CN110188455A - 一种参数化生成新型网壳结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种参数化生成新型网壳结构的方法，包括如下步骤：创建圆形曲面及两条相交曲线，求得交点D1；生成球面M1，将球面M1与圆形曲面形成的交线六等分，用直线连接形成六边形；生成球面M2；采用上述步骤，通过环形阵列生成六对线段和六个点；生成球面M3，将球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线及六对点D6；进行环形阵列；最后根据上述步骤不断扩展点和线段，最终形成网壳结构。本发明的杆件长度规格更少、加工方便、外形美观，具有明显的推广应用价值。

Description

一种参数化生成新型网壳结构的方法

技术领域

本发明涉及一种参数化生成新型网壳结构的方法。

背景技术

钢结构网壳结构主要以其合理的形体来抵抗外荷载的作用，特别在跨度较大时，网壳结构较于网架结构能节省钢材且外形美观。网壳按曲面外形可分为球面网壳、双曲扁网壳、柱面网壳等结构形式，按层数分包括单层网壳和双层网壳两种。

网壳结构设计不仅可以起到钢结构整体布局的作用，而且可以对整个网壳结构进行模拟优化，提高施工的精度，使钢结构网壳结构达到预期的施工效果。

但是现有技术中的网壳结构在设计过程中需要的杆件长度规格较多，施工比较繁琐，不利于推广应用。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种参数化生成新型网壳结构的方法的技术方案，该网壳结构的成型方法根据Rhino建立圆形曲面及曲线，基于Grasshopper编制点、线程序生成多边形，采用环形阵列生成网壳结构。与现有网壳结构(短程线网壳、凯威特网壳)相比，本发明的杆件长度规格更少、加工方便、外形美观，具有明显的推广应用价值。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种参数化生成新型网壳结构的方法，在Rhino内置的Grasshopper参数化生成网壳模型，其特征在于包括如下步骤：

1)创建圆形曲面及两条相交曲线，求得交点D1；

2)生成球面M1，将球面M1与圆形曲面形成的交线六等分，用直线连接形成六边形；

3)生成球面M2；

4)采用上述步骤，通过环形阵列生成六对线段和六个点；

5)生成球面M3，将球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线及六对点D6；

6)进行环形阵列；

7)最后根据上述步骤不断扩展点和线段，最终形成网壳结构。

该新型网壳结构的生成方法根据Rhino建立圆形曲面及曲线，基于Grasshopper编制点、线程序生成多边形，采用环形阵列生成网壳结构。与现有网壳结构(短程线网壳、凯威特网壳)相比，本发明的杆件长度规格更少、加工方便、外形美观，具有明显的推广应用价值。

进一步，步骤1)中形成交点1的具体步骤为在Rhino软件中创建一个圆形曲面，并在曲面上绘制两条相交曲线，打开Grasshopper插件，读取圆形曲面和曲线，根据相交曲线求得交点D1，通过点D1作为基准点，使后续生成的各个球面及环形阵列都以该点为中心，提高了连线的精度，减小偏差。

进一步，步骤2)中球面M1及六边形生成的具体步骤为根据交点D1和给定的半径生成球面M1，求得球面M1与圆形曲面的交线，将交线六等分，生成六个点，将六个点与交点D1用直线连接，六个相邻点之间用直线连接形成六边形，为后续的球面形成提供基础点。

进一步，步骤3)中球面M2生成的具体步骤为在六边形上选取相邻的两点(D2、D3)，以点D2和点D3为圆心，两点(D2、D3)之间的连线为半径生成两个球面M2，球面M2的半径等于两点(D2、D3)连线的长度，保证每个球面M2的尺寸相等。

进一步，选取的点D2和点D3为六边形上任意相邻两个点。

进一步，步骤4)中六对线段和六个点生成的具体步骤为采用步骤1)～步骤3)，使球面M2与圆形曲面相交生成两条曲面，两条曲线相交生成两点(D4、D5)，D4为内边点，D5为外边点，将外边点D5与两点(D2、D3)连接成两条线段，根据对称性将两条线段和外边点D5围绕点D4进行环形阵列生成六对线段和六个点，保证每次往外扩展的距离相等。

进一步，步骤5)中球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线的具体步骤为将外边六个点生成六个球面M3，球面M3的半径等于外边点D5与点D3连线的长度，六个球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线，六条曲线生成六对点D6，将每对点D6和点D3或点D2连成线段。

进一步，步骤6)中进行环形阵列的具体步骤为通过最外沿的临近的三个点(D6、D5、D6)直线连接生成两条线段，将两条线段围绕点D4进行环形阵列。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明根据Rhino建立圆形曲面及曲线，基于Grasshopper编制点、线程序生成多边形，采用环形阵列生成网壳结构。与现有网壳结构(短程线网壳、凯威特网壳)相比，本发明的杆件长度规格更少、加工方便、外形美观，具有明显的推广应用价值。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种参数化生成新型网壳结构的方法中创建圆形曲面及其上两条相交曲线生成交点D1时的效果图；

