CN112329121A - 一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法，该方法包括以下步骤：1)在三维建模软件中建立几何线框模型；2)在三维建模软件中定义结构信息并将结构信息绑定到线框模型后将其组装成结构分析模型；3)在三维建模软件界面发送调用指令，调用并关联结构分析软件，发送结构分析模型数据到结构分析软件中进行计算分析；4)在三维建模软件中提取结构分析软件的计算结构用于结果分析和图形化结果展示。本发明方法充分发挥了三维建模软件和结构分析软件各自的优点，解决了在结构分析软件中建模难度大的问题，简化了不同软件间的数据传递操作步骤，大大提高了设计师的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构设计辅助技术，尤其涉及一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法。
背景技术
随着建筑市场和计算机技术的发展，高层甚至是超高层建筑越来越多的出现在人们的视野中。与此同时，计算机软件在三维建模和结构计算分析方面的应用也越来越广泛，如比较常用的三维建模软件有Rhinoceros、Sketchup、3DS Max等，比较常用的结构分析软件有Etabs、Sap2000等，这些软件在各自领域都有着强大的功能，辅助使用人员更快更好的完成他们的工作。
然而这些软件往往只在某一领域功能强大，如三维建模软件有着强大的建模功能，但不具备结构计算分析功能；结构计算软件有着强大的计算分析功能，但建模功能不足，设计人员在结构计算软件上建立结构模型的难度较大，费时费力，复杂结构模型的建模尤其如此。因此有些设计人员选用在三维建模软件中建立几何线框模型，然后将该模型以通用模型格式的形式导入到结构分析软件中进行后续处理，该方法解决了建模难度大这个问题，但是操作步骤较多，效率不高。
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，提供一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法，包括以下步骤：
1)在三维建模软件中建立几何线框模型；
2)在三维建模软件中定义结构信息并将结构信息绑定到线框模型后将其组装成结构分析模型；所述结构信息包括荷载模式、荷载工况、荷载组合、反应谱函数、材料属性，框架截面属性、面截面属性、楼层属性；
3)在三维建模软件界面发送调用指令，调用并关联结构分析软件，发送结构分析模型数据到结构分析软件中进行计算分析；
4)在三维建模软件中提取结构分析软件的计算结构用于结果分析和图形化结果展示；
按上述方案，所述步骤2)中定义结构信息以及将结构信息赋予线框模型通过二次开发的结构信息定义模块和结构信息赋予线框模型模块完成，具体如下：
结构信息定义模块，用于通过调用结构信息相应窗口定义荷载模式、荷载工况、荷载组合属性；其中结构信息相应窗口通过二次开发技术自定义结构信息类和结构信息定义窗口获得。
结构信息赋予线框模型模块，用于将结构信息赋予线框模型；具体如下：
通过二次开发技术自定义框架类、面单元类、节点类和相应的信息指定窗口；其中，框架类包含直线几何定位、框架截面、框架荷载属性，面单元类包含面几何定位，面单元截面、面荷载属性，节点类包含节点几何定位和节点约束信息；信息指定窗口包含截面指定窗口、荷载指定窗口、框架局部轴调整窗口、节点约束指定窗口。
按上述方案，所述步骤2)中组装成结构分析模型通过结构分析模型组装模块完成，具体如下：
结构分析模型组装模块，用于对结构信息定义模块定义的结构信息以及结构信息赋予线框模型模块定义的结构信息与线框模型的绑定信息进行汇总，并将其组装成一个完整的结构分析模型，其中，结构分析模型类为自定义类。
按上述方案，所述步骤3)调用并关联结构分析软件，传递结构分析模型数据的实现方式如下：
建立结构分析软件的当前激活窗口与三维建模软件的关联，在当前激活窗口中新建一个空白模型，利用具有数据传递模块将结构分析模型数据传递到结构分析软件中，其中，数据传递模块具体如下：
数据传递模块，用于利用三维建模软件和结构分析软件间的通信管道，三维建模软件实时向结构分析模型发送和获取模型数据；其中，通信管道利用结构计算软件提供的应用程序接口(简称：API)和二次开发技术在三维建模软件和结构分析软件间建立软件关联获得；
