CN117056999A - 基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及辅助建筑设计技术领域，具体涉及一种基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，包括以下步骤：步骤一：通过几何关系确定矩形投影空间组合网壳模型的几何参数，利用相应的输入插件表示各个几何参数，得到相应的矩形投影面；步骤二：利用应用插件生成折板面或者叉筒曲面或者双倾曲面；步骤三：利用等参数法或映射法将面进行网格划分生成局部的网格点；步骤四：通过对应的插件进行杆件连接生成单层矩形投影空间网壳。本发明采用基于grasshopper的参数化建模设计方法在辅助建筑设计应用上提高了建模效率，为采用有限元设计软件进行不同类型、不同参数下的复杂造型空间网壳结构的受力分析和结构设计优化提高了极大的方便。
Description
技术领域
本发明涉及辅助建筑设计技术领域，具体涉及一种基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法。
背景技术
随着技术的进步和节约意识的提高，在结构设计领域中造型优美、受力合理、绿色环保的钢结构建筑得到了迅猛的发展。网壳结构是一种曲面壳体形式的空间结构，它用杆系结构实现各种空间曲面的建筑造型，因其合理的结构特性、大跨度、对各式各样的建筑形体的灵活适应性、杆件及节点布置的建筑造型与结构受力及经济指标综合效应好、造型美观等一系列优点，已被国内外广泛地应用在体育建筑、文化建筑、纪念性建筑、交通建筑以及其它各类现代建筑之中。而空间曲面作为新型复杂曲面中最受青睐的表现形式，因其生动的外型和优美的曲面形态，在大跨空间结构中越加广泛地被应用在建筑领域中。
为了改善空间曲面网壳结构形态和提高建模效率，现在提出一种基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，用以解决现有复杂造型的空间网壳结构建模困难、建模效率低、重复利用率不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，包括以下步骤：
步骤一：通过几何关系确定矩形投影空间组合网壳模型的几何参数，利用相应的输入插件表示各个几何参数，得到相应的矩形投影面；
步骤二：利用应用插件生成折板面或者叉筒曲面或者双倾曲面；
步骤三：利用等参数法或映射法将面进行网格划分生成局部的网格点；
步骤四：通过对应的插件进行杆件连接生成单层矩形投影空间网壳。
进一步的，所述矩形投影空间组合网壳模型至少包括外部为第一类折板面、第二类折板面、叉筒曲面和双倾曲面的一种，并且中心为双倾曲面、折板面和柱面中的一种的矩形投影空间组合网壳模型。
进一步的，外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点，利用中心高度参数调节中心顶点高度；步骤三：通过两点确定直线插件连接中心顶点与矩形短边角点和长边中点生成脊线；步骤四：通过脊线和脊线之间的底部矩形边线利用边线生成面插件得到外部第一类折板面，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和等参数法划分外部第一类折板面和中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
进一步的，外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点和边部中心点，利用中心高度和边部中心高度参数调整中心顶点和边部中心点高度；步骤三：通过两点确定直线插件连接中心顶点与矩形短边角点和长边中点和边部中心点生成脊线；步骤四：使用双轨扫略插件连接两根相邻的脊线和脊线之间的底线生成第二类折板面，并通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和等参数法划分外部第二类折板面和中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
进一步的，外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点和边部中心点，利用中心高度和边部中心高度参数调整中心顶点和边部中心点高度；步骤三：通过矩形角点和边部中心点长边中点或矩形角点生成圆线；通过两点确定直线插件连接中心顶点与边部中心点生成脊线和轨迹线；步骤四：使用双轨扫略插件连接脊线和轨迹线之间的圆线生成外部叉筒曲面，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和等参数法划分外部叉筒曲面和中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
进一步的，外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点和外部中心点，利用中心高度和外部中心高度参数生成中心顶点和外部中心点；步骤三：通过两点确定直线插件连接中心顶点或外部中心点和长边中点或矩形角点生成脊线；步骤四：通过两个中心脊线和两个外部脊线利用边线生成面插件得到外部双倾曲面，通过底部矩形在曲面上的投影线，使用曲面切割插件删除矩形投影外的曲面，得到外部双倾曲面，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和映射法划分外部双倾曲面得到网格点，通过网格划分次数参数和等参数法划分中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
