平面墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)研究.pdf

1、墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)是將樹(shù)狀結(jié)構(gòu)作為墻體的骨架，不僅承受屋面或樓面?zhèn)鬟f來(lái)的荷載以及墻面自重荷載，而且同時(shí)裝飾墻體達(dá)到視覺(jué)美觀要求的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。墻體作為表皮結(jié)構(gòu)的一種，其形式往往比較單一，樹(shù)狀結(jié)構(gòu)以其形態(tài)優(yōu)美和受力合理的特點(diǎn)已經(jīng)在建筑主體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多，但將其應(yīng)用到墻體的實(shí)例幾乎沒(méi)有，本文是將樹(shù)狀結(jié)構(gòu)應(yīng)用到墻體以追求力和美完美結(jié)合的一種探索，旨在為表皮結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供一種新的思路。本文主要開(kāi)展了下列工作：
　　建立了一種平面墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)

2、形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法。首先根據(jù)分形理論的LS生成方法編制程序，實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)改變?nèi)我廨斎雲(yún)?shù)生成不同的樹(shù)狀分形圖；考慮到平面墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)的桿件之間不可以出現(xiàn)雙層交叉的現(xiàn)象，對(duì)樹(shù)狀分形圖中重合部分和相交線進(jìn)行適當(dāng)處理；為了將樹(shù)狀分形圖應(yīng)用于墻體，根據(jù)建筑約束條件適當(dāng)修改其外部形狀，完成墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系的確定。其次為了在有限元分析的過(guò)程中將墻體所承受的荷載傳遞到墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)，根據(jù)Delaunay三角剖分的Lawson算法編制程序，實(shí)

3、現(xiàn)任意平面的三角網(wǎng)格劃分；考慮到對(duì)墻面進(jìn)行Delaunay三角剖分時(shí)，需要保持墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)的形態(tài)，在程序中加入二維限定條件。再次從結(jié)構(gòu)應(yīng)變能和剛度的關(guān)系出發(fā)，將墻體應(yīng)變能作為目標(biāo)函數(shù)，推導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)應(yīng)變能敏感度的計(jì)算公式；根據(jù)節(jié)點(diǎn)應(yīng)變能敏感度的特性對(duì)墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐步調(diào)整，使其在外形優(yōu)美的同時(shí)受力更加合理，完成墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化。最后基于墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的結(jié)果，根據(jù)桿件強(qiáng)度、穩(wěn)定性和長(zhǎng)細(xì)比的條件對(duì)其進(jìn)行截面優(yōu)

4、化，實(shí)現(xiàn)材料的高效利用。
　　通過(guò)具體的算例分析所建立的墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法的特點(diǎn)和適用性。在形狀優(yōu)化的過(guò)程中，隨著整個(gè)墻體應(yīng)變能的下降，墻體的位移變小，墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)的彎矩和剪力也相應(yīng)減小，但其軸力基本保持不變；墻體樹(shù)狀骨架結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)形狀優(yōu)化后可以達(dá)到以軸力為主的受力狀態(tài)，說(shuō)明了通過(guò)分形理論確定的樹(shù)狀拓?fù)潢P(guān)系是合理的；截面優(yōu)化使墻體骨架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力均勻。通過(guò)改變分形文法中的任意參數(shù)可以得到不同的樹(shù)狀分形圖，將其做適當(dāng)處理后