[发明专利]一种张弦结构的找形方法

摘要

本申请公开了一种张弦结构的找形方法，该方法能在张弦结构上弦给定，且撑杆保持竖直的条件下寻找相应的下弦索构形，并给出初始态的预应力。本发明可在不改变上弦刚性部分几何形状、保持撑杆竖直的前提下进行张弦结构下弦索的找形，使结构的初始态与建筑几何完全吻合；适用范围广，可用于单向、双向、多向张弦梁以及张弦网壳等不同类型的张弦结构；找形过程中仅更新节点的z坐标，节点x、y坐标自动满足平衡方程，无需进行更新，从而使撑杆自动保持竖直；控制参数少，可以针对给定的上弦刚性部分的几何形状，直接得到一系列不同尺寸的下弦索形状以及对应的预应力，便于建筑方案比选和结构优化。

主权项

一种张弦结构的找形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：将张弦结构按构件特性拆分为两部分，第一部分为上弦刚性部分与撑杆组成的刚性模型，其中撑杆沿竖直方向布置；第二部分为下弦索构成的柔性模型；步骤2：约束刚性模型的边界节点，以及每根撑杆下端点的三个平动自由度，在指定荷载作用下进行静力计算，提取撑杆内力；步骤3：约束柔性模型的边界节点，以及每个下弦索节点的z向自由度，在自重作用下进行静力计算，提取每个下弦索节点的z向反力；步骤4：将步骤3得到的反力值与步骤2中的撑杆内力相加，所得结果作为柔性模型找形采用的外荷载；步骤5：以力密度为变量建立柔性模型下弦索节点的x向、y向平衡方程组，求解方程组的通解，该通解称作力密度模态，满足各节点x向和y向平衡条件；步骤6：将步骤5得到的力密度模态乘以调整系数，得到柔性模型找形采用的力密度；步骤7：采用步骤6得到的力密度，并将步骤4得到的外荷载施加到柔性模型的相应节点上，对柔性模型进行带荷载的力密度法找形；步骤8：检查找形得到的柔性模型几何是否满足与建筑功能相关的要求，若满足则进入下一步，否则返回步骤6，更新力密度模态的调整系数，并重新进行找形，直至得到几何尺寸满足要求的柔性模型；步骤9：根据找形结果更新张弦结构整体模型，检查本次找形引起的结构几何尺寸变化幅度是否在预设限值之内，若是则进入下一步，否则基于最新的结构模型重新执行上述找形过程，直至单次找形引起的几何尺寸变化幅度小于预设限值；步骤10：根据找形后的下弦索长度和相应的力密度，求解初始态中下弦索的预应力。