六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模及形状优化设计

球面网壳结构类型和特点球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。

1交叉桁架体系各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。

单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。

双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。

1.1肋环型球面网壳它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。

具有网格划分简单，节点构造简单的特点。

但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。

杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。

图1：勒环型单层球面网壳1.2施威德勒型球面网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。

加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。

斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。

在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。

这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。

图2：施威德勒型单层球面网壳1.3联方型球面网壳联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右斜杆组成菱形网格，两斜杆夹角为30～500之间，造型美观。

为了增强网壳的刚度和稳定性，可在环向加设杆件，使网格成为三角形。

适用于中、大跨度结构。

图3：联方型单层球面网壳1.4三向格子型球面网壳三向格子型是在球面上由三个方向相交成60度的大圆构成，或在球面的水平投影面上将跨度n等分，形成正三角形网格后再投影到球面上，即可得到三向网格型球面网壳。

常见网架结构型式与建模技巧建筑结构通常分平面结构和空间结构两大类。

应用最广泛的空间结构是空间网格结构，根据组成形状分为网架结构和网壳结构。

当网格结构为平板型时即为网架结构，当网格结构为曲面形状并具有网壳的结构特性时即为网壳结构。

网架结构，首先按网格单元分为平面桁架系网架，四角锥体系网架、三角锥体系网架。

其次，按网架的支承情况分为周边支承网架、点支承网架、周边支承与点支承相结合的网架，三边支承或两边支承网架。

实际工程中，我们常用的是四角锥和三角锥体系网架。

网壳结构有很多种分类方法和种类，仅介绍常用类型，首先按结构型式分球面网壳、柱面网壳、双面抛物面网壳、折板型网壳、应力表皮网壳。

其次，按支承条件分无水平推力网壳、有水平推力网壳。

按层数分单层网壳、双层网壳等，详见附表。

开始设计网架工程时，应综合比较选择一个优化的结构类型，然后开始建模。

建模是将工程模型转化为数字模型的一个过程。

首先，根据建筑造型选择网格组成单元，划分网格尺寸。

然后根据跨度、支承方式、荷载大小等，确定网架厚度。

完成几何形状后，再根据支承柱的刚度给支座赋值。

最后调整荷载、进行结构分析和设计。

这样，反复比较几个网架方案，最终确定一个优化设计方案作为设计方案。

网架建模关键步骤如下：第一、网格单元：目前常用的组成单元中四角锥体应用最普遍。

因为，四角锥网架造型整齐、美观、刚度大。

当网架几何尺寸为正方形或接近正方形时，多采用斜放类锥体网架。

当几何尺寸为多边形即六边形或八边形时，可采用三角锥网架，它形成的结构单元和网架整体很有规律，传力途径简洁，受力合理。

当网架几何尺寸为圆形、弧形，可采用三角锥体，也可采用四角锥体系。

第二、网格尺寸和厚度：首先根据网架跨度和荷载大小确定网格数和网格尺寸。

通过周边支承平板网架工程计算结果，总结如下最优网格数与跨高比的经验公式：注：L2为短向跨度，单位为m。

以上公式仅为参考数据，实际工程设中应上下浮动10％进行试算比较，确定一个较佳的网格数作为工程数据。

四种典型施威德勒型球面网壳参数化建模及形状优化设计网壳结构造型美观,受力合理,应用范围广。

但由于网壳结构节点和杆件数量较多,且网壳跨度、矢高、网格尺寸和类型等参数的变化会引起结构内力重新分配,因此在进行网壳结构受力分析和结构优化设计时,重新建模的工作量非常庞大,而且造价比较高,因而对其进行形状优化设计很有必要。

