建筑室外风环境CFD模拟技术研究现状

本文通过开展广泛的国内外建筑群风环境模拟技术相关的文献调研,归纳总结了目前建筑风环境模拟技术在问题简化、计算模型、网格处理、边界设置、方程求解、模拟工具选择等方面已有的研究成果,指导和规范建筑风环境模拟评价分析过程,可用于绿色建筑咨询、设计及工程实践。     

基于三维地质模型的工程岩体结构精细数值建模

针对岩体结构数值模拟分析前处理工作中存在的地质模型建立、空间单元划分等难点,提出将三维地质模型与数值模拟分析进行耦合来简化其前处理的具体思路和方法。在三维地质建模系统中,建立精细的工程地质三维统一模型,通过单元网格几何模型的自动生成和模型数据的转换输入,可快速、准确地为岩体结构数值模拟分析提供不同类别、信息丰富的精细三维网格剖分模型,不仅简化了数值计算分析的前处理工作,同时也可丰富三维地质模型的属性信息,为工程设计与优化提供更直观、便捷的信息平台。     

基于多尺度模型的钢管混凝土节点抗震性能分析

多尺度分析方法是结构分析领域一种新型的分析方法,可以有效地解决宏观模型难以解决的局部受力分析问题。目前建筑结构的抗震性能分析主要集中在对宏观模型的分析,但实际上由于结构模型的简化,宏观模型的分析很难反映局部的复杂受力、损伤以及破坏情况。通过对一钢框架分别采用宏观杆系模型和多尺度模型进行受力分析,验证多尺度界面连接方法合理性。采用有限元网格划分软件HYPERMESH对斜网格柱核心筒结构的某个钢管混凝土节点细观模型划分网格,然后导入到结构弹塑性分析软件Nosa CAD中和宏观模型进行组装。最后由Nosa CAD生成有限元分析软件ABAQUS计算模型,进行结构的整体抗震性能分析。通过宏观模型和多尺度模型的分析对比,表明多尺度模型可以很好地反映建筑结构微观部分的受力情况,并且计算运行时间是目前可接受的,两者的抗震性能分析结果差异不大。     

建筑物火灾时人员疏散的网络网格复合模型

建筑防火安全设计中,人员疏散问题至关重要。根据划分建筑空间的不同, 利用计算机模拟技术开发的人员疏散模型主要采用网络模拟和网格模拟两种方法,分别介绍了基于这两种方法建立的网络模型和网格模型,并且综合这两种方法开发了建筑物人员疏散的网络网格复合模型,以便对大型复杂建筑进行有效的疏散模拟。用该复合模型模拟了一高层建筑和一大型复杂建筑的人员疏散情况,并将其模拟结果与采用单一网格模型和单一网络模型的模拟结果进行了对比,显示了网络网格复合模型不仅能进行大型复杂建筑的人员疏散模拟,而且可以形象化地显示详细的疏散过程。     

某钢框架建筑的连续倒塌试验和分析

对移除了1层中4根柱子的某即将拆除的钢框架建筑进行试验研究。这个现场试验旨在模拟可能引起连续倒塌的柱突然移除的情况。另一目的是研究每根柱被移除后建筑内部的荷载重分配。由于在实验室建造和测试一个三维的足尺建筑模型成本高昂且难以实施,所以该建筑现场试验所得到的数据和观察到的现象都很宝贵。通常,设计规范要求简化分析程序需要包含建筑中某些关键柱子瞬时移除的情况。通过试验数据也对设计规范所提出的设计方法和简化分析程序进行了评估。建立并分析该建筑的二维和三维模型,从而模拟其连续倒塌响应。通过与试验数据对比来评估分析程序的有效性。     

基于三维地质模型的岩土工程有限元自动建模方法

在岩土工程有限元数值模拟中,复杂的地质环境使得建模困难,模型一般都被简化处理。其结果直接影响计算的准确性。借助地质模型能最大程度地表达地质实际的特点,将地质模型和数值模型相结合,提出一种新的岩土工程有限元建模方法--CRM地质模型转化法。其核心思想是将三维地质模型经过特定方式转化为符合有限元网格要求的数值计算模型。具体转化过程为:①根据计算范围对地质模型进行区域切割;②从切割模型提取控制数据进行网格重构;③对重构模型按地层属性自动剖分有限元网格;④将网格数据导入数值分析系统完成建模。通过编程实现与实例验证,这种方法能准确生成复杂模型网格,整体建模速度快,自动化程度高,且能方便地模拟开挖过程,并可为不同的数值分析系统使用,极大地提高了前处理工作的效率。     

