一种复杂排水路径屋顶曲面的排水快速分析方法技术

本发明专利技术提供一种复杂排水路径屋顶曲面的排水快速分析方法，基于动力松弛法，将降雨从时间和空间两个维度上离散为承受重力作用的粒子在曲面上的等时间步长的位置信息。对于具有复杂排水路径的屋面，其排水路径上各处的坡度不同，以不平衡力为基础求解粒子在下一个时间步时所处的位置，迭代求解得到各个随机位置的粒子在重力作用下从初始位置运动至屋顶曲面最低点的运动轨迹。该方法可大幅降低排水分析所消耗的时间，便于快速对复杂排水路径的屋顶结构设计方案的排水性能进行概念性评估，特别是对于由索膜体系组成的屋顶结构，其结构性能与排水性能相互影响的情况下，该方法可快速评估排水可行性，极大地提高设计效率。极大地提高设计效率。极大地提高设计效率。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂排水路径屋顶曲面的排水快速分析方法


[0001]本专利技术涉及大跨度空间结构设计领域，公开了一种复杂排水路径屋顶曲面的排水快速分析方法。

技术介绍

[0002]大跨度索网结构高效的结构受力使采用该体系形成的屋盖往往看起来轻盈通透，但作为一种柔性结构体系，索网结构在可变荷载作用下的变形相较于传统钢结构屋盖的大，同为柔性材料的膜材也由于其对大变形的适应能力越来越多地作为围护结构材料被应用到大跨度索网结构上。膜结构在具有高差的边界之间通过预应力形成的曲率提供刚度，其形态与预应力的大小、边界的位形和边界的刚度都密切相关。随着建筑师对屋面造型的美学要求不断提高，屋顶的膜面造型越来越复杂，带来的问题就是膜面的排水路径也变得越来越复杂，但是采用计算流体力学(CFD)对排水进行分析所需的计算量非常大，计算时间非常长，一般只能在结构设计完成后，对设计完成的屋顶膜面形态进行验证，不适合在需要对排水可行性进行多轮快速评判的方案设计阶段采用。索膜结构设计时，往往只能根据经验对屋顶排水能力进行定性地判断，目前尚无可以对屋面排水进行快速分析评估的方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂排水路径屋顶曲面的排水快速分析方法，其特征在于，包括：S1：建立需要模拟的屋顶曲面模型，并基于历史气象数据获得项目所在地在单位时间Δt的降雨量数据，将此单位降雨量乘以屋顶曲面的投影面积可得到在单位时间Δt内的总降雨量的体积A，并计算在单位时间内落于曲面范围内的降雨总质量M；S2：将单位时间的降雨总质量M离散为k个在曲面上按照分布密度均匀、位置随机的原则布置的个体质量为m的粒子，m＝M/k，粒子保持紧贴曲面运动；S3：对所有粒子施加重力，记时间为t，粒子i的位置为基于改进动力松弛法和粒子在曲面上的位置，得到粒子i所受的不平衡力和此不平衡力作用下，在t+Δt时间步时粒子的位置其中i＝0,1,2,
……
k：其中g为重力加速度，θ为粒子所在位置的曲面法线与重力方向的夹角，μ为屋顶表面摩擦系数，对于金属屋面近似取0.013，对于PTFE屋面近似取0.025；擦系数，对于金属屋面近似取0.013，对于PTFE屋面近似取0.025；擦系数，对于金属屋面近似取0.013，对于PTFE屋面近似取0.025；其中t＝0时，求粒子位置在曲面上的最近点并计算粒子位置与最近点的距离并对比该距离的2
‑
范数与η
s
，其中η
s
为预设的限值，若则粒子任然处于曲面上，进入下一步S4，否则，用替换作为该时刻粒子位置进入下一步S4；S4：根据第S3步求得的粒子位置判断其在地平面的投影位置是否还在屋顶曲面在地平面的投影范围之内，若是，则进入下一步，否则，视粒子已离开曲面，停止迭代，从模型中移除粒子；S5：根据粒子位置重新进入第S3步进行下一轮迭代，重新求其所受...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭洋，朱忠义，白光波，陈一，张琳，崔建华，王毅，梁宸宇，
申请(专利权)人：北京市建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：