进一步的，将中心双倾曲面修改为中心折板面，根据对应生成的外部曲面和脊线，通过两点确定直线插件连接两个中心顶点，生成与矩形长边平行的中心线，使用双轨扫略插件连接两根相邻的脊线和与矩形长边平行的中心线生成局部中心折板面；通过网格划分次数和等参法划分折板面得到中心折板面网格点；通过多段线插件连接划分的网格点分别对应生成相应的单层中心折板面的矩形投影空间组合网壳。
进一步的，将中心双倾曲面修改为中心柱面，根据对应生成的脊线，通过两点确定直线插件连接中心顶点和柱面顶点生成与矩形长边平行的轨迹线；通过矩形长边中心点和柱面中心点三点生成圆线，通过使用双轨扫略插件连接脊线、轨迹线和圆线生成局部中心柱面；通过镜像插件得到完整的中心柱面；通过网格划分次数参数等参数法划分柱面得到网格点；通过多段线插件连接划分的网格点生成相应的单层中心柱面矩形投影空间组合网壳。
进一步的，在构建的相应单层矩形投影空间组合网壳的基础上，通过网壳厚度插件将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，得到双层桁架型矩形投影空间网壳。
进一步的，在构建的相应单层矩形投影空间组合网壳的基础上，通过边线生成面插件生成角锥上弦面，通过几何中心插件得到角锥上弦面的几何中心，通过曲面分析插件得到通过几何中心点且垂直于角锥上弦平面的法向向量；通过网壳厚度插件，将上弦杆节点沿法向下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到腹杆，得到双层角锥型矩形投影空间网壳。
本发明的有益效果是：
本发明利用grasshopper操作过程可视化的特点进行参数化建模，初始参数可以随意调整，能动态显示参数调整的过程，实现参数化建模的目标。参数化建模不仅可以生成新颖的矩形投影空间组合面，而且能够提高模型的生成和修改速度，提高了工作效率。参数化建模是参数（变量）而不是数字建立和分析的模型，通过简单的改变模型中的参数值就能建立和分析新的模型，在辅助建筑设计上的应用提高了建模效率，促进了复杂造型的空间网壳结构的使用。本发明采用基于grasshopper的参数化建模设计方法简单、高效，为采用有限元设计软件进行不同类型、不同参数下的复杂造型空间网壳结构的受力分析和结构设计优化提高了极大的方便。
附图说明
图1（a）~图1（g）为外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法示意图，图1 (a)为生成外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的电池图，图1 (b)为外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的几何关系图， 图1 (c)为中心双倾曲面的生成电池图，图1 (d)为组合曲面网格划分和上弦杆的生成电池图，图1 (e)为单层外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图1 (f)为外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳中下弦杆和腹杆的生成电池图，图1 (g)为双层桁架型外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图；
图2（a）~图2（g）为外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法示意图，图2 (a)为生成外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的电池图，图2 (b)为外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的几何关系图，图2 (c)为外部第二类折板面的生成电池图，图2(d)为组合曲面网格划分和上弦杆的生成电池图，图2 (e)为单层外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图2 (f)为外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳中下弦杆和腹杆的生成电池图，图2 (g)为双层桁架型外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图；