其中参数化建模程序的编制是网壳结构内力分析和优化设计的前提和基础。

本文通过研究四种典型施威德勒型球面网壳节点生成和杆件单元生成的规律,应用大型有限元软件ANSYS自带的APDL语言编制了相应的宏程序,实现了四种典型施威德勒型球面网壳的参数化建模；通过编制输入界面,用户仅需输入网壳跨度S、矢高F、环向对称重复区域份数kn、径向节点圈数nx,即可方便地生成所需模型；大量建模实例表明,该方法和建模程序简单、高效、实用,为采用ANSYS 软件进行不同类型、不同参数下网壳结构的快速生成提供了可能。

在此基础上,并在相同的几何参数、位移约束和荷载条件下,对四种典型施威德勒型球面网壳结构进行了内力分析,通过分析内力结果,总结了四种典型施威德勒型球面网壳结构最大应力和最大位移出现的位置及其分布规律,为施威德勒型球面网壳结构形状优化设计奠定了基础。

根据施威德勒型球面网壳结构的特点,以结构总耗钢量(包括杆件重量和节点重量)最轻为目标函数,并以强度、刚度、长细比及稳定性等作为约束条件,在FORTRAN环境下采用序列两级算法编制了形状优化程序。

对四种典型施威德勒型球面网壳结构跨度在30米、40米、50米、60米、70米、80米,矢跨比在1/7、1/6、1/5、1/4、1/3、1/2条件下进行了形状优化设计；对比其形状优化结果,分析了四种典型施威德勒型球面网壳结构总耗钢量随跨度及矢跨比的变化规律；研究了在跨度S、环向对称重复区域份数kn、径向节点圈数nx相同的条件下,四种典型施威德勒型球面网壳结构的总耗钢量随矢跨比的变化规律。

某双层球面网壳结构设计李放【摘要】针对某体育中心屋盖设计过程中运用3D3S空间结构计算软件进行设计计算,并对各荷载工况组合下杆件应力比和结构动力特性等进行了分析,从分析结果来看,该结构的刚度和结构振型能够符合使用要求,杆件承载力、稳定和结构变形均能满足规范要求,结构设计合理.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2014(040)007【总页数】2页(P28-29)【关键词】双层球面网壳;模态分析;结构工程【作者】李放【作者单位】山西国电置业有限公司,山西太原030002【正文语种】中文【中图分类】TU3181 工程概况该工程为某一体育场馆的屋盖工程，采用混凝土框架结构为其下部支撑，屋盖采用波形网壳形式(如图1，图2所示)，以实现建筑形态的美观和满足建筑功能设计的需要。

空间网格结构在均布荷载作用下其内力呈均匀的连续变化，即使是在集中荷载作用下，内力也能较快的分散传递开来。

结构采用双层施威德勒型交叉桁架球面网壳结构形式，通过径肋把球面分为对称的扇形曲面。

在每个扇形面内，再由杆件和斜杆组成大小较均匀的三角形网格。

通过层间竖向、斜向撑杆支承屋面结构，屋盖跨度60 m，矢跨比为1/6。

图1 圆形网壳俯视图2 计算简图网壳结构说明见表1，计算模型见图3。

3 设计依据本论文参照工程建筑效果图和下部结构施工图进行设计，在建模计算上使用空间结构设计软件3D3S，在做动力分析时使用钢结构分析软件SAP2000。

设计依据相关结构设计规范:JGJ 7-91网架规范、GB 5017-2001钢结构设计规范、GB 5009-2001建筑结构荷载规范。

图2 圆形网壳侧视图表1 网壳结构说明结构形式空间网格状，上弦周边支撑，X，Y，Z 三向钢性约束钢材等级 Q235B级钢杆件类型热轧无缝钢管杆件数量/根4 124自重/kg·m－2 84.2图3 圆形网壳计算模型4 设计荷载因为本工程为双层球面网壳的形式，荷载取值根据网壳结构设计规范。

施威德勒双层球面网壳参数化建模摘要：以双层球面网壳为研究对象，通过ansys的APDL语言对双层球面网壳的跨度，矢高，径向份数，环向圈数，双层厚度进行参数化编程，实现对双层球面网壳的参数化建模及静力分析。

