏移距离进行偏移。通常，缩放时一个顶点坐标不变，改变另一点的坐标值。

作为举例，根据外吊架模块500的基本构件的拓扑关系，自动生成第一榀外吊架单元，然后对外吊架单元进行偏移，从而得到外吊架模块500的的所有外吊架单元。

进一步，步骤S2包括如下步骤：

S21.确定底层钢大梁模块100的基本构件的节点坐标和拓扑关系，纵向基准梁102和横向基准梁101的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵N_GDL，纵向基准梁102和横向基准梁101的拓扑关系构成构件信息矩阵L_GDL。其中，如图4中所示，给定参数H_x、H_y、t_s、D₁，则可得到N_GDL、L_GDL，具体为，

如图4所示，g₁～g₄分别为纵向基准梁102和横向基准梁101的节点编码，矩阵N_GDL中每个节点编码后方的三个值，分别为相应节点的x、y、z坐标。矩阵L_GDL将矩阵的每一行连接为底层钢大梁模块100的基本构件。

在矩阵N_GDL、L_GDL中，通过代入不同宫格内交点Q^ab的坐标值Z_gdl，可以得到核心筒10相应宫格的底层钢大梁模块100的基本构件的节点坐标和拓扑关系。

当三维坐标系原点O为底层钢大梁所在平面的核心筒10左下角外角点时，Z_gdl＝0。

S22.确定筒架柱模块200的基本构件的节点坐标和拓扑关系，筒架柱模块200的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵筒架柱模块200的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_TJZ。如图5所示，筒架柱立柱一201、筒架柱立柱二202、筒架柱立柱三203和筒架柱立柱四204被连系梁分为6层，即层数n＝6，有5层连系梁，每一根立柱有7个节点，标记为(m＝1,2,3,4；n＝6)。故

矩阵中的为节点编码，分别为节点的x、y、z坐标。将矩阵L_GDL的每一行连接为基本构件，构成基本构件的拓扑关系。

矩阵L_GDL中，D¹[]、D^E[]、D^1E[]为三个矩阵算子，D¹[]表示删除矩阵的第1行，D^E[]表示删除矩阵的最后一行，D^1E[]表示删除矩阵的首位两行，向量为矩阵的第1列(i＝1,2,3,4)。

进一步，结合图1和图5所示，可以得到节点的三维坐标分别满足以下关系：

其中，i＝1,2，3，…，n+1；

满足以下关系：

作为举例，如图5所示，节点的三维坐标为节点的三维坐标为

S23.确定内吊架模块300的基本构件的节点坐标和拓扑关系；内吊架模块300的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵和内吊架模块300的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_NDJ。

如图6所示，内吊架模块300的基本构件包括平行间隔设置的内吊架立柱一301、内吊架立柱二302和5根内吊架连系梁303，内吊架连系梁303将内吊架立柱一301、内吊架立柱二302分为6层(即层数n＝6)。分别为内吊架立柱一301、内吊架立柱二302的节点编码，分别为节点的三维坐标，分别为节点的三维坐标。其中，

结合图1和图6所示，内吊架立柱一301、内吊架立柱二302之间的距离等于底层钢大梁模块100的走道宽度D_n。内吊架模块300的基本构件可以由筒架柱模块200的基本构件的同一侧面的立柱和连系梁平移得到，比如由筒架柱立柱二202、筒架柱立柱三203和二者之间的筒架柱连系梁205可以平移得到内吊架模块300的基本构件。因此，可以将筒架柱立柱二202、筒架柱立柱三203和二者之间的筒架柱连系梁205视为内吊架的基本构件，因此，内吊架模块300的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵和满足以下要求：

S24.确定钢平台模块400的基本构件的节点坐标和拓扑关系；钢平台模块400的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵N_GPT，钢平台模块400的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_GPT。

如图7所示，钢平台模块400的基本构件包括相互垂直的平台横梁401和平台纵梁402，其中平台横梁401和平台纵梁402的一端重叠，故包含3个节点，分别标记为p₁～p₃。钢平台模块400的走道宽度为D_w，平台横梁401、平台纵梁402距离核心筒10外表面的水平距离为D_w+d₁，核心筒10的整体长度和宽度分别为L_x、L_y。

当三维坐标原点O选为底层钢大梁所在平面的核心筒10左下角外角点，且X轴、Y轴、Z轴分别选为与核心筒10的长宽高方向一致时，则

钢平台模块400与筒架柱模块200的顶部固定连接，因此钢平台模块400的z轴坐标等于筒架柱模块200的顶部节点坐标，

S25.确定外吊架模块500的基本构件的节点坐标和拓扑关系。如图8所示，外吊架模块500的基本构件包括上部构件和下部构件，上部构件包括外吊架立柱一501、外吊架立柱二502和外吊架连系梁一503，节点信息矩阵为和下部构件包括外吊架立柱三504、外吊架立柱四505和外吊架连系梁二506，节点信息矩阵为和外吊架模块500的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_WDJ。

