一种钢结构柱脚节点的数字化设计方法与流程

[0001]
本发明涉及建筑工程技术领域，更具体地说，是涉及一种钢结构柱脚节点的数字化设计方法。


背景技术：

[0002]
现有的建筑物尤其是大型体育场馆，由于建筑物的顶端起伏变化明显，导致每根柱的尺寸与倾斜角度均不同，因此柱脚节点随之变化，其高度、张角等参数也各不相同。现有的设计方法步骤繁琐，设计周期长，需要大量的重复性劳动，且设计精度低，实际应用价值不高，上述现有技术的不足亟待解决。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种钢结构柱脚节点的数字化设计方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0004]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钢结构柱脚节点的数字化设计方法，包括以下步骤：步骤一：将建筑底部轮廓线置于平面直角坐标系中，将所述建筑底部轮廓线的形心位于坐标原点o；步骤二：按照一定的距离对所述建筑底部轮廓线进行定数等分获得相邻钢柱之间的距离，设所述建筑底部轮廓线与y轴的正向交点为a1，获得等分点a
n
，其中n=1,2,3
……
m，m为等分数，n顺时针计数，a
n
与a
n+1
间弧线设为a
n
，当且仅当n=m时，a
n
与a1间弧线记为a
m
；步骤三：取等分后各弧线a
n
中点，设为m
n
，点m
n
作为所述钢柱的柱底轮廓形心的控制点；步骤四：确定所述钢柱沿向心轴线向外倾斜的斜度，所述向心轴线为垂直于x-o-y平面穿过点m
n
的轴线，其中，所述斜度g=h/d，h为高度，d为径向偏移距离；步骤五：根据a
n
对应的建筑的顶部轮廓线设计高度h
n
和斜度g，由公式d
n
=h
n
/g计算a
n
径向偏移距离d
n
，在a
n
径向向外偏移d
n
后的点处垂直升起所述设计高度h
n
，得到所述钢柱的柱顶轮廓形心的控制点b
n
；步骤六：连接所述m
n
与b
n
形成所述钢柱的轴线m
n
b
n
，同时连接m
n
与b
n+1
；步骤七：根据所述建筑的顶部轮廓起伏，调整b
n
的设计高度h
n
，此时，m
n
b
n
的倾斜角度随h
n
的变化而变化，柱脚节点的顶部张角∠b
n
m
n
b
n+1
也随之变化；步骤八：设定所述钢柱的柱脚节点的顶部张角∠b
n
m
n
b
n+1
、钢柱的半径r、钢柱的边缘至所述柱脚节点边缘的宽度w，计算得出所述柱脚节点的高度h
n
，通过grasshopper参数化工具构建出所述柱脚节点的参数化模型；步骤九：将所述参数化模型分别置于所述柱脚节点的m
n
处，并将其旋转与所述钢柱匹配，完成所述柱脚节点的定位。
[0005]
可选实施例中，所述步骤二中m为36，所述距离≤10m。
[0006]
可选实施例中，所述步骤四中，斜度g= 5：1。
[0007]
本发明的有益效果在于：本发明中的钢结构柱脚节点的数字化设计方法可使用于x形交叉柱（体育场）和v形交叉柱（综合馆、游泳馆和网球训练馆）体系，其建筑形态均为外张式的碗状形态，外张斜度固定，顶部轮廓可由底面轮廓经数学计算和几何变化后得出。通过数字化设计方法，建立各钢柱的柱底轮廓形心的控制点、柱顶轮廓形心的控制点与建筑高度、外倾角度等变量的数学逻辑，使钢柱能够随着建筑形态变化而变化，动态调整柱脚节点的角度与形态，无论方案如何修改，只要结构关系不变，均能自动生成柱脚节点的模型。该方法能够极大减少重复劳动，节省人力、缩短设计周期，提升设计的精确度，经济价值和应用潜力巨大。
附图说明
[0008]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0009]
