一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法技术

本发明专利技术提供了一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法，包括：根据空间结构中的各个杆系构件建立计算模型、建立模型坐标系和光线坐标系；对计算模型中的各个元素进行坐标系变换；对空间结构中的任意两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影进行包围盒检测；确定任意两个杆系构件之间的遮挡关系；对于任意两个存在遮挡关系的杆系构件，计算得到其中一个杆系构件在另一个杆系构件的表面上形成的日照阴影区间；计算得到任意一个杆系构件的太阳直射系数；根据各个杆系构件的太阳直射系数，计算得到各个杆系构件的表面在预设时刻时单位时间内接收的太阳辐射量。应用本发明专利技术可以计算得到空间结构中的各种构件的太阳辐射量。

【技术实现步骤摘要】
一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法
本申请涉及建筑结构
，尤其涉及一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法。
技术介绍
大跨空间结构通常用于大型公共建筑(例如，体育馆、展览馆等)，具有结构规模大、平面范围广等特点。同时，在漫长的施工阶段，大跨空间结构往往要承受复杂的环境作用，经历多样的边界条件变化。由于上述结构在施工过程一般处于露天环境，缺少围护结构的保护，因此，太阳辐射主导的日温度变化会在结构中产生瞬态不均匀的温度场，进而引起无法忽略的温度效应，从而对结构的合拢嵌补、提升卸载等关键阶段受力状态产生明显的影响。所以，近年来，随着大跨空间结构数量的增加与规模的扩大，对大跨空间结构的结构温度场的模拟与研究也变得越来越重要。数值模拟是温度场研究的主要手段。通过在有限元软件中，根据诸多热边界条件的理论模型对结构的瞬态温度场进行模拟计算，可以得到结构模型在任意时刻的温度场分布情况。具体而言，在数值模拟中较常采用的热边界条件包括构件吸收的太阳辐射、日气温变化、构件与空气的对流换热、构件与环境间的热辐射交换等几个部分。其中，太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法，其特征在于，该方法包括：/n根据空间结构中的各个杆系构件建立对应的计算模型；/n根据计算模型建立模型坐标系，并根据太阳的入射角度建立光线坐标系；/n对计算模型中的各个元素进行坐标系变换，得到各个元素在光线坐标系中的对应坐标；/n对空间结构中的任意两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影进行包围盒检测；/n根据包围盒检测的结果，以及任意两个杆系构件在光线坐标系中的坐标，确定任意两个杆系构件之间的遮挡关系；/n对于任意两个存在遮挡关系的杆系构件，计算得到其中一个杆系构件在另一个杆系构件的表面上形成的日照阴影区间；/n对于任意一个杆系构件，根据该杆系构...

【技术特征摘要】
1.一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法，其特征在于，该方法包括：
根据空间结构中的各个杆系构件建立对应的计算模型；
根据计算模型建立模型坐标系，并根据太阳的入射角度建立光线坐标系；
对计算模型中的各个元素进行坐标系变换，得到各个元素在光线坐标系中的对应坐标；
对空间结构中的任意两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影进行包围盒检测；
根据包围盒检测的结果，以及任意两个杆系构件在光线坐标系中的坐标，确定任意两个杆系构件之间的遮挡关系；
对于任意两个存在遮挡关系的杆系构件，计算得到其中一个杆系构件在另一个杆系构件的表面上形成的日照阴影区间；
对于任意一个杆系构件，根据该杆系构件的表面上的所有日照阴影区间计算得到该杆系构件的太阳直射系数；
根据各个杆系构件的太阳直射系数，计算得到各个杆系构件的表面在预设时刻时单位时间内接收的太阳辐射量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据空间结构中的各个杆系构件建立对应的计算模型包括：
获取空间结构中的各个杆系构件的几何参数；
根据几何参数将各个杆系构件分别转换为对应的线单元；
根据各个线单元建立计算模型。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
设定计算模型所在的模型坐标系OXYZ中的X轴指向正东方向，Y轴指向正北方向，Z轴指向垂直向上的方向；
设定光线坐标系oxyz的z轴指向太阳，x轴与z轴形成的xoz平面垂直于地面，且x轴正方向位于太阳在XOY平面的投影所在的一侧，y轴垂直于xoz平面，且y轴正方向位于X轴的正方向的一侧。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，坐标系变换的方式为：
先绕模型坐标系的Z轴转动XOY平面，转动角度为(270°-γs)；
然后再绕模型坐标系的Y轴转动ZOX平面，转动角度为(90°-αs)；
其中，γs为太阳的方位角，αs为太阳的高度角。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下的公式计算得到模型坐标系中的一个元素在光线坐标系中的对应坐标：



其中，元素在模型坐标系中的坐标为(X,Y,Z)，元素在光线坐标系中的对应坐标为(x,y,z)，αs为太阳的高度角，γs为太阳的方位角。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对空间结构中的任意两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影进行包围盒检测包括：
根据两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影，分别确定与两个杆系构件对应的包围盒；
根据两个杆系构件对应的包围盒所在的区域，确定两个包围盒之间是否有重叠区域。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据包围盒检测的结果，以及任意两个杆系构件在光线坐标系中的坐标，确定任意两个杆系构件之间的遮挡关系包括：
当两个杆系构件对应的包围盒之间没有重叠区域时，则所述两个杆系构件之间不存在遮挡关系；
当两个杆系构件对应的包围盒之间有重叠区域时，根据两个杆系构件在光线坐标系中的坐标，判断两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影是否有重叠的部分；
当两个平面投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇飞，樊健生，周勐，张晋勋，段先军，雷素素，
申请(专利权)人：清华大学，北京城建集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11