小区风环境数值模拟方法

小区风环境质量是小区规划中需要考虑的重要方面。本文经过几例实验验证的建筑风环境的模拟工作，总结了小区风环境的一般模拟方法，提出了简化几何模型、划分网格方法、选择解法、确定边界条件、后处理及风环境评估等方案。本文提出的方法对有效预测小区风环境、合理优化小区规划方案有实际意义，对绿色建筑小区风环境的设计有一定的指导作用，     

矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。     

基于数字孪生的建筑工程交付模型建立及应用研究

建筑生命周期数据包含建筑项目立项、设计、施工、运维等过程的有价值信息,是重要的数据资产。目前建筑业尚未有统一的数字化交付标准,建筑工程交付数据同时存在完整性不足、利用率低等问题。为了更好地利用建筑信息,并用于工程交付,综合分析了目前数字化交付中的难点问题,总结了建筑项目各阶段所产生的数据特点以及交付对象,定义了需要交付的数据要素,在此基础上建立了建筑工程数字化交付模型。该模型以数字孪生框架为驱动,在数据模型构建过程中,引入了时空演化规律和虚实交互机制,以及对多维多尺度的建筑数据集成方式。基于交付模型开发了数字化交付平台,以实际工程案例为依托,以平台为载体,实现了交付模型的运行以及在工程中的功能应用。结果表明：数字化交付模型能较好地完成建筑数据从采集到传输到最后利用过程,简化相关方的交付步骤,保证了交付数据的完整性、及时性与真实性,对交付的数据能通过平台为参与方共享利用,提升数据利用率。     

钢结构模型3D打印与有限元网格的融合方法

薄壁结构的3D打印STL文件是单侧外表面三角面网络,而钢结构模型体系的3D打印数据图形是由STL三角形沿着结构杆件、连接件各表面围成的空间三角面混合包络的集成,这与薄壁三角面网络存在较大差异。STL文件的复杂程度、单元数目都大为增加,也增加了STL三角面与有限元网格融合一体的难度。基于所建立数字图形模型,很容易得到STL的打印数据。为将STL三角面转换为满足有限元计算网格单元,需要预处理、清除、归并奇异点。通过建立结构整体节点编号和坐标体系,并依据STL三角面和法线向量,形成简化的六面体单元,进而形成整体几何矩阵,为生成有限元网格提供了有效方法,并开发了依据转换流程的计算机应用程序。通过计算实例,表明该方法为3D打印数据与有限元计算单元网格融合提供了一条可用的捷径。     

建筑与照明的整合艺术与人文的交融--谈格栅建筑化照明的艺术特色

格栅是中国古建筑艺术的重要标志，其良好的采光、通风、装饰效果得到建筑师和照明工程师的高度重视，并将现代科学技术与传统建筑艺术相融合，古为今用，推阵出新，创造出集建筑装饰和艺术照明效果为一体的格栅建筑化照明器。文章透过格栅的人文基础，着力研讨了格栅照明器结构及照明的艺术特色。     

建筑物理模型与结构分析模型的数据映射研究

本文围绕AEC/FM领域应用软件的信息共享与互用,探讨了建筑建模软件与结构分析软件间的数据映射方案。基于IFC(Industry Foundation Classes)标准,分析了建筑物理模型与结构分析模型的异同,提出了从IFC建筑物理模型文件中提取结构构件以及结构构件连接节点拓扑信息的方法,并基于这些映射算法,利用C++编程语言实现了本文提出的通用结构分析模型(SGF)与IFC建筑物理模型的双向数据接口。最后,提出了以SGF为中心的多种建筑物理模型与多种结构分析模型的数据集成基本框架。     

