一种异形曲面造型屋面的檩条深化方法技术

本发明专利技术涉及一种异形曲面造型屋面的檩条深化方法，包括步骤一：檩条计算准备；步骤二：创建风压测点并关联风压；步骤三：指定檩条布置限制条件；步骤四：指定檩条N组初始布置方案；步骤五：通过檩条端点最近测点风压拟合檩条计算风压；步骤六：计算并判断每根檩条安全系数是否均小于设定的最小安全系数；步骤七：判断每根檩条安全系数是否均大于设定的最小安全系数；步骤八：利用仿生算法以标准差为目标函数重新划分N组檩条布置；步骤九：判断是否达到停止优化条件；步骤十：判断最优标准差的檩条均值是否过大。本发明专利技术实现了基于空间模型的原位数据提取以真实计算每根檩条的安全系数，达到檩条安全系数均一的目标。达到檩条安全系数均一的目标。达到檩条安全系数均一的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种异形曲面造型屋面的檩条深化方法


[0001]本专利技术涉及建筑屋面的冷弯薄壁檩条设计方法，具体的说是异形曲面造型屋面的檩条深化方法。

技术介绍

[0002]在金属屋面设计领域中，结构安全设计是一项决定屋面设计成败的关键性工作。能否有效设计屋面系统的承载体系关系到金属屋面是否在设计使用年限内有足够的可靠性。对于常规斜坡金属屋面，如工业厂房项目，因屋面形状规则，屋面各个部位荷载分布和主体结构的形状也规则，可以通过设计计算实现统一的结构承载参数，如檩条间距、规格、方向等，最终实现屋面系统各个部位统一的安全系数；对于异形曲面造型的屋面，如体育场馆、交通枢纽工程、展览馆等，由于屋面各个部位的风荷载不同，主体承载结构的形状也不尽相同，导致设计统一安全系数的屋面承载参数异常困难。
[0003]为使异形曲面造型金属屋面结构安全可靠，目前各深化设计方均采用比较保守的计算方法。将整个屋面根据风荷载不均匀程度划定个别主要区域，获取最高正风压值和最高负风压值，经与其他荷载组合后，按区域设计檩条间距、规格和方向。因屋面坡度、风荷载、檩条跨度对异形屋面来说处处不同，划分的区域是否具有代表性取决于檩条设计师的结构专业素养高低，当前选用的计算檩条极有可能不具有区域代表性，导致个别部位存在安全风险和多数部位存在安全储备过度的情况，即檩条安全系数在整个异形曲面造型屋面上不均一。
[0004]经检索：1、一种檩条结构加强设计方法[CN202210157896]:该专利技术根据檩条结构的若干目标值、预设的几何信息和边界物理参数形成初始设计模型，再利用多工况拓扑优化技术得到檩条结构的拓扑优化形态，在不增加成本的前提下实现光伏系统中檩条结构的加强设计；2、屋面檩条生成方法、装置、计算机设备和存储介质[CN202010076331]:该专利技术通过预设初始檩条的顺序和间距，在挑檐梁或挑檐斜梁所在平面通过计算机自动生成屋面檩条。
[0005]3、单向檩条系统、双向檩条系统以及屋面[CN201520973070]：该专利技术提供了一种能够按指定规则依次间隔且平行设置的单项檩条系统和双向檩条系统，比较适用于平屋面檩条体系。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种异形曲面造型屋面的檩条深化方法，解决传统异形曲面屋面的檩条计算安全系数不均一，设计不经济的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种异形曲面造型屋面的檩条深化方法，其特征在于它包括如下步骤：
步骤一：檩条计算准备；步骤二：创建风压测点并关联风压；步骤三：指定檩条布置限制条件；步骤四：指定檩条N组初始布置方案；步骤五：通过檩条端点最近测点风压拟合檩条计算风压；步骤六：计算并判断每根檩条安全系数是否均小于设定的最小安全系数；步骤七：判断每根檩条安全系数是否均大于设定的最小安全系数；步骤八：利用仿生算法以标准差为目标函数重新划分N组檩条布置；步骤九：判断是否达到停止优化条件；步骤十：判断最优标准差的檩条均值是否过大。
[0008]所述的异形曲面造型屋面的檩条深化方法，其特征在于：步骤一所述的檩条计算准备包括：原始设计资料收集、创建主体结构模型、计算屋面恒荷载、活荷载及雪荷载；步骤二具体为：通过风洞试验报告中风洞模型点位在屋面表皮模型上创建风压测点，每个风压测点对应一个最大正风压和最大负风压数据；风洞试验报告中会列出屋面表皮模型上的风压测点数据，根据不同角度的风压实验数据，风洞试验报告会给出各测点的最大正风压值和最大负风压值；风压测点在表皮模型上是空间几何点位数据，同时每个点位关联最大正风压值和最大负风压值，便于后续参与檩条承载能力计算；步骤三具体为：对于异形曲面造型屋面，檩条竖向投影平行且连续布置，檩条首尾相连，是上层屋面系统排水方向及安装条件的常规要求，作为特例的布置约束条件参与到檩条间距优化算法中，如有其他布置约束规则，可预设相应的约束条件；步骤四具体为：对屋面表皮曲面，即步骤1已收集的数据，选定N组M个间距不小于某一常数的竖直平面，每个平面与主体结构形成X个顺序交点；按照约束条件，所有檩条竖向投影平行，可采用任选的竖向平面，每个平面均可与主体结构形成交点，因檩条的支撑点在主体结构，因此可将该顺序交点依次作为檩条的两端点；对X个交点依次相连，形成X