图3（a）~图3（g）为外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法示意图，图3 (a)为生成外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的电池图，图3 (b)为外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的几何关系图，图3(c)为叉筒曲面的生成电池图，图3 (d)为组合曲面网格划分和上弦杆的生成电池图，图3(e)为单层外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型图，图3 (f)为外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳中下弦杆和腹杆的生成电池图，图3(g)为双层桁架型外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图；
图4（a）~图4（g）为外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法示意图，图4 (a) 为生成外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的电池图，图4 (b)为外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的几何关系图，图4(c)为组合双倾曲面的生成电池图；图4 (d)为组合曲面网格划分和上弦杆的生成电池图，图4 (e)为单层外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图4(f)为外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳中下弦杆和腹杆的生成电池图，图4 (g)为双层桁架型外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图；
图5（a）~图5（f）为中心折板面矩形投影空间组合网壳的生成方法示意图，图5 (a)为生成中心折板面矩形投影空间组合网壳的电池图，图5 (b)为外部双倾曲面中心折板面组合曲面，图5 (c)为单层外部第二类折板面、中心折板面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图5(d)为单层外部叉筒曲面、中心折板面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图5 (e)为单层外部双倾曲面、中心折板面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图， 图5(f)为双层桁架型外部双倾曲面、中心折板面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图；
图6（a）~图6（g）为中心柱面矩形投影空间组合网壳的生成方法示意图，图6 (a)为生成中心柱面矩形投影空间组合网壳的电池图，图6 (b)为外部双倾曲面、中心柱面矩形投影空间组合几何关系图，图6 (c)为单层外部第一类折板面、中心折板面矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图6 (d)为单层外部第二类折板面、中心柱面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图6 (e)为单层外部叉筒曲面、中心柱面的矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图6 (f)为单层外部双倾曲面、中心柱面矩形投影空间组合网壳的模型示意图，图6(g)双层桁架型外部双倾曲面、中心柱面矩形投影空间组合网壳的模型示意图；
图7（a）~图7（d）为外部双倾曲面中心双倾曲面的双层角锥型矩形投影空间网壳的生成方法示意图，图7 (a)为角锥上弦平图，图7 (b)为生成角锥上弦面的电池图，图7 (c)为生成下弦杆和腹杆的电池图，图7 (d)为外部双倾曲面、中心双倾曲面的双层角锥型矩形投影空间网壳的模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法的实施例：
基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法包括以下步骤：
步骤一：通过几何关系确定矩形投影空间组合网壳模型的几何参数，利用相应的输入插件表示各个几何参数，得到相应的矩形投影面；
步骤二：利用应用插件生成折板面或者叉筒曲面或者双倾曲面；
步骤三：利用等参数法或映射法将面进行网格划分生成局部的网格点；
步骤四：通过对应的插件进行杆件连接生成单层矩形投影空间网壳。
上述四个步骤可以构建单层外部为第一类折板面、第二类折板面、叉筒曲面和双倾曲面的一种，并且中心为双倾曲面、折板面和柱面中的一种的矩形投影空间组合网壳模型。
在上述四个步骤的基础上，通过网壳厚度插件将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，可以得到双层桁架型矩形投影空间网壳模型。
或者在上述四个步骤的基础上，通过边线生成面插件生成角锥上弦面，通过几何中心插件得到角锥上弦面的几何中心，通过曲面分析插件得到通过几何中心点且垂直于角锥上弦平面的法向向量。通过网壳厚度插件，将上弦杆节点沿法向下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到腹杆，可以得到双层角锥型矩形投影空间网壳模型。
