基于grasshopper的钢桁架穹顶结构参数化建模方法与流程

1.本发明涉及计算机辅助结构设计领域，具体应用于穹顶结构的参数化驱动生成，是一种基于rhino平台，通过grasshopper可视化编程技术，进行钢桁架穹顶结构的快速建模方法。


背景技术：

2.穹顶结构结构设计常见的有单层网壳、弦支索穹顶等，但对于一些对结构整体刚度有需求的建筑或者建筑造型面上有随机较重荷载的情况，结构方案需要采用桁架结构的布置形式。
3.本发明方法将参数化作为主要设计方法应用于钢桁架穹顶结构建模工作流程中，可实现根据项目实际情况，自定义输入端参数，输入端参数包括环向分段数、径向分段数、结构控制面的内偏退距、桁架失高及相邻桁架之间的环向桁架节点分段数，用于参数化生成钢桁架穹顶结构模型，有利于提高设计师的工作效率、优化项目的设计品质、提升团队的行业竞争力、降低设计单位的人力和时间成本。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题是提供一种钢桁架穹顶结构的参数化建模方法。该方法有利于提高设计师的工作效率、优化项目的设计品质、提升团队的行业竞争力、降低设计单位的人力和时间成本。
5.本发明提供的技术方案是：一种基于grasshopper的钢桁架穹顶结构参数化建模方法，包括以下步骤：1）将建模的过程均采用简化为grasshopper中的cluster组的形式，方便直接调用；2）在rhino平台，指定建筑曲面造型处的基准点，将建筑曲面造型旋转平移至坐标原点，并将原点处造型面作为输入端建筑控制面；3）根据结构设计要求，自定义输入端参数，输入端参数包括环向分段数、径向分段数、结构控制面的内偏退距、桁架失高及相邻桁架之间的环向桁架节点分段数，用于参数化生成钢桁架穹顶结构模型。
6.本发明可通过可变的设计参数，根据建筑造型的特点，生成的桁架按自定义退距拟合建筑造型面；自定义贯通桁架数，非贯通桁架交汇于顶部内环桁架；自定义中部环桁架数目。
7.本发明可按建筑曲面造型直接输入底部及顶部圆半径，曲面高度及扫掠线上第三点定位，自定义输出建模穹顶面作为输入端。
8.本发明上述步骤3）在自定义输入端参数后，参数化生成钢桁架穹顶结构模型包括以下步骤：（1）自定义输入端参数后，按内偏退距偏移建筑曲面，根据建筑曲面筛选出底部和
顶部的圆，按环向分段数绘出多边形，并分别求出形心位置；（2）绘制主桁架：取多边线相同角度位置的点连斜线，投影至结构控制面上，并按径向分段数分段，绘出结构桁架上弦；取出各点的曲面法向向量，筛选出中部点，按桁架失高绘制出下弦点，按相应的点连线，形成竖向撑杆及斜腹杆；（3）绘制顶部内环桁架：进行内环桁架半径判断，选取内环桁架半径；以顶部圆形心点做内环桁架的平面多边形，按法向向量方向按失高移动，绘制出桁架下弦点；取1/3点作为贯通桁架，其余交汇于内环桁架中；（4）绘制中部环桁架：根据设计要求，选取需要设置中部环桁架的同一标高处的节点，用polyline连线后按可控的节点分段数等分；筛选除桁架上弦节点外的其他中部节点，按曲面法向向量偏移求出中部桁架下弦节点；排序后连线形成中部环桁架竖向及斜向腹杆；（5）绘制顶部环形桁架：根据设计要求，选取需要设置顶部环形桁架的同一标高处的节点，用polyline连线后按可控的节点分段数等分；筛选除桁架上弦节点外的其他中部节点，按曲面法向向量偏移求出顶部环形桁架下弦节点；排序后连线形成顶部环形桁架竖向及斜向腹杆；（6）绘制径向次梁及底部支座处斜杆：从中部环桁架上弦数据中，筛选出径向次梁的节点、底部支座处斜杆的上节点，以及对应的支座，依次连线，绘制出径向次梁及底部支座处斜杆。
9.本发明应用于钢桁架穹顶结构建模工作流程中，可实现根据项目实际情况，自定义输入的环向分段数、径向分段数、结构控制面的内偏退距、桁架失高等控制参数，用于参数化生成钢桁架穹顶结构模型，有利于提高设计师的工作效率、优化项目的设计品质、提升团队的行业竞争力、降低设计单位的人力和时间成本。
附图说明
10.图1为本发明钢结构穹顶结构建模参数化设计cluster程序组；图2为本发明钢结构穹顶结构生成示意一；图3为本发明钢结构穹顶结构生成示意二；图4为本发明钢结构穹顶结构建模参数化设计工作流图。