以施威德勒双层球面网壳为例，对其某一跨度，矢跨比，径向份数，环向圈数，双层厚度进行参数化建模及静力分析。

Abstract: Taking double-layer spherical shell for example, by analysis of APDL language of its span, high vector, the radial number of copies, number of rings to rings, double-thickness, and the author achieve the goal of parameter modeling and static analysis, below is the study of Shiweidele double spherical shell关键词：APDL语言；双层球面网壳；参数化建模；静力分析Key Words: APDL language, double-layer spherical shell, parameter modeling, static analysis球面网壳结构由于具有造型美观、空间受力合理等优点而成为大跨空间结构中较常采用的一种结构形式. 单层球面网壳结构形式美观,简洁明快,杆件、节点少,但跨越能力较差,平面外刚度不足，结构稳定性较差。

双层球面网壳结构虽然受强度控制，但结构跨越能力强且用料经济,平面外刚度较大，稳定性很好。

本文通过ansys的APDL语言对施威德勒双层球面网壳的跨度，矢高，径向份数，环向圈数，双层厚度进行参数化建模及静力分析。

1施威德勒型双层球面网壳的参数化建模参数化建模是将模型参数化，实现对话框参数的输入，通过参数的改变就能建立和分析新的模型。

凯威特型局部双层球面网壳参数化建模及静力分析摘要：以凯威特型局部双层球面网壳为研究对象，应用大型有限元软件ansys 的apdl编程语言，编制相应的宏程序，对这种常见的局部双层球面网壳进行参数化建模。

对比分析了相同条件时凯威特型单层与局部双层球面网壳的最大位移。

该建模方法简单、快捷、高效，能为凯威特型局部双层球面网壳的研究工作提供方便；静力分析结果表明，相对于相同条件下的单层球面网壳，局部双层球面网壳能够明显减小网壳的。

Abstract: By studying Kai Weite type partial double spherical shell, the application of finite element software ansys apdl programming language, preparation of the corresponding macro for this common partial double spherical shell for parametric modeling. Comparative analysis of the same conditions Kaiwei Te single layer spherical shell with partial double the maximum displacement. The modeling method is simple, fast, efficient, and being able to Kaiwei Te-based double-layer spherical shell of local research to facilitate the work; static analysis results show that under the same conditions as opposed to single-layer spherical shell, partial double spherical shell can significantly reduce the shell关键词：局部双层球面网壳；参数化建模；apdl语言；ansys软件Key Words: regional double-layer spherical shell, parameter modeling, apdl language, ansys software中图分类号:TU393 文献标示码:A文章编号：0引言根据网格划分形式不同，常见的球面网壳有：肋环球面网壳、施威德勒球面网壳、联方球面网壳、凯威特球面网壳、三向格子球面网壳和短程线球面网壳等。

空间网架网壳结构Revit参数化建模方法李浩（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）摘要：Revit作为建筑设计领域经典的BIM平台之一，以其易用性得到广泛应用。

空间网架网壳结构是主流钢结构体系之一，广泛应用于大跨结构中。

因此，空间网架网壳结构BIM模型建立具有极大现实需求，而目前Revit平台并未提供较好的解决方案。

提出基于二次开发的空间网架网壳结构Revit参数化建模方法，对参数化建模方案、建模实现步骤以及建模关键技术进行归纳总结，编制的插件可有效提高空间网架网壳结构的建模精度和效率，所采用的方法也为Revit二次开发提供了思路和范例。

关键词：BIM；网架网壳；Revit；参数化建模；二次开发中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1672-061X（2020）03-0045-06 DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2020.03.0451概述1.1BIM技术与Revit平台目前，建筑信息模型（BIM）技术在建筑领域兴起［1］，与传统建筑设计方式相比具有明显优势，主要体现在以下几个方面：（1）可视化：所见即所得，模型中各构件和组成部分与建筑实体映射，模型包含建筑实际信息。

