基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构参数化建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构参数化建模方法，包括：获取待建立肋环型索穹顶结构的建筑表皮三维模型；确定索穹顶结构的几何与类型控制参数，利用输入运算器表示各个参数；基于输入的参数，调用封装好的肋环型单撑杆节点模型生成运算器、肋环型双撑杆节点模型生成运算器或肋环型四撑杆节点模型生成运算器；基于生成的节点模型与输入的参数，利用肋环型单撑杆线框模型生成运算器、肋环型双撑杆线框模型生成运算器或肋环型四撑杆线框模型生成运算器，形成对应的索穹顶结构三维模型。本发明专利技术能快速生成不同索穹顶结构的三维模型，大大提高建模效率，为肋环型体系索穹顶结构的方案比选、受力分析与设计优化提供了极大便利。提供了极大便利。提供了极大便利。

【技术实现步骤摘要】
基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构参数化建模方法


[0001]本专利技术属于建筑结构
，更具体地，涉及一种基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构体系参数化建模方法。

技术介绍

[0002]随着各类体育场馆等大型公共建筑的兴起，结构工程师不断提出新型空间结构形式来满足大跨度建筑的需求，其中索穹顶结构以造型新颖、受力合理等特点得到了迅速发展与广泛应用。索穹顶作为高效且轻盈的结构，最早的体系是由美国工程师Geiger提出并应用到实际工程中的，称为肋环型索穹顶结构体系。经过不断发展，其形式逐渐由传统Fuller构想张拉整体类索穹顶转向了非Fuller构想多撑杆类索穹顶，大致可以分为肋环型单撑杆、肋环型双撑杆和肋环型四撑杆三种类型，极大丰富了索穹顶结构形式和类型。
[0003]根据一般结构设计流程，设计人员通常手动在分析软件中建立节点三维模型来进行计算分析，这种建模方式效率十分低下，当节点、杆件过多时容易产生错误。并且针对肋环型体系下的多类型索穹顶结构，如果想进行设计过程中的多方案比选，更是会让工作量成倍增加，大大降低了方案比选的可行性。