如图8所示，外吊架立柱一501、外吊架立柱三504为同一根立柱的上下两部分，分为两部分仅为了方便表达外吊架模块500基本构件的拓扑关系。

外吊架模块500共有n层，通常n为偶数，且上部构件和下部构件各n/2层。故上部构件和下部构件的关键节点的数量均为n/2+1个。

外吊架模块500的基本构件的节点信息矩阵和构件信息矩阵具体为：

结合图1、图7和图8所示，立柱一的顶点坐标取为钢平台模块400基本构件的节点p₁，且外吊架立柱一501、外吊架立柱二502之间的水平距离为D_w，外吊架立柱三504、外吊架立柱四505之间的水平距离为(D_w-t₁)。当三维坐标原点O选为底层钢大梁所在平面的核心筒10左下角外角点，且X轴、Y轴、Z轴分别选为与核心筒10的长宽高方向一致时，则和满足以下要求：

进一步，步骤S3包括如下步骤：

S31，根据已知的核心筒10结构设计剖面，得出剖面的几何参数，包含核心筒10的总长度L_x和总宽度L_y，核心筒10的宫格数、每个宫格长度H_x和宽度H_y，每个宫格内角点坐标Q^ab的坐标核心筒10外剪力墙11厚度H_W、内隔墙12厚度H_N，并设定模架体系的层数n，各层高度H_i(i＝1,2,…,n)，以及距离参数d₁、d₂、t_s、t_l、D_n和D_w。

S32，调用底层钢大梁模块100的基本构件的节点信息矩阵N_GDL、构件信息矩阵L_GDL，自动生成核心筒10一个宫格的底层钢大梁模块100的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移或缩放平移，创建该核心筒10一个宫格的底层钢大梁模块100；然后对其它核心筒10的宫格进行循环操作，完成核心筒10的所有宫格的底层钢大梁模块100的创建。所谓对核心筒10的宫格进行循环操作，是指根据核心筒10的宫格的角点坐标，创建所在宫格的底层钢大梁模块100，对核心筒10的所有宫格均进行如此操作后，完成核心筒10所有宫格的底层钢大梁模块100的创建，以下筒架柱模块200、内吊架模块300均有类似操作，限于篇幅，不再赘述。

S33，调用筒架柱模块200的基本构件的节点信息矩阵构件信息矩阵L_TJZ，自动生成筒架柱模块200的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建该核心筒10一个宫格的筒架柱模块200；然后对其它核心筒10的宫格进行循环操作，完成核心筒10的所有宫格的筒架柱模块200的创建。

S34，调用内吊架模块300的基本构件的节点信息矩阵和以及构件信息矩阵L_NDJ，自动生成内吊架模块300的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建该核心筒10一个宫格的内吊架模块300；然后对其它核心筒10的宫格进行循环操作，完成核心筒10的所有宫格的内吊架模块300的创建。在核心筒10的每个宫格的剪力墙的内侧间隔设置内吊架模块300。

S35，调用钢平台模块400的基本构件的节点信息矩阵N_GPT、构件信息矩阵L_GPT，自动生成钢平台模块400的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建钢平台模块400。核心筒10的剪力墙两侧均设置有两根平台横梁401或两根平台纵梁402，且设置于核心筒10的剪力墙内侧的平台横梁401或平台纵梁402位于筒架柱模块200、内吊架模块300的正上方。

S36，调用外吊架模块500的基本构件的节点信息矩阵和以及构件信息矩阵L_WDJ，自动生成外吊架模块500的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建外吊架模块500。最终围绕钢平台模块400一圈形成间隔一定距离布设的外吊架模块500。

综上所述，本发明提供的整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法，将整体钢平台模架系统进行模块化拆分，然后定义各模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系，通过各模块的基本构件节点坐标和拓扑关系创建基本构件，通过基本构件偏移或缩放偏移创建各模块，从而创建整体钢平台模架系统。该建模方法具体优点为：

(1)该建模方法，只需要给定核心筒10结构的平面布置(也即钢平台模架体系的结构边界条件)和少量参数，就可自动生成整体钢平台模架系统，极大地提高了模架系统设计、分析等各个环节效率，提升了设计分析工作水平；

(2)生成的整体钢平台模架系统的三维模型，可以在设计、计算分析、施工图等环节之间进行数据传递和共享，减少各中间环节建模工作量，保证数据的有效传递，避免了重复工作；

(3)通过该方法自动生成三维模型，杜绝了人为建模易出错的情况，提升了设计和计算分析的水平。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.一种整体钢平台模架系统模块化参数化自动建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将所述整体钢平台模架系统拆分为若干模块，并确定所述模块的基本构件；

S2.确定所述模块的基本构件的基本几何参数，并自动生成所述基本构件的关键节点的节点坐标和所述基本构件的拓扑关系；

S3.对所述整体钢平台模架系统的各模块组集，生成所述整体钢平台模架系统的三维模型；

所述步骤S2包括如下步骤：

S21.确定底层钢大梁模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；纵向基准梁和横向基准梁的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵N_GDL，所述纵向基准梁和横向基准梁的拓扑关系构成构件信息矩阵L_GDL，其中，