图2为本发明中球面M1与圆形曲面交线所形成的六边形结构示意图；

图3为本发明中球面M2形成的结构示意图；

图4为本发明中球面M3形成的结构示意图；

图5为本发明中三个点(D6、D5、D6)直线连接生成两条线段围绕点D4进行环形阵列形成的结构示意图；

图6为本发明中网壳结构的效果图。

具体实施方式

如图1至图6所示，为本发明一种参数化生成新型网壳结构的方法，在Rhino内置的Grasshopper参数化生成网壳模型，包括如下步骤：

1)创建圆形曲面及两条相交曲线，求得交点D1；

形成交点1的具体步骤为在Rhino软件中创建一个圆形曲面，并在曲面上绘制两条相交曲线，打开Grasshopper插件，读取圆形曲面和曲线，根据相交曲线求得交点D1，通过点D1作为基准点，使后续生成的各个球面及环形阵列都以该点为中心，提高了连线的精度，减小偏差。

2)生成球面M1，将球面M1与圆形曲面形成的交线六等分，用直线连接形成六边形；

球面M1及六边形生成的具体步骤为根据交点D1和给定的半径生成球面M1，求得球面M1与圆形曲面的交线，将交线六等分，生成六个点，将六个点与交点D1用直线连接，六个相邻点之间用直线连接形成六边形，为后续的球面形成提供基础点。

3)生成球面M2；

球面M2生成的具体步骤为在六边形上选取相邻的两点(D2、D3)，以点D2和点D3为圆心，两点(D2、D3)之间的连线为半径生成两个球面M2，球面M2的半径等于两点(D2、D3)连线的长度，保证每个球面M2的尺寸相等，选取的点D2和点D3为六边形上任意相邻两个点。

4)采用上述步骤，通过环形阵列生成六对线段和六个点；

六对线段和六个点生成的具体步骤为采用步骤1)～步骤3)，使球面M2与圆形曲面相交生成两条曲面，两条曲线相交生成两点(D4、D5)，D4为内边点，D5为外边点，将外边点D5与两点(D2、D3)连接成两条线段，根据对称性将两条线段和外边点D5围绕点D4进行环形阵列生成六对线段和六个点，保证每次往外扩展的距离相等。

5)生成球面M3，将球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线及六对点D6；

球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线的具体步骤为将外边六个点生成六个球面M3，球面M3的半径等于外边点D5与点D3连线的长度，六个球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线，六条曲线生成六对点D6，将每对点D6和点D3或点D2连成线段。

6)进行环形阵列；

进行环形阵列的具体步骤为通过最外沿的临近的三个点(D6、D5、D6)直线连接生成两条线段，将两条线段围绕点D4进行环形阵列。

7)最后根据上述步骤不断扩展点和线段，最终形成网壳结构。

该新型网壳结构的生成方法根据Rhino建立圆形曲面及曲线，基于Grasshopper编制点、线程序生成多边形，采用环形阵列生成网壳结构。与现有网壳结构(短程线网壳、凯威特网壳)相比，本发明的杆件长度规格更少、加工方便、外形美观，具有明显的推广应用价值。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种参数化生成新型网壳结构的方法，在Rhino内置的Grasshopper参数化生成网壳模型，其特征在于包括如下步骤：

1)创建圆形曲面及两条相交曲线，求得交点D1；

2)生成球面M1，将球面M1与圆形曲面形成的交线六等分，用直线连接形成六边形；

3)生成球面M2；

4)采用上述步骤，通过环形阵列生成六对线段和六个点；

5)生成球面M3，将球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线及六对点D6；

6)进行环形阵列；

7)最后根据上述步骤不断扩展点和线段，最终形成网壳结构。

2.根据权利要求1所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：步骤1)中形成交点1的具体步骤为在Rhino软件中创建一个圆形曲面，并在曲面上绘制两条相交曲线，打开Grasshopper插件，读取圆形曲面和曲线，根据相交曲线求得交点D1。

3.根据权利要求1所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：步骤2)中球面M1及六边形生成的具体步骤为根据交点D1和给定的半径生成球面M1，求得球面M1与圆形曲面的交线，将交线六等分，生成六个点，将六个点与交点D1用直线连接，六个相邻点之间用直线连接形成六边形。

4.根据权利要求1所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：步骤3)中球面M2生成的具体步骤为在六边形上选取相邻的两点(D2、D3)，以点D2和点D3为圆心，两点(D2、D3)之间的连线为半径生成两个球面M2，球面M2的半径等于两点(D2、D3)连线的长度。

5.根据权利要求4所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：选取的点D2和点D3为六边形上任意相邻两个点。

6.根据权利要求4所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：步骤4)中六对线段和六个点生成的具体步骤为采用步骤1)～步骤3)，使球面M2与圆形曲面相交生成两条曲面，两条曲线相交生成两点(D4、D5)，D4为内边点，D5为外边点，将外边点D5与两点(D2、D3)连接成两条线段，根据对称性将两条线段和外边点D5围绕点D4进行环形阵列生成六对线段和六个点。

7.根据权利要求6所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：步骤5)中球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线的具体步骤为将外边六个点生成六个球面M3，球面M3的半径等于外边点D5与点D3连线的长度，六个球面M3与圆形曲面相交生成六条曲线，六条曲线生成六对点D6，将每对点D6和点D3或点D2连成线段。

8.根据权利要求7所述的一种参数化生成新型网壳结构的方法，其特征在于：步骤6)中进行环形阵列的具体步骤为通过最外沿的临近的三个点(D6、D5、D6)直线连接生成两条线段，将两条线段围绕点D4进行环形阵列。