[发明专利]一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法

说明书

本发明提供了一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法，包括：根据空间结构中的各个杆系构件建立计算模型、建立模型坐标系和光线坐标系；对计算模型中的各个元素进行坐标系变换；对空间结构中的任意两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影进行包围盒检测；确定任意两个杆系构件之间的遮挡关系；对于任意两个存在遮挡关系的杆系构件，计算得到其中一个杆系构件在另一个杆系构件的表面上形成的日照阴影区间；计算得到任意一个杆系构件的太阳直射系数；根据各个杆系构件的太阳直射系数，计算得到各个杆系构件的表面在预设时刻时单位时间内接收的太阳辐射量。应用本发明可以计算得到空间结构中的各种构件的太阳辐射量。

技术领域

本申请涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法。

背景技术

大跨空间结构通常用于大型公共建筑(例如，体育馆、展览馆等)，具有结构规模大、平面范围广等特点。同时，在漫长的施工阶段，大跨空间结构往往要承受复杂的环境作用，经历多样的边界条件变化。由于上述结构在施工过程一般处于露天环境，缺少围护结构的保护，因此，太阳辐射主导的日温度变化会在结构中产生瞬态不均匀的温度场，进而引起无法忽略的温度效应，从而对结构的合拢嵌补、提升卸载等关键阶段受力状态产生明显的影响。所以，近年来，随着大跨空间结构数量的增加与规模的扩大，对大跨空间结构的结构温度场的模拟与研究也变得越来越重要。

数值模拟是温度场研究的主要手段。通过在有限元软件中，根据诸多热边界条件的理论模型对结构的瞬态温度场进行模拟计算，可以得到结构模型在任意时刻的温度场分布情况。具体而言，在数值模拟中较常采用的热边界条件包括构件吸收的太阳辐射、日气温变化、构件与空气的对流换热、构件与环境间的热辐射交换等几个部分。其中，太阳辐射对结构的温度变化起到了至关重要的作用。目前，通过一些技术上的处理，结合有关太阳辐射的理论研究，已经可以在数值模拟过程中实现太阳辐射的计算，得到太阳照射下任意平面在某一时刻单位时间内接收的太阳辐射量。

但是，对于大跨空间结构中的圆截面杆系构件，由于其外表面并不是一个平面，无法直接采用现有的计算方法，因此还需要进一步的计算处理，以得出杆系构件外表面实际接收的太阳辐射量。

此外，大跨空间结构一般具有较为复杂的造型，构件数量众多，且构件在空间上一般分布在不同高度。受到太阳光的照射时，众多构件之间存在不断变化的遮挡关系，使各构件表面产生大量日照阴影，因此将影响构件实际接收的太阳辐射量，进而影响结构中的温度分布。相关的研究已经表明，是否考虑遮挡效应对构件温度的计算结果有较为明显的影响，不可忽略。因此，在温度场的精确模拟中，对日照遮挡效应进行计算是非常有必要的。

但是，目前的现有技术中已有的遮挡关系判断方法同样仅适用于平面：首先需要将平面细化为大量具有规则形状(例如，矩形或三角形)的小单元，之后通过一系列的空间位置与几何关系判断，对每个小单元是否被遮挡进行区分与确定。由于每个小单元只有被遮挡与不被遮挡这两个状态，因此需要将平面划分得非常细，才能得到较为理想的结果；但是，小单元的数量过多又会降低计算效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法，从而可以计算得到空间结构中的各种构件的太阳辐射量。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法，该方法包括：

根据空间结构中的各个杆系构件建立对应的计算模型；

根据计算模型建立模型坐标系，并根据太阳的入射角度建立光线坐标系；

对计算模型中的各个元素进行坐标系变换，得到各个元素在光线坐标系中的对应坐标；

对空间结构中的任意两个杆系构件在光线坐标系中的平面投影进行包围盒检测；