基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法技术

本发明专利技术提出了一种基于grasshopper的空间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。本发明专利技术的步骤为：利用几何关系确定空间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；基于两点调节法利用应用插件生成相应的叉筒曲面或贝壳曲面；运用等参法对脊线所在曲面进行网格划分生成局部的网格；利用环向阵列插件网格化所有曲面生成单层叉筒网壳或单层贝壳网壳。本发明专利技术利用参数化建模可以大大提高模型的生成和修改速度，提高了工作效率；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。

【技术实现步骤摘要】
基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法
本专利技术涉及辅助建筑设计的
，尤其涉及一种基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法。
技术介绍
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。叉筒面、贝壳曲面不仅是一种非常有效的造型方式，而且可营造出许多意想不到的室内外建筑空间，在空间组织、联系、过渡等方面极具潜力。叉筒网壳、贝壳曲面网壳等均是受力性能良好、造型美观、施工制作方便的空间网壳结构。然而叉筒网壳、贝壳曲面网壳等模型构建较为复杂，因此阻碍了叉筒网壳、贝壳曲面网壳等在工程中的应用。由于叉筒网壳、贝壳曲面网壳的杆件数目较多，且跨度、矢高、网格尺寸和结构类型等参数的改变均能引起内力充分布。因此，应用Grasshopper对折板网壳结构等进行参数化构建，可大大提高各种网壳结构的受力分析和优化设计，具有重要的工程实用价值。
技术实现思路
针对现有复杂造型的空间网壳结构建模困难，建模效率低的技术问题，本专利技术提出一种基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，利用参数化进行建模，大大提高了模型的生成和修改速度，提高了工作效率。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其步骤如下：步骤一：利用几何关系确定空间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；步骤二：基于两点调节法利用应用插件生成相应的叉筒曲面或贝壳曲面；步骤三：运用等参法对脊线所在曲面进行网格划分生成局部的网格；步骤四：利用环向阵列插件网格化所有曲面生成单层叉筒网壳或单层贝壳网壳。所述叉筒曲面的生成方法：1）利用多边形插件生成底部的多边形，利用线段分割插件将多边形等分得到多边形的角点；2）利用矢高输入插件和生成点插件生成顶点，通过两点确定直线插件连接顶点与角点形成直线，对生成的直线至少2等分形成若干个节点；调节中间两个节点的坐标与直线的两个端点组合，用多段线插件形成脊线；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形成叉筒曲面。根据两点调节法生成参数化曲面，运用等参法参数化的调节网格划分数目，环向阵列生成单层网壳结构。在单层结构基础上可生成局部双层网壳。基于两点调节法参数化的构建两类叉筒面，运用等参法对叉筒面进行网格划分且参数化的调节网格划分数目，进行杆件连接，从而参数化构建了单层脊线式叉筒网壳。利用矩形插件生成底部的矩形，通过矢高输入插件调节点的Z坐标，X坐标为矩形宽度的一半值、Y为0得到顶点坐标，两点调节法生成脊线，两次使用双轨扫略，从而生成矩形投影面脊线式叉筒曲面。基于两点调节法参数化构建了矩形投影面脊线型叉筒面，运用等参法对矩形投影面脊线型叉筒面进行网格划分且参数化的调节网格划分数目，进行杆件连接，利用对称插件对生成局部的网格进行处理，从而参数化构建了单层矩形投影面脊线型叉筒网壳。通过沿脊线方向延长长度输入空间调节外部轮廓线最高点的水平投影位置；高差输入插件调节外部轮廓线最高点与顶点的竖向高差；通过两点确定直线插件连接外部轮廓线最高点与底部角点形成直线，对生成的直线至少2等分形成若干个节点；调节中间两个节点的坐标与直线的两个端点组合，用多段线插件形成外部轮廓线，连接外部脊线最高点与顶点形成扫略线；3）使用双轨扫略插件连接两点调节法生成脊线、外部轮廓线和扫略线形成谷线式叉筒曲面。所述贝壳曲面的生成方法：1）利用极坐标网格插件形成内控制圆点和外控制圆点；生成点插件与内外控制水平高差输入插件相连接，将内外控制水平高差参数化调节点的Z坐标，X、Y为0得到内控制圆点生成平面高度；使用编制插件组合内控制圆点和外控制圆点，利用多段线插件形成轮廓线；2）通过矢高输入插件和生成点插件生成顶点，通过两点确定直线插件连接顶点与内控制圆点和外控制圆点形成直线，对生成的直线至少2等分形成若干个节点；调节中间两个节点的坐标与直线的两个端点组合，用多段线插件形成脊线；通过两点确定直线插件连接顶点与X=Y=Z=0的原点形成轴线；3）使用绕轨迹旋转插件连接脊线和轨迹线形成贝壳曲面。基于两点调节法参数化构建了贝壳曲面，运用等参法对贝壳曲面进行网格划分且参数化的调节网格划分数目，进行杆件连接，从而参数化构建了单层贝壳曲面网壳、带洞单层贝壳曲面网壳。所述贝壳曲面为带洞贝壳曲面，带洞贝壳曲面的生成方法为：通过矢高输入插件和生成点插件得到洞口的平面位置，洞口圆半径输入插件控制洞口圆的大小；通过几何关系得到洞口圆上点，用两点确定直线插件连接洞口圆上点与外控制圆点形成直线；使用双轨扫略插件连接轨迹线、洞口圆和脊线形成带洞的贝壳曲面。所述等参法进行网格划分的方法为：利用细分曲面插件将生成的曲面细分，利用曲面等参线插件提取曲面的等参线；通过数列插件形成等差数列；通过线段分割插件将等参线划分且划分数目连接等差数列；通过合并插件将生成的节点和顶点合并；通过矩阵转置插件将节点数据转置；通过多段线插件形成斜线；通过矩阵转置插件将节点数据转置后将数据首末颠倒，通过生成多段线插件形成另一条斜线，生成局部的网格，利用环向阵列插件形成单层叉筒网壳或单层贝壳网壳。利用两点连接直线插件生成腹杆，连接上弦层和下弦层的之间的腹杆，生成局部双层网壳；具体方法为：利用贝壳曲面的生成方法分别生成的贝壳曲面作为上弦层，通过分流插件将节点分流，将上弦层的一部分节点由厚度参数输入插件控制向下移动；两点确定直线插件连接移动前后的节点形成竖向杆件；使用编织插件组合移动后的上弦层的节点和分流的另一部分节点由多段线插件形成斜杆；利用两点确定直线插件将竖向杆件和斜杆连接上弦层和下弦层。在参数化建模单层贝壳曲面网壳的基础上增加下弦杆和腹杆参数化构建了局部双层贝壳曲面网壳、带洞局部双层贝壳曲面网壳。本专利技术的有益效果：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，可以大大提高模型的生成和修改速度，从而提高工作效率；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。本专利技术采用基于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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的流程图。图2为脊线式叉筒网壳的生成示意图，（a）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：利用几何关系确定空间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；步骤二：基于两点调节法利用应用插件生成相应的叉筒曲面或贝壳曲面；步骤三：运用等参法对脊线所在曲面进行网格划分生成局部的网格；步骤四：利用环向阵列插件网格化所有曲面生成单层叉筒网壳或单层贝壳网壳。