具体的，本实施例部分以七个具体的模型实例构建方法来进行描述。
模型实例一：
该实例为外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法，如图1（a）~图1（g）所示。包括：（1）根据图1（b）的几何关系，利用矩形插件生成底部投影矩形，矩形插件的输入端矩形长度和矩形宽度分别为矩形的长度和宽度的一半，参数化控制矩形的形态；（2）通过两点确定直线插件连接中心顶点与外部中心点和长边中点与矩形角点生成脊线；（3）通过两个相邻脊线和底部矩形边线利用边线生成面插件得到局部外部第一类折板面，通过镜像插件得到完整的第一类折板面，详见图1（c）；通过四根脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；（4）通过网格划分次数参数和等参法划分外部第一类折板面得到网格点，详见图1（d），通过网格划分次数参数和等参数法划分双倾曲面得到中心双倾曲面网格点；（5）通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部第一类折板面中心双倾曲面矩形投影空间组合网壳，详见图1（e）；（6）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，详见图1（f），最终得到双层桁架型矩形投影空间网壳，详见图1（g）。
模型实例二：
该实例为外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法，如图2（a）~图2（g）所示。包括：（1）根据图2（b）的几何关系，利用矩形插件生成底部投影矩形，矩形插件的输入端矩形长度和矩形宽度分别为矩形的长度和宽度的一半，参数化控制矩形的形态；（2）通过中心点高度与边部中心高度和点插件生成中心顶点与边部中心点；通过两点直线插件连接角点和中心顶点与边部中心点生成脊线和底线；（3）使用双轨扫略插件连接两根相邻的脊线和脊线之间的底线生成局部第二类折板面，详见图2（c），通过镜像插件得到完整的第二类折板面；通过四根脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；（4）通过网格划分次数参数和等参法划分外部第二类折板面得到网格点，通过网格划分次数参数和等参数法划分双倾曲面得到中心双倾曲面网格点，详见图2（d）；（5）通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部第一类折板面中心双倾曲面矩形投影空间组合网壳，详见图2（e）；（6）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，详见图2（f），最终得到双层桁架型矩形投影空间网壳，详见图2（g）。
模型实例三：
该实例为外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法，如图3(a)~图3（g）所示。包括：（1）根据图3(b)的几何关系，利用矩形插件生成底部投影矩形，矩形插件的输入端矩形长度和矩形宽度分别为矩形的长度和宽度的一半，参数化控制矩形的形态；（2）通过中心点高度与边部中心高度和点插件生成中心顶点与边部中心点；通过矩形角点和边部中心点和矩形长边中点或矩形角点三点生成圆线，通过两点直线插件连接角点和中心顶点与边部中心点生成脊线和轨迹线；（3）使用双轨扫略插件连接脊线和轨迹线之间的圆线生成局部叉筒曲面，详见图3(c)，通过镜像插件得到完整的叉筒曲面；通过四根脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；（4）通过网格划分次数参数和等参法划分外部叉筒曲面得到网格点，通过网格划分次数参数和等参数法划分双倾曲面得到中心双倾曲面网格点，详见图3(d)；（5）通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部叉筒曲面中心双倾曲面矩形投影空间组合网壳，详见图3(e)；（6）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，详见图3(f)，最终得到双层桁架型矩形投影空间网壳，详见图3(g)。
模型实例四：
该实例为外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的生成方法，如图4(a)~图4（g）所示。包括：（1）根据图4(b)的几何关系，利用矩形插件生成底部投影矩形，矩形插件的输入端矩形长度和矩形宽度分别为矩形的长度和宽度的一半，参数化控制矩形的形态；（2）通过中心点高度与外部中心高度和点插件生成中心顶点与外部中心点；通过两点直线插件连接角点或中心顶点或外部中心点生成脊线；（3）通过两个中心脊线和两个外部脊线利用边线生成面插件得到外部双倾曲面，详见图4(c)，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；通过底部矩形在曲面上的投影线，使用曲面切割插件删除矩形投影外的曲面，得到外部局部双倾曲面，通过镜像插件得到完整的双倾曲面；（4）通过网格划分次数参数和映射法划分外部双倾曲面得到网格点，详见图4(d)；通过网格划分次数参数和等参数法划分双倾曲面得到中心双倾曲面网格点；（5）通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部双倾曲面中心双倾曲面矩形投影空间组合网壳，详见图4(e)；（6）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，详见图4(f)，最终得到双层桁架型矩形投影空间网壳，详见图4(g)。
