CN115017577A - 一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法 - Google Patents

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柳春
杨旭辰
张婧
杨佳坤
童超华
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Abstract

本发明公开了一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，涉及建筑幕墙技术领域，包括：提取原始建筑扭曲面模型的原始轮廓自由曲线，优化后建立新曲面，根据建筑分格限制条件将新曲面划分为若干单元曲面；分别以玻璃翘曲值和曲面拱高为约束条件，设置临界值进行筛选判定，得到双曲面板块、单曲面板块和平面板块；对于双曲面板块继续分析优化，将双曲面板块优化为单曲面板块；进行幕墙系统构造设计。本发明在建筑限制条件下采用数字化技术模拟优化分割扭曲面，尽可能的采用平板和单曲板代替扭曲面，再进行针对性的幕墙系统构造设计，从而大幅降低扭曲面玻璃幕墙的造价和实施难度，以较低的成本较大限度的实现扭曲面外观效果，操作性强，具有较高的实用价值。

Description

一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法
技术领域
本发明属于建筑幕墙技术领域，更具体地，涉及一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法。
背景技术
随着数字技术的发展，曲面形态在建筑设计中被广泛应用，复杂空间扭曲面玻璃幕墙因其轻盈、柔美、流畅的特点备受建筑师青睐，然而玻璃作为一种脆性材料，扭曲面玻璃幕墙相对平板面或单曲面玻璃幕墙来讲较难以实现，实现扭曲面最理想效果的方法是利用玻璃热弯方法，将玻璃弯曲加工成扭曲面形状，同时将支撑龙骨弯曲成合理的弧形，采用此方法的主要优势是确保相邻的幕墙面板可以自然过渡，增强曲面整体外形的流畅性与美观性，但这种方法的缺点是玻璃加工过程比较复杂，需定制大量热弯模具，龙骨双向拉弯成弧质量不易控制，导致加工周期很长，加工成本很高，加工难度较大，因而在实际工程中常采用冷弯工艺或以三角形面板拟合扭曲面方法来实现玻璃幕墙的扭曲面效果。前者玻璃冷弯工艺原理是利用平板玻璃本身具备一定弹性可弯曲的特点，安装时人工合理压弯安装就位，通过多块平板玻璃的压弯扭曲变形而达到拟合幕墙曲面的效果，采用冷弯工艺安装完成的玻璃幕墙内部包括玻璃和型材都存在一定的内应力，内应力无法消除会长期存在，施工安装和后期使用过程中会出现玻璃破损的情况，故此方法只适用曲率较小的扭曲面玻璃幕墙。后者三角形面板拟合扭曲面方法是将扭曲面玻璃分割为若干三角形平面板块玻璃，通过三角形三点共面来实现广义的连续光滑的空间扭曲面，对于复杂的空间扭曲面采用三角形平面板块模拟能够实现，但三角形平面板块模拟曲面的做法造成玻璃幕墙视觉效果差，过多的三角形板块破坏视觉的通透性，其三角形分缝在视觉上显得比较杂乱。在实际已建造完成工程中，扭曲面玻璃幕墙花费代价较大但落地性视觉效果往往不佳，难以满足建筑师对扭曲面外观的品质要求，因此提出一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，从设计源头解决上述工程痛点问题很有必要性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，在建筑限制条件下采用数字化技术模拟优化分割扭曲面，尽可能的采用平板和单曲板拟合代替扭曲面，再进行针对性的幕墙系统构造设计，从而大幅降低扭曲面玻璃幕墙的造价和降低扭曲面玻璃幕墙的实施难度，以较低的成本较大限度的实现扭曲面外观效果，操作性强，具有较高的实用价值。
为实现上述目的，本发明提供了一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，包括：
S1：输入原始建筑扭曲面的三维模型；
S2：提取三维模型的原始轮廓自由曲线，优化原始轮廓自由曲线后建立新曲面，根据建筑分格限制条件将新曲面划分为若干玻璃单元曲面；
S3：分析玻璃单元曲面，分别以玻璃翘曲值和曲面拱高为约束条件，分别设置临界值x和临界值y进行筛选判定玻璃单元曲面，分别得到双曲面板块、单曲面板块和平面板块；
S4：对于得到的双曲面板块继续分析优化，将双曲面板块优化为单曲面板块；
S5：进行幕墙系统构造设计。
在一些可选的实施方案中，步骤S3包括：
S31：拾取玻璃单元曲面的四个顶点，用其中三个顶点形成一个平面，计算第四顶点至平面的距离值作为玻璃单元曲面的玻璃翘曲值X0，设定临界值x；玻璃单元曲面的面积重心距玻璃单元曲面的距离值作为玻璃单元曲面的拱高Y0，设定临界值y；
S32：当X0>x时，玻璃单元曲面为双曲面，无需进行拱高Y0的判定，直接进入步骤S4进一步优化；
S33：当X0≤x时，玻璃单元曲面能够用平面或单曲拟合替代，需进行拱高Y0的判定；
S34：当Y0≤y时，玻璃单元曲面用平面拟合替代；当Y0>y时，玻璃单元曲面用单曲面拟合替代。
在一些可选的实施方案中，步骤S4包括：
