[发明专利]一种仿生建筑结构建模及设计方法

说明书

本发明提供了一种仿生建筑结构建模及设计方法，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；步骤二，确定所需构件尺寸和载荷信息，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，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。与工程设计结合设计复杂空间仿生形态建筑，精确的进行结构建模和设计，为工程实施精确定位定形奠定基础。

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是一种仿生建筑结构建模及设计方法。

背景技术

随着科技飞速发展、信息快速传播，先锋的建筑艺术作品在建筑师的头脑中形成，仿生建筑作为先锋建筑的一种表现形式，备受青睐，同时，在自然资源短缺，环境污染严重的今天，建筑师遵循人与自然和谐发展的理念，试图寻找建筑与自然间完美的共存方式，目前仿生建筑在施工过程中需要精确定位定性，由于其属于复杂空间仿生形态，建筑的建模形式如何通过凝练的数学几何方程进行描述，即数字建模，现有技术还没有成熟且效果好的技术方案，而准确的数字模型是进行结构受力分析、设计以及工程构件装配的基础。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种仿生建筑结构建模及设计方法，与工程设计结合设计复杂空间仿生形态建筑建模的方法，包括相关结构设计软件的前处理和连接方法等细节，从而精确的进行结构建模和设计，为工程实施的精确定位和定形奠定基础。

本发明的目的在于提供一种仿生建筑结构建模及设计方法，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。

优选的，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；

优选的，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愤怒西，在CATIA几何模型对应位置创建窗口。

优选的，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。

优选的，所述步骤三包括：