（2）协调性：建筑设计涉及多方，业主提供需求、设计方给出方案、施工单位建成实体，在此过程中接口众多。

传统设计流程和方式难以做到实时协调，项目管理难度极大。

BIM技术提供了一整套协同工作方案，便于建筑设计各方沟通协作，提高建筑设计的效率和质量。

（3）模拟性：建筑设计考虑的技术因素极多，BIM 模型是三维实体模型，在该模型的基础上进行一系列模拟试验，如节能试验、日照研究等，可进一步提高建筑设计的品质。

（4）优化性：BIM三维实体模型是现实建筑的计算机数据反映，在此基础上方便各方沟通，有利于设计、施工和运营的综合优化。

（5）可出图性：传统建筑设计依靠设计师对建筑作者简介：李浩（1993—），男，助理工程师，硕士。

双层Kiewitt型球面网壳优化设计
刘海军;孙尚;许碧娟
【期刊名称】《郑州大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2007(028)001
【摘要】以网壳的曲率半径、厚度、对称扇形曲面的个数、层数以及杆件截面积为设计变量,对双层Kiewitt型球面网壳以总造价为目标进行结构优化设计,结果表明,总造价降低22.36%,比常见的只对构件截面尺寸优化(总造价降低8.50%)的优化效果显著.
【总页数】3页(P91-93)
【作者】刘海军;孙尚;许碧娟
【作者单位】西北工业大学,力学与土木建筑学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,力学与土木建筑学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,力学与土木建筑学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.杂交型椭球面网壳受力性能比对分析及形状优化设计 [J], 付浩鑫;鹿晓阳;蒋雄;李涛;王璐璐;王亚茹
2.双层肋环式球面网壳结构预应力优化设计 [J], 李萍;王守波;赵晓伟;鹿晓阳
3.外爆荷载下 Kiewitt 8型单层球面网壳的动力响应 [J], 马加路;支旭东;范
峰;Stewart G.
4.施威德勒型球面网壳结构非线性屈曲分析及优化设计 [J], 刘祚秋;刘思威
5.Kiewitt型单层球面网壳结构风振响应分析 [J], 张建胜;武岳;沈世钊
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

六边形蜂窝夹层板的参数化有限元建模方法I. 绪论II. 六边形蜂窝夹层板的简介A. 构造B. 特点III. 参数化建模方法A. 网格划分B. 材料属性参数化C. 负载参数化D. 模型参数化IV. 有限元分析A. 材料参数化与有限元法B. 边界条件C. 负载施加和结果计算V. 结论与展望第一章节：绪论在现代工业生产中，六边形蜂窝夹层板是一种常用的结构材料。

它以其出色的轻质高强度和优越的物理性能，广泛应用于航空、汽车制造、建筑和船舶制造等领域。

近年来，随着计算机和有限元方法的发展，参数化建模技术已成为工程设计和分析的热点之一。

通过参数化建模，可以将建模过程的重复和繁琐部分自动化、标准化，大幅提高建模效率并降低误差率。

同时，六边形蜂窝夹层板的复杂性使得对其进行有限元分析时的建模、网格划分等过程异常耗费时间。

因此，采用参数化有限元建模方法对六边形蜂窝夹层板进行分析具有重要意义。

本论文研究了六边形蜂窝夹层板的参数化有限元建模方法，以此为基础，实现六边形蜂窝夹层板的有限元分析和应用。

本研究旨在通过参数化建模和有限元分析方法，为六边形蜂窝夹层板的工程设计和分析提供一种更高效、更准确的解决方案。

本文的组织结构如下：第一章进行绪论的介绍，阐述了六边形蜂窝夹层板参数化有限元建模方法的重要性以及本论文的研究意义。

第二章介绍了六边形蜂窝夹层板的构造以及其常用特点。

第三章详细的阐述了参数化建模方法的步骤，包括网格划分、材料属性参数化、负载参数化、模型参数化等技术. 第四章围绕材料参数化与有限元分析，介绍了模型边界条件和负载施加。

