[发明专利]一种索桁结构的找形方法

摘要

本申请公开了一种索桁结构的找形方法，与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：可在给定屋面或幕墙几何、保持撑杆或吊索竖直的前提下进行索桁结构的找形，使找形结果完全符合预期的建筑造型；适用范围广，可以用于不同形式的屋面或幕墙曲面、边界形状和车辐式、平行式、交叉式等多种索桁架布置方式；提出力密度模态的概念和单方向力密度法，找形过程中仅更新节点的z坐标，节点x、y坐标自动满足平衡方程，无需进行更新，从而使撑杆或吊索自动保持竖直；控制参数少，可以针对给定的屋面或幕墙几何形状快速给出一系列不同尺寸的找形结果及对应的内力分布，便于建筑方案比选和结构优化等。

主权项

一种索桁结构的找形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)建立符合给定屋面或幕墙几何形状的索桁结构上弦或下弦节点，根据拓扑关系连接各节点，得到上弦索或下弦索的几何模型；2)将各上弦或下弦节点沿竖直方向向下或向上偏移任意距离，得到各下弦或上弦节点的初始位置，连接相应的上、下弦节点得到撑杆或吊索的初始几何模型；3)约束外环支座节点及撑杆或吊索的下或上端点，得到找力模型，命名为模型A；4)另建找形模型B：根据步骤2)中下弦或上弦节点的初始位置建立下弦索或上弦索的初始几何模型，并约束外环支座节点；5)组集模型A的平衡矩阵并进行奇异值分解，得到其自应力模态；6)将模型A的自应力模态进行线性组合，提取组合结果中撑杆或吊索的对应数值，当自应力模态唯一时，直接提取模态中撑杆或吊索的对应数值，所得结果作为找形时的外荷载；7)以力密度为变量建立模型B的x向和y向平衡方程组，组集方程组的系数矩阵，称为力密度平衡矩阵，对矩阵进行奇异值分解，得到模型B满足x向和y向平衡条件的力密度模态；8)将模型B的力密度模态进行线性组合，当力密度模态唯一时，可直接乘以调整系数，所得结果作为找形采用的力密度；9)采用步骤8)得到的力密度，并将步骤6)得到的外荷载施加到模型B的相应节点，对模型B进行带荷载的力密度法找形，得到满足平衡条件和撑杆或吊索竖直要求的下弦或上弦节点坐标，由于找形过程中各节点的x、y坐标自动满足平衡，可仅更新z坐标，故称之为单方向力密度法；10)利用模型A中的上弦或下弦节点坐标和找形后模型B中的下弦或上弦节点坐标，建立索桁结构的整体几何模型，命名为模型C；11)检查模型C的几何尺寸是否满足与建筑功能相关的要求，若满足则进入后续步骤，若不满足则返回步骤8)，更新力密度模态组合系数或调整系数，并重新进行找形，直至得到几何尺寸满足要求的的索桁结构；12)组集模型C的平衡矩阵并进行奇异值分解，得到找形完成的索桁结构自应力模态；之后考虑自重或其他荷载对找形结果进行修正。