‑
1根檩条；至此，形成檩条排布，可自动计算檩条端点的间距作为檩条跨度，可通过计算檩条两端点的坡度计算整个檩条的倾斜角，类似数据作为檩条原位计算的参数；步骤五具体为：在每根檩条的两个端点寻找最近风压测点，计算两个风压测点的正风压平均值和两个负风压平均值作为檩条正负风压均值；两端点附近的测点风压平均值作为檩条风压值是一种合理的近似计算，如檩条端点与风压测点距离较远，可采用曲面拟合的方法预测两端点位置的风压值作为檩条风压值的计算依据；步骤六具体为：计算每根檩条的安全系数，如存在檩条的安全系数小于设定最小安全系数，该组竖直平面所产生的檩条布置舍弃；檩条安全系数小于设定最小安全系数，意味着檩条结构抗力值小于屋面荷载效应值，是不安全的，檩条间距过大，檩条布置应予以舍弃；步骤七具体为：如每根檩条安全系数均大于设定最小安全系数，对该组M*(X
‑
1)个檩条安全系数求均值和标准差，对比每组标准差，标准差更大的半部分数据舍弃；在保证檩条安全的前提下，对当前划分的檩条布置进行安全系数评价，如标准差过大，说明檩条安全系数过于离散，划分数据不合理，应舍弃；
步骤八具体为：对N组剩余较合理的Y组平面根据均值和标准差数据按相应趋势重新划分；通过生物模拟算法，采用檩条安全系数标准差作为目标函数，檩条的布置方案作为模拟算法生物群体，在每组竖直平面的微调移动中，实现檩条安全系数标准差的最小；步骤九具体为：经过一定量次计算、标准差小于固定数值或前后两次迭代的最优标准差差值小于固定数值时，停止搜索优化；步骤十具体为：若设计者认为安全系数均值过大，减少1个面重新运算，直至所有檩条的安全系数接近设定最小安全系数且标准差最小。
[0009]所述的异形曲面造型屋面的檩条深化方法，其特征在于：步骤一所述的原始设计资料收集包括：对主体结构图纸、风洞试验报告、屋面构造层次、基本风压、基本雪压、屋面表皮造型模型、檩条截面及材料信息的收集；创建主体结构模型是指：主体结构模型是檩条的承载结构，檩条作为简支梁受力模型计算时，支座固定在主体结构模型上，结合主体结构可获取檩条的跨度数据；计算屋面恒荷载、活荷载及雪荷载是指：通过屋面构造层次计算屋面恒荷载，通过屋面类型并结合规范计算活荷载和雪荷载。
[0010]本专利技术的有益效果是：本申请与对比文件1相比：采用的优化方法不同，异形曲面造型的檩条设计原则具有一定的约束性（例如檩条与檩条之间的布置方向关系和檩条连续性），同时利用整个屋面主体结构的原位数据参与运算，具有明显的整体性。
[0011]本申请与对比文件2相比：不同点是：檩条间距等参数通过算法持续优化，实现具有统一安全性的檩条排布；曲面造型的檩条设计、计算和优化与单纯的固定规则檐口檩条排布有明显区别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异形曲面造型屋面的檩条深化方法，其特征在于它包括如下步骤：步骤一：檩条计算准备；步骤二：创建风压测点并关联风压；步骤三：指定檩条布置限制条件；步骤四：指定檩条N组初始布置方案；步骤五：通过檩条端点最近测点风压拟合檩条计算风压；步骤六：计算并判断每根檩条安全系数是否均小于设定的最小安全系数；步骤七：判断每根檩条安全系数是否均大于设定的最小安全系数；步骤八：利用仿生算法以标准差为目标函数重新划分N组檩条布置；步骤九：判断是否达到停止优化条件；步骤十：判断最优标准差的檩条均值是否过大。2.根据权利要求1所述的异形曲面造型屋面的檩条深化方法，其特征在于：步骤一所述的檩条计算准备包括：原始设计资料收集、创建主体结构模型、计算屋面恒荷载、活荷载及雪荷载；步骤二具体为：通过风洞试验报告中风洞模型点位在屋面表皮模型上创建风压测点，每个风压测点对应一个最大正风压和最大负风压数据；风洞试验报告中会列出屋面表皮模型上的风压测点数据，根据不同角度的风压实验数据，风洞试验报告会给出各测点的最大正风压值和最大负风压值；风压测点在表皮模型上是空间几何点位数据，同时每个点位关联最大正风压值和最大负风压值，便于后续参与檩条承载能力计算；步骤三具体为：对于异形曲面造型屋面，檩条竖向投影平行且连续布置，檩条首尾相连，是上层屋面系统排水方向及安装条件的常规要求，作为特例的布置约束条件参与到檩条间距优化算法中，如有其他布置约束规则，可预设相应的约束条件；步骤四具体为：对屋面表皮曲面，即步骤1已收集的数据，选定N组M个间距不小于某一常数的竖直平面，每个平面与主体结构形成X个顺序交点；按照约束条件，所有檩条竖向投影平行，可采用任选的竖向平面，每个平面均可与主体结构形成交点，因檩条的支撑点在主体结构，因此可将该顺序交点依次作为檩条的两端点；对X个交点依次相连，形成X
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1根檩条；至此，形成檩条排布，可自动计算檩条端点的间距作为檩条跨度，可通过计算檩条两端点的坡度计算整个檩条的倾斜角，类似数据作为檩条原位计算的参数；步骤五具体为：在每...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵兆通，张伟明，黄文华，
申请(专利权)人：中冶上海钢结构科技有限公司，
类型：发明
国别省市：