CN110990928A - 一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法，该方法包括以下步骤：1)根据设计需求构建结构控制表皮；2)根据结构控制表皮确定空间网格结构形式，并编制Grasshopper参数化建模程序，在结构控制表皮生成空间网格结构线框模型；3)在空间网格结构线框模型上建立用于传递结构面荷载的导荷面；4)为空间网格结构线框模型添加结构信息；所述结构信息包括杆件截面信息、荷载形式和大小和节点约束信息；5)建立Rhino软件与SAP2000软件的数据桥梁，将空间网格结构线框模型自动导入SAP2000软件中进行计算分析。本发明方法通过进行空间网格结构参数化建模以及计算分析，大大提高了建模准确性和工作效率，为设计师设计复杂建筑项目提供了一套有效方法。

Description

一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法

技术领域

本发明涉及辅助建筑结构设计技术，尤其涉及一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法。

背景技术

随着建筑技术和计算机技术的不断发展，建筑造型越来越多样化，自由曲面由于其独特的表现力和视觉效果，越来越受到建筑师的青睐，从而也越来越多的出现在现代建筑中。

自由曲面虽然给建筑形式带来了无限可能，但是其复杂和不规则的形体给结构设计带来了极大困难。传统设计方法一般是直接在结构分析软件上进行建模，然后做计算分析，但是结构分析软件如SAP2000、USSCAD、Midas等都明显具有计算分析功能强大而三维建模功能不足的特点。三模建模软件Rhino+Grasshopper则具有强大的三维建模功能，尤其是具有参数化建模功能，可用于建立各种复杂模型，因而可结合三模建模软件和结构分析软件各自的优点，通过软件开发技术将两个软件有效结合起来，运用于异形空间网格结构的设计中，充分发挥不同软件的优点。

本发明的一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法是基于Rhino+grasshopper平台来进行异形空间网格结构的参数化建模，然后通过开发相应程序将模型自动导入到结构分析软件SAP2000中进行计算分析。通过本方法可通过修改建模程序参数或是修改建模逻辑快速得到多种方案模型，并快速得到计算结果，大大提高设计人员的建模准确性和设计效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法，包括以下步骤：

1)根据设计需求构建结构控制表皮；

2)根据结构控制表皮确定空间网格结构形式和建模流程，并编制Grasshopper参数化建模程序，在结构控制表皮生成空间网格结构线框模型；

3)在空间网格结构线框模型上建立用于传递结构面荷载的导荷面；

4)为空间网格结构线框模型添加结构信息；所述结构信息包括杆件截面信息、荷载形式和大小和节点约束信息；

5)建立Rhino软件与SAP2000软件的数据桥梁，将空间网格结构线框模型自动导入SAP2000软件中进行计算分析。

按上述方案，所述步骤1)中所述结构控制表皮通过建筑曲面偏移得到或通过建模得到。

按上述方案，所述步骤2)中根据结构控制表皮确定空间网格结构形式和建模流程，具体如下：

1)在结构控制表皮上提取离散节点；

2)提取所确定的空间网格结构形式的杆件连接逻辑，在离散节点上按对应规则连线构建空间网格模型。

按上述方案，所述步骤2)中编制Grasshopper参数化建模程序，在结构控制表皮生成空间网格结构线框模型，具体如下：

以结构控制表皮、结构控制表皮曲面两个方向U、V向节点数量和网架厚度作为输入变量，根据确定的空间网格结构形式建模流程编制相应的Grasshopper参数化建模程序，通过该参数化建模程序在结构控制表皮上生成空间网格结构线框模型；

所述编制相应的Grasshopper参数化建模程序为通过调用Grasshopper的相关运算器模块，完成参数输入、曲面离散点提取、根据空间网格结构形式特点在节点间连线三大模块的功能，编制成一个完整的Grasshopper参数化建模程序。

按上述方案，所述步骤3)中建立导荷面时，应保持导荷面的法向一致。

按上述方案，所述步骤5)中将空间网格结构线框模型自动导入SAP2000软件中进行计算分析是通过建立Rhino软件与SAP2000软件的数据传递模块完成模型导入，具体如下：

利用SAP2000软件的应用编程接口SAP2000 API和Rhino软件中Grasshopper脚本编辑器开发数据传递模块将添加了结构信息的模型导入SAP2000中进行计算分析。

本发明产生的有益效果是：本发明提供了一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法，能根据结构控制表皮快速准确的建立空间网格结构线框模型，并能通过参数调整实时更新模型，然后通过开发相应工具将结构分析所需信息与空间网格结构线框信息关联起来并将模型自动导入SAP2000中进行计算分析，达到了同时调用两个软件进行空间网格结构参数化建模以及计算分析的目的，大大提高了建模准确性和工作效率，为设计师设计复杂建筑项目提供了一套有效方法。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的结构控制表皮示意图；