技术实现思路

[0004]针对现有的肋环型索穹顶结构体系设计流程中存在的建模效率低下且复杂等技术问题，本专利技术提出一种基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构体系参数化建模方法，能够大幅度提高工作效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构体系参数化建模方法，包括：
[0006]获取待建立肋环型索穹顶结构体系的建筑表皮三维模型；
[0007]确定索穹顶结构的几何与类型控制参数，利用相应的输入运算器表示各几何与类型控制参数；
[0008]基于输入的几何与类型控制参数，调用封装好的肋环型单撑杆节点模型生成运算器、肋环型双撑杆节点模型生成运算器或肋环型四撑杆节点模型生成运算器，生成相应节点模型；
[0009]基于生成的节点模型与输入的几何与类型控制参数，运用肋环型单撑杆线框模型生成运算器、肋环型双撑杆线框模型生成运算器或肋环型四撑杆线框模型生成运算器，形成对应的索穹顶结构三维模型。
[0010]在一些可选的实施方案中，由肋环型单撑杆节点模型生成运算器生成肋环型单撑杆节点模型的方法为：
[0011]根据建筑表皮曲面S，得到曲面S的最外圈轮廓线，将最外圈轮廓线投影至XY平面得到投影线C；
[0012]以投影线C的中心点为圆心作半径为任意值的圆，取该圆的N1个第一等分点，N1的
值为环向等分数所输入的参数，并且以该圆的圆心作为起点，向每个第一等分点的方向作一条射线；
[0013]利用投影线C去截取射线，得到位于投影线C范围内的线段，取每条线段的N2个第二等分点，N2的值为径向等分数所输入的参数，并且将所得的第二等分点构成的列表进行矩阵转置，得到点列表P；
[0014]点列表P投影至建筑表皮曲面S上，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型单撑杆上节点；
[0015]点列表P进行两两分组，然后将每组的两个点相连形成多根线段，通过位置参数取得每条线段上的一个点，得到一般形式的下节点定位点；
[0016]点列表P删除最后一列数据，得到特殊形式的下节点定位点；
[0017]通过布尔参数控制Stream Filter运算器，选择一般形式的下节点定位点或特殊形式的下节点定位点，并将相应的下节点定位点投影至建筑表皮曲面S上，然后通过结构高度这一参数来控制点向下移动的距离，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型单撑杆下节点。
[0018]在一些可选的实施方案中，运用肋环型单撑杆线框模型生成运算器生成肋环型单撑杆线框模型的方法为：
[0019]有序的肋环型单撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最内圈的折线，按照最内圈折线对应的上节点分割为多个直线段，得到上内环索模型；
[0020]有序的肋环型单撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最外圈的折线，按照最外圈折线对应的上节点分割为多个直线段，得到环梁模型；
[0021]有序的肋环型单撑杆上节点列表进行矩阵转置后，逐点相连并按照节点分割为多个直线段，得到脊索模型；
[0022]将有序的肋环型单撑杆上节点与肋环型单撑杆下节点列表进行数据处理，对位上下节点相连生成撑杆模型，错位上下节点相连生成斜索模型；
[0023]有序的肋环型单撑杆下节点进行逐点相连，并按照节点分割为多个直线段，得到下环索模型。
[0024]在一些可选的实施方案中，由肋环型双撑杆节点模型生成运算器生成肋环型双撑杆节点模型的方法为：
[0025]根据建筑表皮曲面S，得到曲面S的最外圈轮廓线，将最外圈轮廓线投影至XY平面得到投影线C；
[0026]以投影线C的中心点为圆心作半径为任意值的圆，取该圆的N1个第一等分点，N1的值为环向等分数所输入的参数，并且以该圆的圆心作为起点，向每个第一等分点的方向作一条射线；
[0027]利用投影线C去截取射线，得到位于投影线C范围内的线段，取每条线段的N2个第二等分点，N2的值为径向等分数所输入的参数，并且将所得的第二等分点构成的列表进行矩阵转置，得到点列表P；
[0028]点列表P投影至建筑表皮曲面S上，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型双撑杆上节点；
[0029]点列表P分别删除最后一列数据与第一列数据，利用Weave运算器将删除后的两组
列表组合，将组合列表中的点逐个相连并打断，形成若干线段，取线段的中点形成新的点列表，将新的点列表进行转置，然后按照若干个数据一组进行重新分组，再将每一组中的两个点相连接形成若干线段，通过位置参数取得每条线段上的一个点，得到一般形式的下节点定位点；
[0030]点列表P删除最后一列数据，将剩余的点连成若干根曲线，求这些曲线的外接多边形，所得外接多边形的顶点为特殊形式的下节点定位点；
[0031]通过布尔参数控制Stream Filter运算器，选择一般形式的下节点定位点或特殊形式的下节点定位点，并将相应的下节点定位点投影至建筑表皮曲面S上，然后通过结构高度这一参数来控制点向下移动的距离，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型双撑杆下节点。
[0032]在一些可选的实施方案中，所述曲线的外接多边形的生成方法为：取原曲线N等分点，利用分析运算器求得原曲线在这些点上的切线方向，以等分点为起点，分别向切线方向与其相反方向作射线，所有线围成的多边形为曲线的外接多边形。
[0033]在一些可选的实施方案中，运用肋环型双撑杆线框模型生成运算器生成肋环型双撑杆线框模型的方法为：
[0034]有序的肋环型双撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最内圈的折线，按照最内圈折线对应的上节点分割为多个直线段，得到上内环索模型；
