复杂空间曲面幕墙的索网结成形方法研究

来源:09年会论文集作者:李百春日期:2009-4-9 　页面功能【字体：大中小】【打印】【关闭】【评论】

摘要:东莞篮球中心的幕墙采用了复杂的三维空间曲面形状，其预应力索网布置很难通过直接的CAD建模的方法实现。本文通过分析该幕墙曲面所具有的几何特征，用参数方程的方法来建立幕墙曲面的统一方程，从而进一步得到该曲面上有规律分布的关键点，将这些关键点做为索网的节点，形成完整的索网结构。在设计过程中，本文作者利用自己编写的小程序自动生成关键节点的坐标，从而实现了快速建立复杂空间曲面索网结构模型的目的。
关键词:东莞篮球中心:索网找形;幕墙设计;空间曲面　

　　控制点的选取原则及索网成形
　　通过4.3中的求解方法，我们能够得到任意绕轴平面切割幕墙曲面得到的弧线的方程。这样，我们就不难得到我们想选取的控制节点的坐标。根据我们的设计要求，我们所选择的控制点尽可能均匀有规律的排布，这样使得索网布置均匀，符合力学要求且满足建筑美观的要求更方便后期施工与玻璃的安装。基于上述考虑，我们在选取控制节点时遵照如下原则:首先绕z轴切割平面与X的夹角均匀递增，在本设计中，夹角每增加1度设一个切割平面;然后每一条切割得到的弧线按照Z坐标值等分为8分，这些弧线上的等分点就是索网的控制节点。定好所有控制点后，依次连接规律排布的控制点，即形成整个索网的几何模型。
　　程序编制及结果检验
　　上述求解控制节点坐标的工作量巨大，用手工完成很困难，鉴于此，笔者编写了生成节点的程序CalculateNade, exe，利用该程序批量高效的生成节点编号及坐标。下表给出使用该程序所生成的一部分节点的编号及坐标。

　　生成控制节点坐标后，我们再利用AutoCAD的Iisp语言编程，实现连接各节点形成索网的目的。下面各图示分别给出具体的实现过程中控制节点、横向索、纵向索的成形情况。
　　从图示结果来看，所形成的索网模型满足建筑设计的要求，索网平滑地连接了上下边界，索网构成的空间曲面形式优美。另外，就拉索本身的成形来说，拉索的形状为有规律圆环或者弧线，没有出现剧烈的转折形状，这有利于结构设计和预应力索的施工。而且，索网布置所形成的三角形网格均匀渐变，三角形的形状基本接近于正三角形，这种网格除了表现出建筑的美感之外，还有利于幕墙的玻璃的受力、生产及安装。可以认为，采用本文所描述的建模方法在解决东莞篮球中心幕墙索网的布置问题上适用、合理、成功。

　　模型完善及集成
　　上述幕墙几何模型建立之后，可以说建模主要的工作量已经基本完成洞及集成到整体结构模型中是很简单的事情，也不是本文所关注的重点，在此不累赘，仅直接给出最后的幕墙与屋盖结构整体连接几何模型图

　　5.结论及展望
　　本文提出了一种复杂空间曲面索网的找形方法，即先建立空间曲面的统一方程，然后再利用该方程来求解一系列有规律均匀分布的控制节点，连接控制节点来形成整个索网结构。本文利用该方法结合自编小程序成功地解决了东莞篮球中心的幕墙索网的布置难题。
　　在东莞篮球中心幕墙的设计中，还有如下一些难题值得研究。一、预应力施加方案的设计，如此大规模复杂体型的幕墙设计在国内属于首例，目前尚缺乏相关的工程经验可借鉴，有必要对此进行研究;二、节点连接的设计，该幕墙的网格具有多样化、空间性强等特点，设计出适应网格变化的节点连接，对于方便施工和节省造价具有实际的意义。

参考文献

　　　　[1]钱若军，杨联萍张力结构的分析设计施工［M］东南大学出版社2003
　　　　[2]张其林索和膜结构［M]甲同济大学出版社2002
　　　　[3]杨庆山，姜忆南张拉索一膜结构分析与设计［M］甲科学出版社2003
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