图3是本发明实施例的空间网格结构线框模型示意图；

图4是本发明实施例的添加导荷面后的模型示意图；

图5是本发明实施例的SAP2000结构分析模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法，具体流程图如图1所示，详细步骤如下：

步骤一：构建结构控制表皮(图2)。此表皮曲面为根据建筑曲面偏移一定距离得到，为空间自由曲面，本实例中空间网格结构的上弦杆节点位于该曲面上。

步骤二：根据本实例曲面特点，拟采用双向正交正放网架结构。将控制曲面、曲面两个方向的节点数量、网架厚度作为输入参数，通过调用Grasshopper的相关运算器，完成参数输入、曲面离散点提取、根据正交正放网架结构特点在节点间连线三大模块的功能，编制成一个完整的正交正放网架结构参数化建模程序，通过输入合适参数得到图3所示网格结构线框模型。另外也可将该参数化建模程序封装成一个专用运算器，方便以后调用。

步骤三：将上述得到的线框模型的上弦杆件分离出来，然后在由上弦杆所组成的每个封闭网格中建立四边形网格模型(图4)，作为导荷面使用，并调整所有网格法向沿-Z轴方向。

步骤四：Grasshopper中没有专门的处理结构信息的运算器，因而需要用户自己开发，可利用Grasshopper自带的脚本编辑器来开发结构信息定义与结构信息指定两个功能模块，实现对线框模型添加结构信息的目的。本实例中网架杆件均采用Q345钢材，其中上、下弦杆采用Pipe203mmx6mm的圆管截面，腹杆采用Pipe212mmx5mm的圆管截面，柱子采用500mm直径的混凝土柱子，结构承受竖向面荷载为0.5kN/m²、活载0.4kN/m²，支座节点为固接。

步骤五：利用SAP2000软件的应用编程接口(SAP2000 API)和Grasshopper脚本编辑器开发模型传递模块将添加了结构信息的模型导入SAP2000中进行计算分析(图5)。该功能模块可以自动启动SAP2000，然后传递模型进行计算分析，实现在Rhino软件与SAP2000软件中建立数据桥梁，提高建筑设计和结构分析效率的目的。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种跨软件平台的异形空间网格结构参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据设计需求构建结构控制表皮；

2)根据结构控制表皮确定空间网格结构形式和建模流程，并编制Grasshopper参数化建模程序，在结构控制表皮生成空间网格结构线框模型；

3)在空间网格结构线框模型上建立用于传递结构面荷载的导荷面；

4)为空间网格结构线框模型添加结构信息；所述结构信息包括杆件截面信息、荷载形式和大小和节点约束信息；

5)建立Rhino软件与SAP2000软件的数据桥梁，将空间网格结构线框模型自动导入SAP2000软件中进行计算分析。

2.根据权利要求1所述的异形空间网格结构参数化设计方法，其特征在于，所述步骤1)中所述结构控制表皮通过建筑曲面偏移得到或通过建模得到。

3.根据权利要求1所述的异形空间网格结构参数化设计方法，其特征在于，所述步骤2)中根据结构控制表皮确定空间网格结构形式和建模流程，具体如下：

1)在结构控制表皮上提取离散节点；

2)提取所确定的空间网格结构形式的杆件连接逻辑，在离散节点上按对应规则连线构建空间网格模型。

4.根据权利要求1所述的异形空间网格结构参数化设计方法，其特征在于，所述步骤2)中编制Grasshopper参数化建模程序，在结构控制表皮生成空间网格结构线框模型，具体如下：

以结构控制表皮、结构控制表皮曲面两个方向U、V向节点数量和网架厚度作为输入变量，根据确定的空间网格结构形式建模流程编制相应的Grasshopper参数化建模程序，通过该参数化建模程序在结构控制表皮上生成空间网格结构线框模型；

所述编制相应的Grasshopper参数化建模程序为通过调用Grasshopper的相关运算器模块，完成参数输入、曲面离散点提取、根据空间网格结构形式特点在节点间连线三大模块的功能，编制成一个完整的Grasshopper参数化建模程序。

5.根据权利要求1所述的异形空间网格结构参数化设计方法，其特征在于，所述步骤3)中建立导荷面时，应保持导荷面的法向一致。

6.根据权利要求1所述的异形空间网格结构参数化设计方法，其特征在于，所述步骤5)中将空间网格结构线框模型自动导入SAP2000软件中进行计算分析是通过建立Rhino软件与SAP2000软件的数据传递模块完成模型导入，具体如下：

利用SAP2000软件的应用编程接口SAP2000 API和Rhino软件中Grasshopper脚本编辑器开发数据传递模块将添加了结构信息的模型导入SAP2000中进行计算分析。

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