模型实例五：
该实例为中心折板面矩形投影空间组合网壳的生成方法，如图5(a)~图5（f）所示。包括：（1）通过两点确定直线插件连接两个中心顶点生成与矩形长边平行的中心线；（2）使用双轨扫略插件连接两根相邻的脊线和与矩形长边平行的中心线生成中心局部折板面，通过镜像插件得到完整的折板曲面，详见图5(b)；（3）通过网格划分次数和等参法划分折板面得到中心折板面网格点；（4）通过多段线插件连接划分的网格点生成单层中心折板面矩形投影空间组合网壳，详见图5(c)、图5 (d)和图5 (e)；（5）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，最终得到双层桁架型矩形投影空间网壳，详见图5(f)。
模型实例六：
该实例为中心柱面矩形投影空间组合网壳的生成方法，如图6(a)~图6（g）所示。（1）根据图6(b)的几何关系，通过两点确定直线插件连接中心顶点和柱面顶点生成与矩形长边平行的轨迹线；（2）通过矩形长边中心点和柱面中心点三点生成圆线，通过使用双轨扫略插件连接脊线、轨迹线和圆线生成局部中心柱面，通过镜像插件得到完整的中心柱面；（3）通过网格划分次数和等参法划分折板面得到中心折板面网格点；（4）通过多段线插件连接划分的网格点生成单层中心中心柱面矩形投影空间组合网壳，详见图6(c)、图6(d)、图6(e)、和图6(f)；（5）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，最终得到双层桁架型矩形投影空间网壳，详见图6(g)。
模型实例七：
该实例为外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合角锥型双层网壳的生成方法，如图7（a）~图7（d）所示。包括以下步骤：（1）在模型实例四的（1）~（5）步骤的基础上生成上弦杆；（2）通过边线生成面插件生成角锥上弦面，详见图7(a)，通过几何中心插件得到角锥上弦面的几何中心，通过曲面分析插件得到通过几何中心点且垂直于角锥上弦平面的法向向量，详见图7(b)；（3）通过网壳厚度插件，将上弦杆节点沿法向下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到腹杆，详见图7(c)，最终得到双层角锥型矩形投影空间网壳，详见图7(d)。
本发明利用grasshopper操作过程可视化的特点进行参数化建模，初始参数可以随意调整，能动态显示参数调整的过程，实现参数化建模的目标。参数化建模不仅可以生成新颖的矩形投影空间组合面，而且能够提高模型的生成和修改速度，提高了工作效率。参数化建模是参数（变量）而不是数字建立和分析的模型，通过简单的改变模型中的参数值就能建立和分析新的模型，在辅助建筑设计上的应用提高了建模效率，促进了复杂造型的空间网壳结构的使用。本发明采用基于grasshopper的参数化建模设计方法简单、高效，为采用有限元设计软件进行不同类型、不同参数下的复杂造型空间网壳结构的受力分析和结构设计优化提高了极大的方便。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过几何关系确定矩形投影空间组合网壳模型的几何参数，利用相应的输入插件表示各个几何参数，得到相应的矩形投影面；
步骤二：利用应用插件生成折板面或者叉筒曲面或者双倾曲面；
步骤三：利用等参数法或映射法将面进行网格划分生成局部的网格点；
步骤四：通过对应的插件进行杆件连接生成单层矩形投影空间网壳。
2.根据权利要求1所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，所述矩形投影空间组合网壳模型至少包括外部为第一类折板面、第二类折板面、叉筒曲面和双倾曲面的一种，并且中心为双倾曲面、折板面和柱面中的一种的矩形投影空间组合网壳模型。
3.根据权利要求2所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点，利用中心高度参数调节中心顶点高度；步骤三：通过两点确定直线插件连接中心顶点与矩形短边角点和长边中点生成脊线；步骤四：通过脊线和脊线之间的底部矩形边线利用边线生成面插件得到外部第一类折板面，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和等参数法划分外部第一类折板面和中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部第一类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
