基于Rhino的自由形态空间网格结构建模研究与程序开发
发布时间：2021-08-13 15:53
随着计算机辅助设计技术的发展和人们对建筑美学的不断追求,空间网格结构中诸如球面、柱面、双曲面、椭球面等常见的规则曲面造型已逐渐无法满足日益发展的建筑表现需求,自由曲面造型则因形式上自由多样、视觉上美观流畅而越来越受到建筑师的青睐,并不断出现在机场航站楼、体育场馆、商业中心等各类建筑中。但是,如何快速高效的在自由曲面上布置高质量的空间网格结构始终是一个困难且复杂的问题,本文基于这一问题开展了一些研究工作,并取得了一定的研究成果。根据自由曲面的特点,本文介绍了三种网格划分方法——映射法、结构线等弦长划分法和投影法用于提取曲面上的离散节点,并基于Rhino+Grasshopper平台开发了几种常用类型的自由形态空间网格结构参数化建模程序,主要包括两向正交四边形网格、两向斜交四边形网格、三角锥网格、肋环型网格、施威德勒型网格、联方型网格、凯威特型网格以及凯威特和联方组合型网格。通过调用这些参数化建模程序,可快速方便地在自由曲面上建立空间网格结构模型,并可通过对程序参数的修改实时动态的生成修改后的模型。自由形态空间网格结构设计中,常常由于曲面造型的复杂性而很难通过网格划分得到高质量的初始网格,需...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２自由形态空间网格结构??然而，自由曲面不同于传统的规则曲面，无法用解析函数来描述，因此，基于传统??
??物理模型实验法是将力学概念引入设计中，通过施加荷载、约束等方式进行几何造??型设计的方法，常用的有逆吊实验法、充气薄膜法、肥皂膜实验法等（图１．３）。其中逆??吊实验法是最为典型的物理模型实验法，其代表了一类基于力学平衡原理的零弯矩形态??创建方法，该方法概念清晰、形象直观，在自由曲面形态创建研宄初期发挥了重要作用，??建筑大师Ａ．?Ｇａｕｄｉ、Ｈ．?Ｉｓｌｅｒ、Ｆ．?Ｏｔｔｏ等采用该方法设计出了许多经典的建筑作品［８－１｜】。??该方法［１２］利用柔性材料只能承受轴向拉力的特点，对其施加一定的分布荷载并给定特定??的约束条件，获得受力平衡后的纯拉结构模型，再对该模型进行固化和翻转操作，获得??相应荷载和边界条件下的纯压结构模型。图１．４所示的西班牙圣家族大教堂和德国曼海??姆展览大厅均为该方法的代表作。??｜?十，．丨．??ｆｅ?Ｉｆ?１?Ｉ??（ａ）逆吊实验法?（ｂ）充气薄膜法?（ｃ）肥皂膜实验法??图１．３基于物理模型实验法的形态创建方法??圓４??（ａ）圣家族大教堂??３??