互承式空间网格结构找形方法研究

互承式空间网格结构是一种以杆件相互搭接为特征的杆系结构，具有连接构造简单、富于韵律美感的特点。由于互承式空间网格结构的形状受杆件搭接关系的影响，因此该类结构设计中的关键问题是找到同时满足杆件搭接关系和建筑造型要求的结构形状。为此，推导了杆件搭接系数，实现了对杆件搭接关系的量化描述，采用二分法实现了杆件搭接过程的数值模拟。基于结构实际搭建过程，提出一种互承式空间网格结构找形方法。该方法按照一定顺序依次提升平面互承网格的每个杆件节点，通过反复迭代使所有节点满足设定的杆件搭接系数，从而实现互承式空间网格结构的循环搭接找形。算例分析表明：所提方法的计算效率明显优于已有基于结构优化算法的找形方法，杆件搭接系数、旋转角度和网格疏密程度是影响互承式空间网格结构形状的主要参数，调整这些参数能够使结构整体形状趋近建筑造型要求。     

用建筑模型推进空间设计

在简要概述建筑设计及建筑模型的基础上,探讨了建筑模型的功能与类型,论述了建筑模型在建筑教育中的重要性,通过运用模型手段,加强了学生的设计思想传达,促进了学生设计水平和空间思维能力的平衡发展.     

Virtual reality for architectural acoustics

Over the last decades, powerful prediction models have been developed in architectural acoustics, which are used for the calculation of sound propagation in indoor and/or outdoor scenarios. Sound insulation is predicted rather precisely by using direct and flanking transmission models of sound and vibration propagation. These prediction tools are already in use in architectural design and consulting. For the extension towards virtual reality (VR) systems, it is required to accelerate the prediction and simulation tools significantly and to allow an adaptive and interactive data processing during the simulation and 3D audio stimulus presentation. This article gives an overview on the current state-of-the-art of acoustic VR and discusses all relevant components in terms of accuracy, implementation and computational effort. With the progress in processing power, it is already possible to apply such VR concepts for architectural acoustics and to start perceptual studies in integrated architectural design processes.     

Shape Generation of Grid Structures by Inverse Hanging Method Coupled with Multiobjective Optimization

Free‐form grid structure is a kind of structure whose shape cannot be expressed by analytical functions. Although this kind of structure has been widely used in practice, how to generate the structural shapes that not only satisfy architectural requirements but also have excellent mechanical properties is still a problem. This article focuses on the shape generation of complex grid structures and proposes a novel shape‐generation method for free‐form grid structures. The method integrates numerical inverse hanging method and multiobjective optimization. First, it uses numerical inverse hanging method to generate structural shapes in low bending moment level. Next, it uses dynamic weight multiobjective firefly optimization algorithm to adjust the parameters of the inverse hanging method adaptively so that the structural shape can satisfy architectural requirements. Comparisons with former shape‐generation methods show that the proposed method is more effective. Numerical examples based on real structures illustrate the applicability of the proposed method in practice.     

Neue Messe Mailand – Netzstruktur und Tragverhalten einer Freiformfläche

New Trade Fair in Milan – grid topology and structural behaviour of a free‐formed surface. The connecting links between the exhibition pavilions of the new trade fair in Milan are mostly covered by innovative steel‐glass‐structures which are very attractive from the architectural point of view. At the main entrance the ‘Logo’ arises: A double‐curved free‐formed surface, which ascends in the sky like a volcano. With a height of 37 m this structure will be recognized from afar as the new fair's landmark. A 1.300 m long and 30 m wide free‐formed glass roof, the so‐called ‘Vela’, links the individual exhibition halls together along the main axis of the trade fair and absorbs the nearby Alps in its architectural design. Primary with the ‘Logo’ this paper specifies, besides the overall architectural concept, mainly the basic principles for the development of the grid topology and the characteristics of the structural system of the arbitrary curved free‐formed surfaces.     

大型建设工程施工控制网测量方法

介绍了施工控制网的特点及其布设形式,并对建筑方格网的设计过程、布设建筑方格网的各种方法和精度要求进行了阐述,论述了主轴线的测设、方格网的平差、厂房方格网的精度及其测设要点,最后对城市大区域规划建设施工控制网的优化与选择进行了探讨,以满足工程测量的要求。     

考虑楼板不同刚度时跳层空腹网架结构的受力性能分析

跳层空腹网架在利用网架的空腹部分做楼层使用时，网架的上、下弦杆均与楼板浇注成为一个整体，以往对跳层空腹网架结构的力学性能分析均未考虑楼板刚度的影响．本对普通型跳层空腹网架结构在竖向荷载作用下考虑楼板不同刚度和不考虑楼板刚度进行了比较分析，揭示了楼板对空腹网架受力性能的影响规律．本的结论可为跳层空腹网架结构的工程设计提供参考．