按上述方案，所述步骤4)中在三维建模软件中读取与展示计算分析结果是通过调用结果分析模块完成，该模块可读取数据包括结构振型、杆件内力、面单元内力、节点位移、材料用量、柱子或剪力墙的轴压比、最大层间位移、最大层间位移角、楼层刚度、楼层剪力，其中，结果分析模块具体如下：
结果分析模块，用于建立的通信管道获取计算结果，所述计算结果通过结构分析软件计算分析完成，计算结果包含结构振型、杆件内力、面单元内力、节点位移、材料用量、柱子或剪力墙的轴压比、最大层间位移、最大层间位移角、楼层刚度和楼层剪力；上述结果可通过图表或图形化的方式进行展示。
本发明产生的有益效果是：通过在三维建模软件中定义结构信息并绑定结构信息到线框模型中来组装结构分析模型，然后调用结构分析软件并建立关联关系，用户可直接将模型数据快速传递给结构分析软件用于计算分析，并可利用后处理模块提取、分析与图形化展示计算结果。该方法充分发挥了三维建模软件和结构分析软件各自的优点，解决了在结构分析软件中建模难度大的问题，简化了不同软件间的数据传递操作步骤，大大提高了设计师的工作效率。
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是本发明实施例的高层框架结构线框模型示意图；
图3是本发明实施例的组装后的结构分析模型示意图；
图4是本发明实施例的发送模型到Etabs软件后的示意图；
图5是本发明实施例的提取与展示杆件轴力的示意图。
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，一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法，具体流程如图1所述，详细步骤如下：
步骤一：在三维建模软件中建立几何线框模型。
在本实施例中，采用具有参数化建模功能的Grasshopper软件作为三维建模软件，在其中建立一个参数化的高层框架结构线框模型(如图2所示)，包括梁、柱线框和楼板网格面。
选取的三维建模软件需要能提供二次开发功能。
步骤二：利用二次开发的Swallow软件来定义结构信息、指定框架截面和面截面属性、设置结构荷载和节点约束，并将绑定了结构信息的线框模型组装成结构分析模型。
在本实施例中，Swallow软件是基于Grasshopper平台二次开发的建筑结构辅助设计软件。
Swallow软件包括以下模块：
结构信息定义模块，通过二次开发技术自定义结构信息类和结构信息定义窗口，完成定义后可通过调用相应窗口定义荷载模式、荷载工况、荷载组合等属性；
结构信息赋予线框模型模块，通过二次开发技术自定义框架类、面单元类、节点类和相应的信息指定窗口。其中框架类包含直线几何定位、框架截面、框架荷载等属性，面单元类包含面几何定位，面单元截面、面荷载等属性，节点类包含节点几何定位和节点约束信息。信息指定窗口包含截面指定窗口、荷载指定窗口、框架局部轴调整窗口、节点约束指定窗口；
结构分析模型组装模块，该模块可对上述定义的结构信息和结构信息与线框模型的绑定信息进行汇总，并将其组装成一个完整的结构分析模型，其中结构分析模型类为自定义类；
数据传递模块，利用结构计算软件提供的应用程序接口(简称：API)和二次开发技术在三维建模软件和结构分析软件间建立通信管道进行软件关联，利用该通信管道，三维建模软件可实时向结构分析模型发送和获取模型数据；
结果分析模块，待结构分析软件计算分析完成后通过上述建立的通信管道获取计算结果，计算结果包含结构振型、杆件内力、面单元内力、节点位移、材料用量、柱子或剪力墙的轴压比、最大层间位移、最大层间位移角、楼层刚度、楼层剪力，上述结果可通过图表或图形化的方式进行展示；
在本实施例中，高层框架的梁采用300mmx500mm的矩形混凝土截面，柱子采用800mmx800mm的矩形混凝土柱子，楼板采用120mm厚的混凝土楼板，结构楼面承受2.0kN/m2的均布活荷载，底层柱子均为固定约束，结构分析模型如图3所示。
步骤三：在Grasshopper软件中发送调用指令，调用并关联结构分析软件，将结构分析模型数据传递到结构计算软件中，如图4所示；
在本实施例中，采用点击按钮控件的方式来发送调用指令，结构分析软件为开放了应用程序接口(API)的软件；
