平面墻體樹狀骨架結構形態(tài)創(chuàng)構研究.pdf

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

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

3、現(xiàn)任意平面的三角網(wǎng)格劃分；考慮到對墻面進行Delaunay三角剖分時，需要保持墻體樹狀骨架結構的形態(tài)，在程序中加入二維限定條件。再次從結構應變能和剛度的關系出發(fā)，將墻體應變能作為目標函數(shù)，推導出節(jié)點應變能敏感度的計算公式；根據(jù)節(jié)點應變能敏感度的特性對墻體樹狀骨架結構的節(jié)點進行逐步調整，使其在外形優(yōu)美的同時受力更加合理，完成墻體樹狀骨架結構的形狀優(yōu)化。最后基于墻體樹狀骨架結構形狀優(yōu)化的結果，根據(jù)桿件強度、穩(wěn)定性和長細比的條件對其進行截面優(yōu)

4、化，實現(xiàn)材料的高效利用。
　　通過具體的算例分析所建立的墻體樹狀骨架結構形態(tài)創(chuàng)構方法的特點和適用性。在形狀優(yōu)化的過程中，隨著整個墻體應變能的下降，墻體的位移變小，墻體樹狀骨架結構的彎矩和剪力也相應減小，但其軸力基本保持不變；墻體樹狀骨架結構經(jīng)過形狀優(yōu)化后可以達到以軸力為主的受力狀態(tài)，說明了通過分形理論確定的樹狀拓撲關系是合理的；截面優(yōu)化使墻體骨架結構的應力均勻。通過改變分形文法中的任意參數(shù)可以得到不同的樹狀分形圖，將其做適當處理后