4.根据要求2所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点和边部中心点，利用中心高度和边部中心高度参数调整中心顶点和边部中心点高度；步骤三：通过两点确定直线插件连接中心顶点与矩形短边角点和长边中点和边部中心点生成脊线；步骤四：使用双轨扫略插件连接两根相邻的脊线和脊线之间的底线生成第二类折板面，并通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和等参数法划分外部第二类折板面和中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部第二类折板面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
5.根据权利要求2所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点和边部中心点，利用中心高度和边部中心高度参数调整中心顶点和边部中心点高度；步骤三：通过矩形角点和边部中心点长边中点或矩形角点生成圆线；通过两点确定直线插件连接中心顶点与边部中心点生成脊线和轨迹线；步骤四：使用双轨扫略插件连接脊线和轨迹线之间的圆线生成外部叉筒曲面，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和等参数法划分外部叉筒曲面和中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部叉筒曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
6.根据权利要求2所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳的参数化建模方法为：步骤一：利用矩形插件生成底部投影矩形；步骤二：通过生产点插件生成中心顶点和外部中心点，利用中心高度和外部中心高度参数生成中心顶点和外部中心点；步骤三：通过两点确定直线插件连接中心顶点或外部中心点和长边中点或矩形角点生成脊线；步骤四：通过两个中心脊线和两个外部脊线利用边线生成面插件得到外部双倾曲面，通过底部矩形在曲面上的投影线，使用曲面切割插件删除矩形投影外的曲面，得到外部双倾曲面，通过四个相邻的中心脊线利用边线生成面插件得到中心双倾曲面；步骤五：通过网格划分次数参数和映射法划分外部双倾曲面得到网格点，通过网格划分次数参数和等参数法划分中心双倾曲面得到网格点；步骤六：通过多段线插件连接划分的网格点生成单层外部双倾曲面、中心双倾曲面的矩形投影空间组合网壳。
7.根据权利要求3-6任意一项所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，将中心双倾曲面修改为中心折板面，根据对应生成的外部曲面和脊线，通过两点确定直线插件连接两个中心顶点，生成与矩形长边平行的中心线，使用双轨扫略插件连接两根相邻的脊线和与矩形长边平行的中心线生成局部中心折板面；通过网格划分次数和等参法划分折板面得到中心折板面网格点；通过多段线插件连接划分的网格点分别对应生成相应的单层中心折板面的矩形投影空间组合网壳。
8.根据权利要求3-6任意一项所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，将中心双倾曲面修改为中心柱面，根据对应生成的脊线，通过两点确定直线插件连接中心顶点和柱面顶点生成与矩形长边平行的轨迹线；通过矩形长边中心点和柱面中心点三点生成圆线，通过使用双轨扫略插件连接脊线、轨迹线和圆线生成局部中心柱面；通过镜像插件得到完整的中心柱面；通过网格划分次数参数等参数法划分柱面得到网格点；通过多段线插件连接划分的网格点生成相应的单层中心柱面矩形投影空间组合网壳。
9.根据权利要求3-6任意一项所述的基于grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，其特征在于，在构建的相应单层矩形投影空间组合网壳的基础上，通过网壳厚度插件将上弦杆节点下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到竖向腹杆，通过分流插件将上下节点编号奇偶分流，通过编织插件通过上弦杆的奇数节点或偶数节点与下弦杆的偶数节点或奇数节点生成节点数据，生成的点数据通过多短线插件生成斜腹杆，得到双层桁架型矩形投影空间网壳。
10.根据权利要求3-6任意一项所述的grasshopper的矩形投影扭曲面网壳参数化建模方法，在构建的相应单层矩形投影空间组合网壳的基础上，通过边线生成面插件生成角锥上弦面，通过几何中心插件得到角锥上弦面的几何中心，通过曲面分析插件得到通过几何中心点且垂直于角锥上弦平面的法向向量；通过网壳厚度插件，将上弦杆节点沿法向下移，通过多段线插件连接划分的网格点生成下弦杆，通过两点直线插件连接上弦点和下弦点得到腹杆，得到双层角锥型矩形投影空间网壳。
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- 2023-03-31 CN CN202310337364.8A patent/CN117056999A/zh active Pending
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