在本实施例中，结构分析软件采用的是Etabs软件。
在本实施例中，采用新启动Etabs软件的方式新建一个空白模型窗口，并建立Grasshopper软件与Etabs软件的关联关系，然后利用Swallow软件的数据传递模块将组装好的结构分析模型数据发送到Etabs软件中。
步骤四：启动计算分析。
在本实施例中，采用在Grasshopper软件向已关联的Etabs软件发送启动计算分析指令，控制Etabs软件开始计算分析。
步骤五，在Grasshopper软件中提取分析结果。
在本实施例中，待Etabs软件计算完成后，采用Swallow软件的结果分析模块提取已关联的Etabs软件计算结果中的杆件轴力，并在Grasshopper软件中显示其内力云图，如图5所示。
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 (5)
1.一种跨平台协同的高层建筑结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在三维建模软件中建立几何线框模型；
2)在三维建模软件中定义结构信息并将结构信息绑定到线框模型后将其组装成结构分析模型；所述结构信息包括荷载模式、荷载工况、荷载组合、反应谱函数、材料属性，框架截面属性、面截面属性、楼层属性；
3)在三维建模软件界面发送调用指令，调用并关联结构分析软件，发送结构分析模型数据到结构分析软件中进行计算分析；
4)在三维建模软件中提取结构分析软件的计算结构用于结果分析和图形化结果展示。
2.根据权利要求1所述的跨平台协同的高层建筑结构设计方法，其特征在于，所述步骤2)中定义结构信息以及将结构信息赋予线框模型通过二次开发的结构信息定义模块和结构信息赋予线框模型模块完成，具体如下：
结构信息定义模块，用于通过调用结构信息相应窗口定义荷载模式、荷载工况、荷载组合属性；其中结构信息相应窗口通过二次开发技术自定义结构信息类和结构信息定义窗口获得。
结构信息赋予线框模型模块，用于将结构信息赋予线框模型；具体如下：
通过二次开发技术自定义框架类、面单元类、节点类和相应的信息指定窗口；其中，框架类包含直线几何定位、框架截面、框架荷载属性，面单元类包含面几何定位，面单元截面、面荷载属性，节点类包含节点几何定位和节点约束信息；信息指定窗口包含截面指定窗口、荷载指定窗口、框架局部轴调整窗口、节点约束指定窗口。
3.根据权利要求1所述的跨平台协同的高层建筑结构设计方法，其特征在于，所述步骤2)中组装成结构分析模型通过结构分析模型组装模块完成，具体如下：
结构分析模型组装模块，用于对结构信息定义模块定义的结构信息以及结构信息赋予线框模型模块定义的结构信息与线框模型的绑定信息进行汇总，并将其组装成一个完整的结构分析模型，其中，结构分析模型类为自定义类。
4.根据权利要求1所述的跨平台协同的高层建筑结构设计方法，其特征在于，所述步骤3)调用并关联结构分析软件，传递结构分析模型数据的实现方式如下：
建立结构分析软件的当前激活窗口与三维建模软件的关联，在当前激活窗口中新建一个空白模型，利用具有数据传递模块将结构分析模型数据传递到结构分析软件中，其中，数据传递模块具体如下：
数据传递模块，用于利用三维建模软件和结构分析软件间的通信管道，三维建模软件实时向结构分析模型发送和获取模型数据；其中，通信管道利用结构计算软件提供的应用程序接口和二次开发技术在三维建模软件和结构分析软件间建立软件关联获得。
5.根据权利要求1所述的跨平台协同的高层建筑结构设计方法，其特征在于，所述步骤4)中在三维建模软件中读取与展示计算分析结果是通过调用结果分析模块完成，该模块可读取数据包括结构振型、杆件内力、面单元内力、节点位移、材料用量、柱子或剪力墙的轴压比、最大层间位移、最大层间位移角、楼层刚度、楼层剪力，其中，结果分析模块具体如下：
结果分析模块，用于建立的通信管道获取计算结果并展示，所述计算结果通过结构分析软件计算分析完成，计算结果包含结构振型、杆件内力、面单元内力、节点位移、材料用量、柱子或剪力墙的轴压比、最大层间位移、最大层间位移角、楼层刚度和楼层剪力；上述结果通过图表或图形化的方式进行展示。
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