[0035]有序的肋环型双撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最外圈的折线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Grasshopper的肋环型索穹顶结构体系参数化建模方法，其特征在于，包括：获取待建立肋环型索穹顶结构体系的建筑表皮三维模型；确定索穹顶结构的几何与类型控制参数，利用相应的输入运算器表示各几何与类型控制参数；基于输入的几何与类型控制参数，调用封装好的肋环型单撑杆节点模型生成运算器、肋环型双撑杆节点模型生成运算器或肋环型四撑杆节点模型生成运算器，生成相应节点模型；基于生成的节点模型与输入的几何与类型控制参数，运用肋环型单撑杆线框模型生成运算器、肋环型双撑杆线框模型生成运算器或肋环型四撑杆线框模型生成运算器，形成对应的索穹顶结构三维模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由肋环型单撑杆节点模型生成运算器生成肋环型单撑杆节点模型的方法为：根据建筑表皮曲面S，得到曲面S的最外圈轮廓线，将最外圈轮廓线投影至XY平面得到投影线C；以投影线C的中心点为圆心作半径为任意值的圆，取该圆的N1个第一等分点，N1的值为环向等分数所输入的参数，并且以该圆的圆心作为起点，向每个第一等分点的方向作一条射线；利用投影线C去截取射线，得到位于投影线C范围内的线段，取每条线段的N2个第二等分点，N2的值为径向等分数所输入的参数，并且将所得的第二等分点构成的列表进行矩阵转置，得到点列表P；点列表P投影至建筑表皮曲面S上，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型单撑杆上节点；点列表P进行两两分组，然后将每组的两个点相连形成多根线段，通过位置参数取得每条线段上的一个点，得到一般形式的下节点定位点；点列表P删除最后一列数据，得到特殊形式的下节点定位点；通过布尔参数控制Stream Filter运算器，选择一般形式的下节点定位点或特殊形式的下节点定位点，并将相应的下节点定位点投影至建筑表皮曲面S上，然后通过结构高度这一参数来控制点向下移动的距离，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型单撑杆下节点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，运用肋环型单撑杆线框模型生成运算器生成肋环型单撑杆线框模型的方法为：有序的肋环型单撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最内圈的折线，按照最内圈折线对应的上节点分割为多个直线段，得到上内环索模型；有序的肋环型单撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最外圈的折线，按照最外圈折线对应的上节点分割为多个直线段，得到环梁模型；有序的肋环型单撑杆上节点列表进行矩阵转置后，逐点相连并按照节点分割为多个直线段，得到脊索模型；将有序的肋环型单撑杆上节点与肋环型单撑杆下节点列表进行数据处理，对位上下节
点相连生成撑杆模型，错位上下节点相连生成斜索模型；有序的肋环型单撑杆下节点进行逐点相连，并按照节点分割为多个直线段，得到下环索模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由肋环型双撑杆节点模型生成运算器生成肋环型双撑杆节点模型的方法为：根据建筑表皮曲面S，得到曲面S的最外圈轮廓线，将最外圈轮廓线投影至XY平面得到投影线C；以投影线C的中心点为圆心作半径为任意值的圆，取该圆的N1个第一等分点，N1的值为环向等分数所输入的参数，并且以该圆的圆心作为起点，向每个第一等分点的方向作一条射线；利用投影线C去截取射线，得到位于投影线C范围内的线段，取每条线段的N2个第二等分点，N2的值为径向等分数所输入的参数，并且将所得的第二等分点构成的列表进行矩阵转置，得到点列表P；点列表P投影至建筑表皮曲面S上，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型双撑杆上节点；点列表P分别删除最后一列数据与第一列数据，利用Weave运算器将删除后的两组列表组合，将组合列表中的点逐个相连并打断，形成若干线段，取线段的中点形成新的点列表，将新的点列表进行转置，然后按照若干个数据一组进行重新分组，再将每一组中的两个点相连接形成若干线段，通过位置参数取得每条线段上的一个点，得到一般形式的下节点定位点；点列表P删除最后一列数据，将剩余的点连成若干根曲线，求这些曲线的外接多边形，所得外接多边形的顶点为特殊形式的下节点定位点；通过布尔参数控制Stream Filter运算器，选择一般形式的下节点定位点或特殊形式的下节点定位点，并将相应的下节点定位点投影至建筑表皮曲面S上，然后通过结构高度这一参数来控制点向下移动的距离，最后按照投影线C进行排序，得到有序的肋环型双撑杆下节点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述曲线的外接多边形的生成方法为：取原曲线N等分点，利用分析运算器求得原曲线在这些点上的切线方向，以等分点为起点，分别向切线方向与其相反方向作射线，所有线围成的多边形为曲线的外接多边形。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，运用肋环型双撑杆线框模型生成运算器生成肋环型双撑杆线框模型的方法为：有序的肋环型双撑杆上节点进行逐点相连，得到闭合的折线，提取最内圈的折线，按照最内圈折线对应的上节点分割为多个直线段，得到上内环索模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慎，孟凡凯，辜文飞，孟仲永，尹鹏飞，
申请(专利权)人：中南建筑设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：