基于Grasshopper及ANSYS的空间结构参数化建模与一体化分析程序的二次开发与应用

基于Grasshopper及ANSYS的空间结构参数化建模与一体

化分析程序的二次开发与应用

刘宜丰;罗甘霖;王恒;张旭东;李秋稷

【期刊名称】《建筑结构》

【年(卷),期】2022(52)S01

【摘要】自由曲面为建筑师提供了更多造型可能,近年越来越多的自由曲面运用在体育场馆等大跨度建筑上,要获取既满足结构受力又经济美观的结构方案,结构往往需要进行多参数、多结构形式的优化比选。基于Grasshopper参数化设计平台,利用工具命令语言TCL/TK、ANSYS的参数化程序设计语言(APDL)及Python语言进行程序的二次开发,实现了针对空间结构参数化建模、有限元分析及计算结果优选的一体化联动处理,显著提高了工作效率。以一体育馆屋面案例,完成了参数化建模、计算分析及截面优选的一体化联动计算示例,验证了该程序的有效性和实用性,可为空间结构的参数化建构和一体化分析提供参考。

【总页数】5页(P721-725)

【作者】刘宜丰;罗甘霖;王恒;张旭东;李秋稷

【作者单位】中国建筑西南设计研究院有限公司;四川省钢木结构装配式建筑产业技术研究中心

【正文语种】中文

【中图分类】TU318

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准也更趋于完美，玩具作为产品设计的一大门类，逐渐以传统满足儿童娱乐的单一属性向复合型社会属性的角色过渡来融入社会，以满足多元化社会需求。研究数据显示，玩具产品造型所营造的视觉空间在很大程度上决定了消费者对产品第一印象的属性定义及购买欲。玩具造型设计在玩具产品同质化的今天显得十分重要，而参数化设计的动态数理逻辑所衍生出的随机自然形态必然为玩具造型设计注入新鲜血液。因此，造型新奇且体验良好的玩具造型尤为重要。参数化设计在建筑界的成功案例令参数化设计的独特优势被释放出来并引起设计师们的高度关注，参数化设计将成为未来产品的一大趋势，为产品形态注入更多理性的科学因子，将感性与理性、艺术与技术巧妙结合，解放设计师的思维束缚，为产品形态提供了更多可能性。一、参数化设计概述 “参数化”顾名思义就是运用数字符号，以非线性科学为理论基础，通过计算机逻辑运算编程在关键数字符号间建立起相应的参数关系，进而形成参变量，由参变量的变动引起其他参数的联动变化生成一系列参数化造型，作为设计备选方案以满足不同设计需求。参数化设计（Parametric Design）最多运用在建筑领域，但其概念的缘起要早于建筑。作为一种计算机辅助设计手段在20世纪80年代占据主导地位。从字面意思来看，其所传达的是一种数学上的运算形式，即运用数学符号的编码、变换、运算、试错、检验，进而得到较为合理的数字化模型的动态运算过程。参数化设计是一种颠覆传统的全新设计方式，可以理解为是一种基于程序算法的方式而进行自组织的一种过程，该过程是复杂、抽象、动态稳定、无唯一解的[1] 。形象地说，就是在一端输入条件，另一端输出形象，随着输入条件的改变，逻辑程序的内部结构则相应发生联动变化，进而影响直观的图像变化，获得参数模型[2] 。因此，参数化设计之于传统造型设计更为严谨、科学、合理、人性化，它将传统不可逆的设计过程变成一种随时修改的动态可持续设计过程，符合当下产品设计趋势。简化设计步骤，优化设计流程，减少设计师在造型设计过程中因过度依靠经验而反复修改模型参数的两难现象，减少无用功，让设计师们更多地致力于设计本身，回归数据，以参数的方式实现多元化的造型结果，优化设计方案。二、参数化设计优势特点 Grasshopper作为时下热度最高的参数化建模辅助技术，被应用的范围越来越广（建筑、汽车、工业产品、服饰、珠宝、家具、景观、灯具等），与人们的生活越来越密切，它并不是一个独立的个体而是作为一个插件（Grasshopper）依附于Rhino三维建模软件的程序内，形成“Rhino+Grasshopper”模式。客观上，Grasshopper工具本身相比Rhino具有灵活的设计方式及简易的参数算法编程为设计生型提供更多选择、减少设计周期、节约成本、方便修改、电池块永久存储等明显优势;主观上就设计师而言不管是参数化设计这一技术本身还是参数化设计思维方法，都能有效改善设计师对产品造型问题的思考方式，打破思维惯性，解放思想束缚，提供更开阔的创作空间。

图书馆工程结构报告解析

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容积率：1.22 建筑密度:23% 博物馆规模：小型（＜ 4千平米）外立面材料：幕墙结构形式:钢筋;課土结构项目位置：北京设计流派：现代设计时间：2010年简介建筑功能：图书档案馆高度类别：多层建筑幕墙面板材料:玻璃幕墙图纸深度: 方案（初设图）轴风格:现代风格图纸张数：26张建筑面积：34114 ni L r v- » 1

用地面积:20402 ni 空间意义复合功能的转变图书馆空间的组成包括藏、借、阅、管四部分，随着技术的不断发展，过去以藏书为中心的时代，逐步向数字化与合作交流转型：以往单纯的藏书空间与安静阅览需求转为注重交流讨论与共享合作空间的设置：“书本位”的阅览需求转为“人本位”的学习环境空间的创造。因此在内部空间的组织上，多变性与灵活性是技术发展影响下图书馆设计的核心元素。从纸质载体到数字媒介，从个体学习到合作共享，促使髙校图书馆的功能不断发生变化一一出现多价空间与新型复合功能。底部的地下会议空间与顶层的中部报告厅、分布于首层与顶层的咖啡休闲空间以及首层与沙龙结合的展览空间，作为一种专设的交往空间和潜在的交流场所，使知识与人之间建立起一种更为松弛的联系。以藏书为核心的传统图书馆已经逐渐被以知识为核心的现代图书馆所取代。螺旋式无缝检索阅读介质的转变、新型媒体的发展，促使人与书的关系发生了新的变化，因此有了连贯式检索的需求。为确保知识信息的持续获取，无缝式的螺旋检索流线成为当下图书馆以知识为核心的有力体现与表达。复合功能一屈紬側透视图四层轴侧透观图六展轴侧透视图

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