第五章进行总结和未来研究的展望。

通过本文的研究，我们将能够更深刻理解六边形蜂窝夹层板的结构特点与工程应用，在更加快速和有效地进行有限元分析的同时，推动六边形蜂窝夹层板的创新和发展。

第二章节：六边形蜂窝夹层板的简介六边形蜂窝夹层板是由两层薄板和位于两板中间的六边形蜂窝结构组成的材料，其结构简单而实用，广泛应用于航空、汽车制造、船舶制造等领域。

基于参数化建模柱面网壳结构拓扑优化设计的开题报告一、研究背景和意义近年来，随着计算机技术的不断发展和计算能力的逐步提升，基于参数化建模的 CAD/CAM 技术在工程设计领域中得到了广泛的应用。

与传统的手工绘图和制图相比，基于参数化建模的工程设计具有精度高、效率快、重复利用性强等优点。

在建筑领域中，建筑结构的设计优化也是工程设计中的热点问题之一。

针对如何优化设计建筑结构问题，基于参数化建模技术的应用极具潜力。

在建筑结构中，网壳结构是一种常见的结构形式。

网壳结构具有强大的承载能力、良好的稳定性和美观的外观设计特点。

然而，传统的网壳结构设计方法存在着结构设计不稳定、造价高、结构复杂等问题。

基于参数化建模的网壳结构优化设计可以有效地解决这些问题，提高设计效率和结构的稳定性。

本研究旨在探讨基于参数化建模的柱面网壳结构拓扑优化设计方法，解决传统网壳结构设计中存在的不足，提高网壳结构的设计效率和结构的稳定性。

二、研究内容和方案1.研究内容本研究的主要研究内容如下：（1）对柱面网壳结构进行参数化建模，确定设计参数和优化目标。

（2）采用拓扑优化算法对网壳结构进行优化设计，提高结构的稳定性。

（3）利用有限元分析方法对优化后的柱面网壳结构进行计算分析，验证结构的抗风和抗震性能。

（4）通过对比分析优化前后网壳结构的设计参数和优化目标，评估参数化建模拓扑优化设计方法的效果和优劣。

2.研究方案本研究的研究方案如下：（1）确定研究对象和设计参数。

选择某一具有代表性的柱面网壳结构作为研究对象，对网壳结构进行参数化建模，并确定优化目标和设计参数。

（2）采用拓扑优化算法对柱面网壳结构进行优化设计。

通过改变节点位置和杆件截面面积等设计参数，寻求网壳结构的最优设计方案。

（3）结构计算分析。

对优化后的柱面网壳结构进行有限元分析，分别计算结构在风荷载和地震荷载作用下的受力情况和变形情况，并与传统设计方法进行比较分析。

（4）结果对比和评估。

基于Grasshopper插件的双层网壳结构参数化设计建模吴家禾
【期刊名称】《盐城工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(031)002
【摘要】基于犀牛(Rhinoceros)软件及Grasshopper插件,针对双层网壳结构的特点,探讨双层网壳结构参数化建模设计的实现过程.研究表明,运用参数化设计手段可快速进行双层网壳结构的内外层壁找型、体量生成、细节优化与三维模型打印,可为推广至复杂大跨度空间网壳结构的建筑设计提供参数化建模参考.
【总页数】8页(P40-47)
【作者】吴家禾
【作者单位】南京大学建筑与城市规划学院,江苏南京 210093
【正文语种】中文
【中图分类】TU318.1
【相关文献】
1.基于应力比法的双层网壳结构抗风优化 [J], 黄友钦;岳启哲;傅继阳;林俊宏
2.基于ANSYS的椭圆形双层网壳结构的静力特性分析 [J], 张盛林;张帅
3.基于Rhino+Grasshopper的异形曲面结构参数化建模研究 [J], 张慎;尹鹏飞
4.基于ANSYS的五种典型双层柱面网壳的建模 [J], 白莹莹;鹿晓阳;廖宝梁
5.基于Grasshopper插件的灯具参数化设计研究 [J], 刘宗明;李羿璇
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。