[发明专利]一种仿生建筑结构建模及设计方法

权利要求书

1.一种仿生建筑结构建模及设计方法，其特征在于包括：

步骤一，对仿生建筑结构进行数学模拟，包括外轮廓和截面的模拟，采用CATIA将仿生建筑外表面曲面经过三次沿曲面内法线方向的偏移，分别得到结构外表面、结构中心面、结构内表面，所述结构外表面用于结构定位施工图绘制，所述结构中心面用于结构计算和分析；

步骤二，确定所需构件尺寸和载荷信息，并将所有构件进行分组，管理构件的分组，利用所需构件尺寸和载荷信息以及生成的网格一起构成有限元计算模型，将所形成的有限元计算模型提供给ANSYS进行静力线性分析和动力弹塑性时程分析；

步骤三，根据仿生建筑的静力线性分析和动力弹塑性时程分析结果，利用面向对象的设计方法，构造参数化的虚拟现实系统；

步骤四，对仿生建筑的抗震性能进行优化设计；

步骤五，根据步骤三和步骤四生成设计图纸，包括根据参数化的虚拟现实系统生成3D模型，在CATIA中生成整体结构的平面、立面、剖面切片，输出成DWG文件，同时，通过AutoCAD二次开发，结合步骤四的抗震性能优化，批处理所述DWG文件上生成的各平面图，依次输出每个异型筒体以及梁的定位曲线图，并在图纸下衬以与施工模板一致的网格，从而便于施工方制作定位模板。

2.根据权利要求1所述的一种仿生建筑结构建模及设计方法，其特征在于：所述偏移不是一次完成，而是根据仿生结构分解的每个异型筒及其连接体的几何特征，沿高度方向和周向先将其切割成易于沿内法线方向偏移的多个曲面部分，再进行向内偏移，多次修剪达到整体的协调一致，最后形成的结构中心面几何模型达到所有曲面连续，满足离散有限元计算的要求。

3.根据权利要求2所述的一种仿生建筑结构建模及设计方法，其特征在于：所述步骤一还包括门窗以及设备开洞对结构分析结果的影响分析，在CATIA几何模型对应位置创建窗口。

4.根据权利要求3所述的一种仿生建筑结构建模及设计方法，其特征在于：所述步骤一还包括网格划分，读取CATIA建立的几何模型，对导入的几何模型进行清理，从而进行公差设置并进行数据格式之间的转化，几何模型进行清理包括利用surface edit创建楼板、异形筒以及异形梁的公共边界，从而所有部件连接作为一个整体结构共同作用，所述网格长细比小于5，扭曲率小于5，单元最小边长大于150mm。

5.根据权利要求1所述的一种仿生建筑结构建模及设计方法，其特征在于：所述步骤三包括：

(1)设置参数化的输入界面，通过HTML页面完成参数的输入和信息的输出，所述参数包括模型的参数以及模型显示的相关属性参数，所述模型的参数包括异型筒参数，截面轮廓参数，旋转角度和檐口外挑长度；所述模型显示的相关属性参数包括模型显示的分割数，显示的材质颜色和透明度；

(2)设置参数化的模型生成系统，通过VRML脚本编程，结合输入的参数，进行模型三维数据的生成；

(3)设置模型渲染模块，由VRML浏览器插件BS Contact X3d/VRML V7.0显示生成的模型；

(4)设置信息查询模块，通过VRML的感应器，捕捉模型的表面数据，包括坐标，传递给HTML页面显示模型的相关数据。

6.根据权利要求1所述的一种仿生建筑结构建模及设计方法，其特征在于：所述步骤四包括：

(1)对各筒体厚度进行调整，控制结构的扭转变形，在壁上适当设置洞口以调整其刚度，通过加强舞台一侧的筒体厚度至600mm，减少反向一侧的筒体厚度到220mm，使结构的第一周期由扭转变为平动，第三周期为扭转，结构的周期比小于0.85；

(2)设置T字剪力墙，增加结构的整体刚度，减少结构的刚度偏心，在T字剪力墙之间增加设置钢桁架，将屋面板壳体的三边支撑改为四边支撑，将T字剪力墙设置在顶层多功能厅舞台口前侧两边，大跨度屋面板矢高4m，作为理想的壳体形状，平面最大位移由舞台侧上方中部的70mm减小到50mm并向两侧分散，应力重新合理分布，屋面板周边梁板加强配筋并施加一定的预应力，加强对拱板的约束；

(3)增加楼面层大板结构周边板后，并设置一定刚度的边梁，增加筒体之间的结构连接，并进行结构整体稳定验算，保证结构的稳定和抗倾覆能力；

(4)在各异型筒体内部分层设置环向加劲板，增强异型筒体的局部稳定，保证异型结构在地震作用下能够正常工作，环向加劲板宽度为600mm，厚度为150mm；

(5)采用ANSYS进行常遇地震作用下的反应谱分析和时程分析，参照建立墙结构控制总体变形和层间变形，并对轴压比进行控制；

(6)对筒体底部按中震弹性进行控制，在施工图设计阶段采用ABAQUS程序进行弹塑性分析，验算罕遇地震作用下的变形，进一步确定薄弱部位。