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

1、墻體樹狀骨架結(jié)構(gòu)是將樹狀結(jié)構(gòu)作為墻體的骨架，不僅承受屋面或樓面?zhèn)鬟f來的荷載以及墻面自重荷載，而且同時裝飾墻體達(dá)到視覺美觀要求的創(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，樹狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多，但將其應(yīng)用到墻體的實例幾乎沒有，本文是將樹狀結(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。本文主要開展了下列工作：
　　建立了一種平面墻體樹狀骨架結(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(jié)構(gòu)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(dāng)處理；為了將樹狀分形圖應(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程中將墻體所承受的荷載傳遞到墻體樹狀骨架結(jié)構(gòu)，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(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)點應(yīng)變能敏感度的計算公式；根據(jù)節(jié)點應(yīng)變能敏感度的特性對墻體樹狀骨架結(jié)構(gòu)的節(jié)點進行逐步調(diào)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(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化。最后基于墻體樹狀骨架結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的結(jié)果，根據(jù)桿件強度、穩(wěn)定性和長細(xì)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(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)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(yīng)變能的下降，墻體的位移變小，墻體樹狀骨架結(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；墻體樹狀骨架結(jié)構(gòu)經(jīng)過形狀優(yōu)化后可以達(dá)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?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(dāng)處理后