其中，g₁～g₄分别为所述纵向基准梁和横向基准梁的节点编码；

Z_gdl—分别为所述底层钢大梁模块所在宫格角点的x、y、z向坐标；

H_x、H_y—为所述底层钢大梁模块所在宫格x、y向长度；

d₂—底层钢大梁模块的基本构件与核心筒的水平距离；

t_s—为钢大梁模块的基本构件的首尾节点与核心筒内壁的垂直距离；

S22.确定筒架柱模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述筒架柱模块的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵m＝1,2,3,4，所述筒架柱模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_TJZ；其中，

其中，n为层数，为立柱m的n+1个节点编码，包括所述立柱m的首尾节点编码，以及所述立柱m与n-1个连系梁的连接点的节点编码；为节点的三维坐标；

D¹[·]、D^E[·]、D^1E[·]为三个矩阵算子，D¹[·]表示删除矩阵的第1行，D^E[·]表示删除矩阵的最后一行，D^1E[·]表示删除矩阵的首位两行，向量表示矩阵的第i列；

S23.确定内吊架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述内吊架模块的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵和所述内吊架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_NDJ；其中，

其中，分别为所述内吊架模块的基本构件的节点编码；分别为节点的三维坐标；分别为节点的三维坐标；n为层数；

S24.确定钢平台模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述钢平台模块的基本构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵N_GPT，所述钢平台模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_GPT；其中，

其中，p₁～p₃分别为所述内吊架模块的基本构件的节点编码；节点编码后方的三个值分别为相应节点编码的三维坐标；

Z_GPT为钢平台模块的z轴坐标；

S25.确定外吊架模块的基本构件的节点坐标和拓扑关系；所述外吊架模块的上部构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵所述外吊架模块的下部构件的节点编码和节点坐标构成节点信息矩阵和所述外吊架模块的基本构件的拓扑关系构成构件信息矩阵L_WDJ；其中，

其中，分别为所述外吊架模块的上部构件的节点编码；分别为所述外吊架模块的下部构件的节点编码；节点编码后方的三个值分别为相应节点编码的三维坐标。

2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S22中，节点的三维坐标分别满足以下关系：

其中，i＝1,2，3，…，n+1；

其中，D_n为钢大梁模块走道宽度；H_i为所述筒架柱模块第i层的高度。

3.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S23中，节点的三维坐标分别满足以下关系：

4.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S24中，节点p₁、p₂、p₃的三维坐标分别满足以下关系：

其中，D_w 为钢平台模块走道宽度，d₁为钢平台模块走道与核心筒之间的水平距离；L_x、L_y分别为核心筒的整体长度及宽度。

5.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S25中，节点的三维坐标分别满足以下关系：

其中，D_w 为钢平台模块走道宽度，t₁为外吊架模块顶部宽度与底部宽度之间的差值。

6.如权利要求1至5任一项所述的建模方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：

S31，根据已知的核心筒结构设计剖面，得出所述剖面的几何参数，包含核心筒的总长度L_x和总宽度L_y，核心筒的宫格数、每个宫格长度H_x和宽度H_y，每个宫格内角点坐标Q^ab的坐标核心筒外剪力墙厚度H_W、内隔墙厚度H_N，并设定模架体系的层数n，各层高度H_i，i＝1,2,…,n，以及距离参数d₁、d₂、t_s、t_l、D_n和D_w；

S32，调用所述底层钢大梁模块的基本构件的节点信息矩阵N_GDL、构件信息矩阵L_GDL，自动生成核心筒一个宫格的底层钢大梁模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移或缩放平移，创建该核心筒一个宫格的底层钢大梁模块；然后对其它核心筒的宫格进行循环操作，完成核心筒的所有宫格的底层钢大梁模块的创建；

S33，调用所述筒架柱模块的基本构件的节点信息矩阵m＝1,2,3,4，构件信息矩阵L_TJZ，自动生成筒架柱模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建该核心筒一个宫格的筒架柱模块；然后对其它核心筒的宫格进行循环操作，完成核心筒的所有宫格的筒架柱模块的创建；

S34，调用所述内吊架模块的基本构件的节点信息矩阵和以及构件信息矩阵L_NDJ，自动生成内吊架模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建该核心筒一个宫格的内吊架模块；然后对其它核心筒的宫格进行循环操作，完成核心筒的所有宫格的内吊架模块的创建；

S35，调用所述钢平台模块的基本构件的节点信息矩阵N_GPT、构件信息矩阵L_GPT，自动生成钢平台模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建钢平台模块；

S36，调用所述外吊架模块的基本构件的节点信息矩阵和以及构件信息矩阵L_WDJ，自动生成外吊架模块的基本构件，通过设定偏移距离，对基本构件进行平移，创建外吊架模块。