?（ｂ）德国曼海姆展览大厅??图１．４应用逆吊实验法设计的典型建筑??仿生设计方法是一种依托于仿生学和设计学，通过从自然界中获取灵感，将一些生??物的形态加以抽象化后用于几何设计的方法［１＞１５］。例如，自然界中形态各异的贝壳不仅??外观美丽，其结构构造也符合力学原理，具有良好的力学性能，探究其形态造型并将其??合理抽象化后可很好的应用于实际工程中％］。大连贝壳博物馆的新馆［１７］（图１．５）在外??观设计上将贝壳的形态抽象化到建筑造型中，曲线型的屋盖交错堆叠，犹如静卧于海边??的贝壳，造型十分美观，且设计思想也贴合了贝壳馆这一主题。??图１．５大连贝壳博物馆新馆??物理模型实验法和仿生设计法虽然能帮助设计师设计出造型优美、受力合理的建筑??曲面，但是这两类方法都有一定的局限性，无法用于创造更加丰富多样的曲面造型，限??制了建筑师发挥创意的空间。计算机辅助设计则打破了上述方法的局限性，为建筑师设??计任意曲面提供了可能。近几十年来
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Rhino+Grasshopper的异形曲面结构参数化建模研究[J]. 张慎,尹鹏飞. 土木建筑工程信息技术. 2015(05)
[2]结构参数化设计在北京CBD核心区Z15地块中国尊大楼中的应用[J]. 程煜,刘鹏,Dorothee Citerne,刘允博,马超,殷超. 建筑结构. 2014(24)
[3]基于逆吊实验原理的空间结构形态数值创建方法[J]. 武岳,李清朋,沈世钊. 建筑结构学报. 2014(04)
[4]自由曲面单层网壳结构形态创构方法研究[J]. 崔昌禹,王有宝,姜宝石,崔国勇. 土木工程学报. 2013(04)
[5]Rhino在大同图书馆中的BIM实践[J]. 杜书波,孙胜男,李慧勇. 工业建筑. 2012(08)
[6]自由曲面结构形态创建的NURBS-GM方法[J]. 李欣,武岳,崔昌禹. 土木工程学报. 2011(10)
[7]深圳湾体育中心钢结构屋盖设计及研究[J]. 陈彬磊,郭宇飞,柯长华,张勇. 建筑结构. 2011(09)
[8]参数化设计与算法生形[J]. 徐卫国. 世界建筑. 2011(06)
[9]自由曲面单层网格的智能布局设计研究[J]. 李承铭,卢旦. 土木工程学报. 2011(03)
[10]计算点到曲面最短距离的网格法[J]. 徐汝锋,陈志同,陈五一. 计算机集成制造系统. 2011(01)
博士论文
[1]自由形态空间网格结构的网格设计方法研究与实现[D]. 丁慧.浙江大学 2014
[2]自由曲面结构的形态学研究[D]. 李欣.哈尔滨工业大学 2011
[3]空间结构仿生工程学的研究[D]. 高福聚.天津大学 2002
硕士论文
[1]自由曲面单层刚性结构网格划分优化与工程应用[D]. 张旭东.重庆大学 2015
[2]自由曲面网格结构的网格划分技术研究[D]. 马腾.浙江大学 2015
[3]自由曲面空间网格结构网格划分、优化及力性能研究[D]. 江存.浙江大学 2015
[4]基于鲁棒性的自由曲面形状、拓扑、网格优化设计研究[D]. 赵兴忠.浙江大学 2014
[5]基于环境参量的参数化建筑设计研究[D]. 蔡权.南京工业大学 2012
[6]自由曲面结构力学性能研究[D]. 石伟志.哈尔滨工业大学 2010
[7]基于Rhino开发船舶设计建模系统[D]. 孙浩.哈尔滨工程大学 2010
[8]空间网格结构设计软件的研究与开发[D]. 骆顺心.武汉大学 2004
本文编号：3340715
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２自由形态空间网格结构??然而，自由曲面不同于传统的规则曲面，无法用解析函数来描述，因此，基于传统??
??物理模型实验法是将力学概念引入设计中，通过施加荷载、约束等方式进行几何造??型设计的方法，常用的有逆吊实验法、充气薄膜法、肥皂膜实验法等（图１．３）。其中逆??吊实验法是最为典型的物理模型实验法，其代表了一类基于力学平衡原理的零弯矩形态??创建方法，该方法概念清晰、形象直观，在自由曲面形态创建研宄初期发挥了重要作用，??建筑大师Ａ．?Ｇａｕｄｉ、Ｈ．?Ｉｓｌｅｒ、Ｆ．?Ｏｔｔｏ等采用该方法设计出了许多经典的建筑作品［８－１｜】。??该方法［１２］利用柔性材料只能承受轴向拉力的特点，对其施加一定的分布荷载并给定特定??的约束条件，获得受力平衡后的纯拉结构模型，再对该模型进行固化和翻转操作，获得??相应荷载和边界条件下的纯压结构模型。图１．４所示的西班牙圣家族大教堂和德国曼海??姆展览大厅均为该方法的代表作。??｜?十，．丨．??ｆｅ?Ｉｆ?１?Ｉ??（ａ）逆吊实验法?（ｂ）充气薄膜法?（ｃ）肥皂膜实验法??图１．３基于物理模型实验法的形态创建方法??圓４??（ａ）圣家族大教堂??３??