【技术特征摘要】
1.一种基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：利用几何关系确定空间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；步骤二：基于两点调节法利用应用插件生成相应的叉筒曲面或贝壳曲面；步骤三：运用等参法对脊线所在曲面进行网格划分生成局部的网格；步骤四：利用环向阵列插件网格化所有曲面生成单层叉筒网壳或单层贝壳网壳。2.根据权利要求1所述的基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其特征在于，所述叉筒曲面的生成方法：1）利用多边形插件生成底部的多边形，利用线段分割插件将多边形等分得到多边形的角点；2）利用矢高输入插件和生成点插件生成顶点，通过两点确定直线插件连接顶点与角点形成直线，对生成的直线至少2等分形成若干个节点；调节中间两个节点的坐标与直线的两个端点组合，用多段线插件形成脊线；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形成叉筒曲面。3.根据权利要求2所述的基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其特征在于，利用矩形插件生成底部的矩形，通过矢高输入插件调节点的Z坐标，X坐标为矩形宽度的一半值、Y坐标为0得到顶点坐标，从而生成矩形投影面脊线式叉筒曲面；利用对称插件对生成局部的网格曲面进行处理，得到矩形投影面脊线式叉筒网壳。4.根据权利要求2所述的基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其特征在于，通过沿脊线方向延长长度输入空间调节外部轮廓线最高点的水平投影位置；高差输入插件调节外部轮廓线最高点与顶点的竖向高差；通过两点确定直线插件连接外部脊线最高点与角点形成直线，对生成的直线至少2等分形成若干个节点；调节中间两个节点的坐标与直线的两个端点组合，用多段线插件形成外部轮廓线，连接外部脊线最高点与顶点形成扫略线；3）使用双轨扫略插件连接点调节阀生成的脊线、外部轮廓线和扫略线形成谷线式叉筒曲面。5.根据权利要求1所述的基于grasshopper的空间网壳参数化建模方法，其特征在于，所述贝壳曲面的生成方法：1）利用极坐标网格插件形成内控制圆点和外控制圆点；生成点插件与内外控制水平高差输入插件相连接，将内外控制水平高差参数化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅亮，雷红兵，陈莉，张海东，鲁海方，李彦舞，
申请(专利权)人：中建中原建筑设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41