具体实施方式
11.下面参照附图所示对本发明作进一步的描述。
12.本发明包括以下步骤：1）将建模的过程均采用简化为grasshopper中的cluster组的形式，方便直接调用；2）在rhino平台，指定建筑曲面造型处的基准点，将建筑曲面造型旋转平移至坐标原点，并将原点处造型面作为输入端建筑控制面；3）根据结构设计要求，自定义输入端参数，输入端参数包括环向分段数、径向分段数、结构控制面的内偏退距、桁架失高及相邻桁架之间的环向桁架节点分段数，用于参数化生成钢桁架穹顶结构模型。
13.本发明通过可变的设计参数，根据建筑曲面造型的特点，生成的桁架按自定义退距拟合建筑造型面；自定义贯通桁架数，非贯通桁架交汇于顶部内环桁架；自定义中部环桁架数目。
14.按建筑曲面造型直接输入底部及顶部圆半径，曲面高度及扫掠线上第三点定位，自定义输出建模穹顶面作为输入端。
15.所述步骤3）包括：（1）自定义输入端参数后，按内偏退距偏移建筑曲面，根据建筑曲面筛选出底部和顶部的圆，按环向分段数绘出多边形，并分别求出形心位置；（2）绘制主桁架：取多边线相同角度位置的点连斜线，投影至结构控制面上，并按径向分段数分段，绘出结构桁架上弦；取出各点的曲面法向向量，筛选出中部点，按桁架失高绘制出下弦点，按相应的点连线，形成竖向撑杆及斜腹杆；（3）绘制顶部内环桁架：进行内环桁架半径判断，选取内环桁架半径；以顶部圆形心点做内环桁架的平面多边形，按法向向量方向按失高移动，绘制出桁架下弦点；取1/3点作为贯通桁架，其余交汇于内环桁架中；（4）绘制中部环桁架：根据设计要求，选取需要设置中部环桁架的同一标高处的节点，用polyline连线后按可控的节点分段数等分；筛选除桁架上弦节点外的其他中部节点，按曲面法向向量偏移求出中部桁架下弦节点；排序后连线形成中部环桁架竖向及斜向腹杆；（5）绘制顶部环形桁架：根据设计要求，选取需要设置顶部环形桁架的同一标高处的节点，用polyline连线后按可控的节点分段数等分；筛选除桁架上弦节点外的其他中部节点，按曲面法向向量偏移求出顶部环形桁架下弦节点；排序后连线形成顶部环形桁架竖向及斜向腹杆；（6）绘制径向次梁及底部支座处斜杆：从中部环桁架上弦数据中，筛选出径向次梁的节点、底部支座处斜杆的上节点，以及对应的支座，依次连线，绘制出径向次梁及底部支座处斜杆。
16.参见图1-图3，本发明具体步骤如下：.结构输入端参数主要包括如下五个参数：环向分段数m、径向分段数n，结构控制面的内偏退距，桁架失高及相邻桁架之间的环向桁架节点分段数；cluster电池组详图1；参数化工作流详图4：1）钢结构穹顶结构建模参数化设计工作流；2）拾取建筑曲面造型，按退距求竖向结构面；3）按环向分段等分，绘制结构面顶面及底部多边形；4）点排序相连，投影至结构面绘上弦；5）上弦按径向分段，并法向向量按矢高移动求下弦；6）绘主桁架的竖向撑杆及斜腹杆；7）同样原理对点筛选，绘顶部内环桁架及中部环桁架；8）点排序筛选，绘支座处斜撑及径向次梁；9）赋予截面形成杆件。其中：.按内偏退距偏移建筑曲面后，根据曲面筛选出底部及顶部的圆，按环向分段数绘
出多边形，并分别求出形心位置。
17.主桁架绘制：取多边线相同角度位置的点连斜线，投影至结构控制面上，并按径向分段数分段，绘出结构桁架上弦。取出各点的曲面法向向量，筛选出中部点，按桁架失高绘制出下弦点，按相应的点连线，形成竖向撑杆及斜腹杆。
18.顶部内环桁架绘制：进行内环桁架半径判断，本例中选取2 m及0.5倍顶部圆半径较小值作为内环桁架半径；以顶部圆形心点做内环桁架的平面多边形，同样按法向向量方向按失高移动，绘制出桁架下弦点。为避免顶部杆件较密，仅取1/3点作为贯通桁架，其余交汇于内环桁架中。
19.中部环桁架绘制：根据设计要求，选取需要设置中部环桁架的同一标高处的节点，用polyline连线后按可控的节点分段数等分；筛选除桁架上弦节点外的其他中部节点，按曲面法向向量偏移求出中部桁架下弦节点；排序后连线形成中部环桁架竖向及斜向腹杆。顶部环形桁架按相同原则绘制。
20.绘制径向次梁及底部支座处斜杆：从中部环桁架上弦数据中，筛选出径向次梁的节点、底部支座处斜杆的上节点，以及对应的支座，依次连线，绘制出径向次梁及底部支座处斜杆。