?（ｂ）德国曼海姆展览大厅??图１．４应用逆吊实验法设计的典型建筑??仿生设计方法是一种依托于仿生学和设计学，通过从自然界中获取灵感，将一些生??物的形态加以抽象化后用于几何设计的方法［１＞１５］。例如，自然界中形态各异的贝壳不仅??外观美丽，其结构构造也符合力学原理，具有良好的力学性能，探究其形态造型并将其??合理抽象化后可很好的应用于实际工程中％］。大连贝壳博物馆的新馆［１７］（图１．５）在外??观设计上将贝壳的形态抽象化到建筑造型中，曲线型的屋盖交错堆叠，犹如静卧于海边??的贝壳，造型十分美观，且设计思想也贴合了贝壳馆这一主题。??图１．５大连贝壳博物馆新馆??物理模型实验法和仿生设计法虽然能帮助设计师设计出造型优美、受力合理的建筑??曲面，但是这两类方法都有一定的局限性，无法用于创造更加丰富多样的曲面造型，限??制了建筑师发挥创意的空间。计算机辅助设计则打破了上述方法的局限性，为建筑师设??计任意曲面提供了可能。近几十年来
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Rhino+Grasshopper的异形曲面结构参数化建模研究[J]. 张慎,尹鹏飞. 土木建筑工程信息技术. 2015(05)
[2]结构参数化设计在北京CBD核心区Z15地块中国尊大楼中的应用[J]. 程煜,刘鹏,Dorothee Citerne,刘允博,马超,殷超. 建筑结构. 2014(24)
[3]基于逆吊实验原理的空间结构形态数值创建方法[J]. 武岳,李清朋,沈世钊. 建筑结构学报. 2014(04)
[4]自由曲面单层网壳结构形态创构方法研究[J]. 崔昌禹,王有宝,姜宝石,崔国勇. 土木工程学报. 2013(04)
[5]Rhino在大同图书馆中的BIM实践[J]. 杜书波,孙胜男,李慧勇. 工业建筑. 2012(08)
[6]自由曲面结构形态创建的NURBS-GM方法[J]. 李欣,武岳,崔昌禹. 土木工程学报. 2011(10)
[7]深圳湾体育中心钢结构屋盖设计及研究[J]. 陈彬磊,郭宇飞,柯长华,张勇. 建筑结构. 2011(09)
[8]参数化设计与算法生形[J]. 徐卫国. 世界建筑. 2011(06)
[9]自由曲面单层网格的智能布局设计研究[J]. 李承铭,卢旦. 土木工程学报. 2011(03)
[10]计算点到曲面最短距离的网格法[J]. 徐汝锋,陈志同,陈五一. 计算机集成制造系统. 2011(01)
博士论文
[1]自由形态空间网格结构的网格设计方法研究与实现[D]. 丁慧.浙江大学 2014
[2]自由曲面结构的形态学研究[D]. 李欣.哈尔滨工业大学 2011
[3]空间结构仿生工程学的研究[D]. 高福聚.天津大学 2002
硕士论文
[1]自由曲面单层刚性结构网格划分优化与工程应用[D]. 张旭东.重庆大学 2015
[2]自由曲面网格结构的网格划分技术研究[D]. 马腾.浙江大学 2015
[3]自由曲面空间网格结构网格划分、优化及力性能研究[D]. 江存.浙江大学 2015
[4]基于鲁棒性的自由曲面形状、拓扑、网格优化设计研究[D]. 赵兴忠.浙江大学 2014
[5]基于环境参量的参数化建筑设计研究[D]. 蔡权.南京工业大学 2012
[6]自由曲面结构力学性能研究[D]. 石伟志.哈尔滨工业大学 2010
[7]基于Rhino开发船舶设计建模系统[D]. 孙浩.哈尔滨工程大学 2010
[8]空间网格结构设计软件的研究与开发[D]. 骆顺心.武汉大学 2004
本文编号：3340715
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