图1为本发明一实施例提供的建筑底部轮廓线等分示意图。
[0010]
图2为本发明一实施例提供的建筑底部轮廓线弧线中点示意图。
[0011]
图3为本发明一实施例提供的钢柱柱顶轮廓形心的控制点示意图。
[0012]
图4为本发明一实施例提供的钢柱轴线示意图。
[0013]
图5为本发明一实施例提供的顶部张角变化示意图。
[0014]
图6为本发明一实施例提供的钢柱的柱脚节点示意图一。
[0015]
图7为本发明一实施例提供的钢柱的柱脚节点示意图二。
具体实施方式
[0016]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]
请参阅附图1-7，本实施例的目的在于提供了一种钢结构柱脚节点的数字化设计方法，在x形交叉柱（体育场）和v形交叉柱（综合馆、游泳馆和网球训练馆）体系中，其建筑形态均为外张式的碗状形态，外张斜度固定，顶部轮廓可由底面轮廓经数学计算和几何变化后得出。通过数字化设计方法，建立各钢柱柱底轮廓形心的控制点、柱顶轮廓形心的控制点与建筑高度、外倾角度等变量的数学逻辑，使钢柱能够随着建筑形态变化而变化，动态调整柱脚节点的角度与形态，无论方案如何修改，只要结构关系不变，均能自动生成柱脚节点模型。
[0018]
具体地，本实施例中的钢结构柱脚节点的数字化设计方法，包括以下步骤：步骤一：将建筑底部轮廓线置于平面直角坐标系中，将所述建筑底部轮廓线的形心位于坐标原点o；步骤二：按照一定的距离对所述建筑底部轮廓线进行定数等分获得相邻钢柱之间的距离，设所述建筑底部轮廓线与y轴的正向交点为a1，获得等分点a
n
，其中n=1,2,3
……
m，m为等分数，n顺时针计数，a
n
与a
n+1
间弧线设为a
n
，当且仅当n=m时，a
n
与a1间弧线记为a
m
；
步骤三：取等分后各弧线a
n
中点，设为m
n
，点m
n
作为所述钢柱的柱底轮廓形心的控制点；步骤四：确定所述钢柱沿向心轴线向外倾斜的斜度，所述向心轴线为垂直于x-o-y平面穿过点m
n
的轴线，其中，所述斜度g=h/d，h为高度，d为径向偏移距离；步骤五：根据a
n
对应的建筑的顶部轮廓线设计高度h
n
和斜度g，由公式d
n
=h
n
/g计算a
n
径向偏移距离d
n
，在a
n
径向向外偏移d
n
后的点处垂直升起所述设计高度h
n
，得到所述钢柱的柱顶轮廓形心的控制点b
n
；步骤六：连接所述m
n
与b
n
形成所述钢柱的轴线m
n
b
n
，同时连接m
n
与b
n+1
；步骤七：根据所述建筑的顶部轮廓起伏，调整b
n
的设计高度h
n
，此时，m
n
b
n
的倾斜角度随h
n
的变化而变化，柱脚节点的顶部张角∠b
n
m
n
b
n+1
也随之变化；其中，柱脚节点模块化，如附图6、7阴影所示区域；步骤八：设定所述钢柱的柱脚节点的顶部张角∠b
n
m
n
b
n+1
、钢柱的半径r、钢柱的边缘至所述柱脚节点边缘的宽度w，计算得出所述柱脚节点的高度h
n
，通过grasshopper参数化工具构建出所述柱脚节点的参数化模型；步骤九：将所述参数化模型分别置于所述柱脚节点的m
n
处，并将其旋转与所述钢柱匹配，完成所述柱脚节点的定位。
[0019]
可选实施例中，所述步骤二中m为36，所述距离≤10m。
[0020]
可选实施例中，所述步骤四中，斜度g= 5：1。
[0021]
本发明采用上述设计方法能够极大减少重复劳动，节省人力、缩短设计周期，提升设计的精确度，经济价值和应用潜力巨大。
[0022]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。