数值逆吊法创建的自由曲面结构形态及稳定性分析

应用数值逆吊法,创建多种力与形和谐统一的自由曲面结构形态,并与传统规则曲面结构进行了稳定性能的对比分析.以薄壳找形为例,将原始结构的几何条件和物理条件转化为参数化数值,输入ANSYS中进行建模和迭代找形,然后将平衡后的模型进行翻转,得到数值逆吊法创建的薄壳结构模型,然后改变不同工况下的荷载分布,进行静力分析和稳定性分析,并与相同矢跨比的圆柱面薄壳结构模型进行对比.研究结果表明:不同荷载工况下数值逆吊法创建的薄壳相比于规则圆柱面薄壳,其稳定性更优,尤其在水平荷载半跨布置时更为明显.数值逆吊法创建的曲面形态可以同时满足多样化的审美需求和结构的稳定性要求.

基于数值逆吊法的树状结构智能设计算法

由于美观的造型以及高效的结构效率,树状结构越来越多地应用于大型建筑以及地标性建筑中。树状结构研究的关键除找形问题外,更为关键的问题是最优拓扑的确定,即寻找能够高效承受外部荷载的各分枝之间的连接关系。在前期基于数值逆吊法研究成果的基础上,提出了树状结构的拓扑优化数值算法,该算法根据构件的效能选取移除分枝,最终达到每一级的优化目标。将拓扑优化数值算法与找形算法和构件长度优化算法进行集成,给出了树状结构的智能设计算法体系。该算法可以根据外部荷载分布自动对树状结构找形,并移除低效能构件。直至剩余构件数量达到优化目标为止。采用该算法可以简化力流传递路径,根据荷载分布自动优化构件的空间分布并根据内力优化构件长度。为了防止误删高效能构件,在本算法中设计了构件复活功能,可以激活在找形过程中由低效能转变为高效能的构件。

大跨空间结构选形优化方法比较研究

为了确定某大跨空间结构的最佳受力体系,结合结构形态学知识,根据ESO方法的基本原理,以有限元分析软件ANSYS为平台,建立初始设计域的三维实体模型,以每个单元的存活状态为设计变量,以结构体积最小为目标函数,对该大跨空间结构进行了结构受力体系的选形优化.为满足建筑意图及特殊基础条件的限制,最终选形结果确定为钢结构拱支承受力体系.最后,将ESO方法选形优化确定的结构受力体系与原设计院逆吊法选形优化确定的结构受力体系进行静力计算变形和内力的对比分析,说明了ESO方法选形结果比逆吊法选形结果具有优越性,验证了ESO方法对大跨空间结构受力体系选形优化的可行性及高效性,同时得出了拓扑优化方法对大跨空间结构受力体系选形优化的重要性和必要性.

基于逆吊实验原理的空间结构形态数值创建方法

逆吊实验法是一种基于力学平衡原理的零弯矩结构形态创建方法,在结构形态学早期发挥了重要作用。为克服逆吊实验存在的模型相似律和测试精度等问题,提出一种将逆吊实验思想与数值模拟方法相结合的"数值逆吊法",利用非线性有限元技术来实现逆吊结构形态的数值创建。该方法采用柔性索膜单元模拟逆吊结构,通过引入可变弹性模量技术并结合二分法实现对逆吊结构形状的精确控制。利用该方法对一逆吊实验模型进行数值模拟,并与试验结果进行比较,证明数值方法的精确性。在此基础上,通过调整各种约束条件研究了实现逆吊结构形态多样化的途径。利用所提方法对实际工程进行形态创建分析,证明了该方法在实际工程应用方面可行。

第十届中国花卉博览会主入口大门仿生结构设计与研究

仿生结构是通过观察自然界的生态形式与规律,结合现代技术创造的结构体系。第十届中国花卉博览会主入口大门主结构采用的结构仿生形式是类似树叶叶脉的交叉网状支撑组织结构,表皮采用了覆盖膜结构。对仿生结构在入口大门中的实现做了重点论述,在基于逆吊法结构找形技术及基于拓扑优化杆件布置技术基础上,通过研究与分析确定出最适合的结构形态和杆件布置,并对此结构体系进行了详尽的计算与分析。分析表明,按照仿生结构形成的结构体系,具备良好的建筑形态和结构力学性能。

自由曲面薄壳结构数值逆吊找形方法研究

数值逆吊找形法是一种生成零弯矩型自由曲面薄壳结构的高效方法。为了解决基于非线性有限元数值逆吊找形法在求解弱刚度结构时收敛性不佳的问题,通过引入向量式有限元法,提出了一种改进的数值逆吊找形方法。该方法采用向量式有限元法求解逆吊结构的平衡构形,并通过局部线性化方法调整柔性索单元的弹性模量,实现对逆吊结构形状的控制。在此基础上,进一步提出了可实现多点精确控制的分步刚化法,解决了复杂形状逆吊结构的找形问题。应用所提方法对Isler设计的某逆吊石膏模型进行数值找形,并将数值找形结果与实际模型扫描结果进行对比,验证了所提方法的正确性和有效性。

长沙冰雪世界跨坑结构的选型及其形态创建

长沙冰雪世界项目依附废弃的矿坑建造,结合建筑师对造型的要求,利用深坑坑壁为岩体的地质条件,主体结构采用支承于矿坑坑壁的三组拱形桁架结构体系,拱形桁架最大跨度为180m。介绍了项目的工程概况、采用平面拱拟合曲面结构的确定过程、拱形桁架及其稳定系统的选型、拱脚基础与岩体的关系及其处理方式等内容,并结合工程特点详细阐述了在复杂边界条件下利用逆吊法进行形态创建的原理与流程。

异形边界单层网壳找型分析及实践

近年来,自由曲面的单层网壳找型设计一直被重点关注。文章结合实际工程,介绍通过数值逆吊法对异形边界曲面找型方法,并对找型前后结构受力进行分析对比,阐明网壳找型的重要性。

某室内游乐中心微曲面网架结构设计与分析

分析了某室内游乐中心中央游乐大厅屋盖的建筑造型,利用数值逆吊法实现自由曲面屋盖的找形,提出四种结构体系并对其进行初步对比分析,确定采用各方面性能较好的微曲面网架。采用有限元软件对结构体系在各荷载工况和组合下进行了静力分析及动力分析,得到了结构的受力、变形和振型特点,通过将屋盖加入整体结构进行对比分析,保证屋盖设计的精准及安全。

树状结构找形分析及工程应用

树状结构具有造型新颖、受力合理的特点,因而在工程中得到广泛应用。作为一种复杂的空间刚架体系,构件布置方式的确定(即找形分析)是树状结构设计中重要的环节。构件布置合理与否将直接影响树状结构的工作性能。基于形效结构的概念,通过分析树状结构的几何特点和受力特点,提出了一种树状结构的找形新方法———逆吊递推找形法。该方法的基本思路是,根据各级树枝所支承的屋面区域找到相应的受荷中心,依次令各级树枝指向其分担的屋面受荷中心,通过逐级递推建立树状结构的几何形态。在此基础上,明确了逆吊递推找形法的具体实施步骤和需要注意的问题。最后结合一树状结构工程实例,介绍了逆吊递推找形法的实际应用过程。研究结果表明:采用逆吊递推找形法生成的树状结构的所有构件均只受轴力作用,属形效结构。