图解静力学结合参数化在自由形式设计中的应用

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建筑的造型是建筑师关注的终极目标,而由结构形式而致的建筑造型,是建筑师们尤为向往而又难以企及的。越来越多的建筑师希望追求建筑设计的造型与结构的形态的直接的统一。而这种统一要求对建筑学科与结构学科知识体系上的隔阂进行填补。图解静力学(Graphic statics)是使用图析的方式建立结构几何形式与内力的关联图,展示两者之间的对应关系,在此基础上进行结构分析与设计的一种方法。由于操作简单以及它的图解本质与建筑师的图形思维相契合,图解静力学十分适合作为辅助建筑师设计结构的工具。图解静力学在国外发展已有百年,随着计算机制图以及参数化工具的发展,图解静力学迎来了发展的新方向。本文的目的在于介绍如何应用图解静力学来设计结构。应用分为两个方面:静定结构和超静定结构。静定结构的应用是本文的重点。本文详细介绍了如何利用图解静力学生成各种高效桁架(上弦和腹杆内力相同的恒力桁架、月牙形桁架、人字形桁架、悬臂桁架、下弦内力恒定的桁架)。并通过在RhinoScript中编写程序,实现从自由形式(free form)生成符合图解静力学原理的结构的过程(以下弦内力恒定的桁架为例)。在超静定结构部分,本文简要介绍了推力网格分析(Thrust Network Analysis)以及它在砌体薄壳拱顶结构上的应用。
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