拾取玻璃单元曲面四个顶点对角线相连得到两条对角线，取两条对角线中长度较短的对角线L1中点与另一对角线L2的两端点形成圆弧线，圆弧线再以对角线L1的方向做曲面，把原双曲面轮廓线投影到这个曲面上得到优化成后的单曲面。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，在建筑限制条件下通过软件采用数字化技术模拟优化分割扭曲面，尽可能的采用平板和单曲板拟合代替扭曲面，再进行针对性的幕墙系统构造设计，从而大幅降低扭曲面玻璃幕墙的造价和降低扭曲面玻璃幕墙的实施难度，以较低的成本较大限度的实现扭曲面外观效果，本方法操作性强，具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种扭曲面玻璃幕墙示意图；
图3是本发明实施例提供的一种优化前扭曲面的高斯曲率分析图；
图4是本发明实施例提供的一种遗传算法的数据分析图；
图5是本发明实施例提供的一种根据建筑限制条件划分玻璃单元示意图；
图6是本发明实施例提供的一种单曲拟合双曲示意图；
图7是本发明实施例提供的一种优化后扭曲面的高斯曲率分析图。
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，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示是本发明实施例提供的一种方法流程示意图，图2和图3为一空间扭曲面玻璃幕墙，其玻璃面扭曲不规则，高斯曲率变化较大，下面以该空间扭曲面为例说明本发明具体方法步骤。
如图1-7所示，一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，包括如下步骤：
步骤S1：在Rhino软件输入原始建筑扭曲面玻璃幕墙的三维模型；
步骤S2：提取扭曲面的原始轮廓自由曲线a，在曲线a上随机取3个取样点并断开曲线a形成4条曲线段a1，a2，a3，a4，分别取该4条曲线段的两端点和中点形成4条新圆弧线段b1，b2，b3，b4，将新圆弧线段b(b1，b2，b3，b4)分别用100个分格点等分后计算所有分格点到曲线段a(a1，a2，a3，a4)的最近距离值并求和sum；
如图4所示，利用Rhino软件的Grasshopper的遗传算法计算得出上述步骤中3个取样点的具体点位时该sum最小，sum最小时得到的圆弧线段b(b1，b2，b3，b4)为最接近原始轮廓自由曲线a，然后放样得到优化后的曲面P1；
如图5所示，根据建筑分格限制条件，将优化后的曲面P1按横向分格面相交提取曲面P1上的分格曲线c，4等分曲线c并翻转分格点的数据结构，将分格点连接形成竖向分格后创建玻璃单元曲面P2。
步骤S3：分析玻璃单元曲面P2，分别以玻璃翘曲值X0和曲面拱高Y0为约束条件，设设临界值x和临界值y进行筛选判定该玻璃单元曲面P2，具体步骤如下：
如图6所示，拾取单元曲面P2的四个顶点用其中三个点形成一个平面，计算第四点至该平面的距离值即为该单元曲面P2的玻璃翘曲值X0，设定临界值x＝20mm；单元曲面P2的面积重心距该曲面的距离值即为该单元曲面P2的拱高Y0，设定临界值y＝50mm；
当X0>x时，该单元曲面P2为双曲面，无需进行拱高Y0的判定，直接进入S4步骤进一步优化；
当X0≤x时，该单元曲面P2可用平面或单曲面拟合替代，需进行拱高Y0的判定：当Y0≤y时，该单元曲面P2用平面拟合替代；当Y0>y时，该单元曲面P2用单曲面拟合替代。
步骤S4：对于步骤S3得到的双曲面板块继续分析优化，具体步骤如下：
如图7所示，拾取该单元曲面P2四个顶点对角线相连得到两条对角线，取两条对角线中长度较短的对角线L1中点与另一对角线L2的两端点形成圆弧线d，该圆弧线d再以对角线L1的方向做曲面，把原双曲面轮廓线投影到这个曲面上得到优化成后的单曲面P3。
步骤S5：针对优化后得到的平板面玻璃和单曲面玻璃分别进行幕墙系统构造设计。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种扭曲面玻璃幕墙的设计方法，其特征在于，包括：
S1：输入原始建筑扭曲面的三维模型；
S2：提取三维模型的原始轮廓自由曲线，优化原始轮廓自由曲线后建立新曲面，根据建筑分格限制条件将新曲面划分为若干玻璃单元曲面；
S3：分析玻璃单元曲面，分别以玻璃翘曲值和曲面拱高为约束条件，分别设置临界值x和临界值y进行筛选判定玻璃单元曲面，分别得到双曲面板块、单曲面板块和平面板块；
S4：对于得到的双曲面板块继续分析优化，将双曲面板块优化为单曲面板块；
S5：进行幕墙系统构造设计。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31：拾取玻璃单元曲面的四个顶点，用其中三个顶点形成一个平面，计算第四顶点至平面的距离值作为玻璃单元曲面的玻璃翘曲值X0，设定临界值x；玻璃单元曲面的面积重心距玻璃单元曲面的距离值作为玻璃单元曲面的拱高Y0，设定临界值y；
S32：当X0>x时，玻璃单元曲面为双曲面，无需进行拱高Y0的判定，直接进入步骤S4进一步优化；
S33：当X0≤x时，玻璃单元曲面能够用平面或单曲拟合替代，需进行拱高Y0的判定；
S34：当Y0≤y时，玻璃单元曲面用平面拟合替代；当Y0>y时，玻璃单元曲面用单曲面拟合替代。
3.根据权利要求1或2所述的设计方法，其特征在于，步骤S4包括：
拾取玻璃单元曲面四个顶点对角线相连得到两条对角线，取两条对角线中长度较短的对角线L1中点与另一对角线L2的两端点形成圆弧线，圆弧线再以对角线L1的方向做曲面，把原双曲面轮廓线投影到这个曲面上得到优化成后的单曲面。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116595614A (zh) * 2023-05-21 2023-08-15 中信建筑设计研究总院有限公司 一种双曲面幕墙优化方法

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