新进展：国内首创“网架工具箱”让异形钢结构建模无所不能！

今天，笔者为大家带来《异型钢结构建模技术研究》的新进展。 希望能够对同仁有所启发，引起大家的共鸣。 如有不当之处，欢迎批评、指正、交流。

1、异型钢结构的应用与发展

钢结构是工程结构中广泛应用的一种建筑结构形式。 主要应用于仓库、煤棚、机库、工业厂房、体育场馆、会展中心、影剧院、车站、机场、大型商场等建筑。 特别受欢迎的建筑包括机场航站楼、会展中心、奥运会场馆和世博会场馆。

在我国，异型钢结构几乎随处可见。 近年来，随着大型公共建筑的兴起，管桁架结构因其造型丰富、结构轻便、传力简单、制作安装方便、良好的使用性能等特点，逐渐取代网架网壳，成为应用最广泛的结构。经济影响。 结构体系。

随着钢结构的应用越来越广泛，异型钢结构的使用量也不断增加。 钢结构的理论分析逐渐从近似计算发展到精确分析，从等效静力分析发展到直接动力分析，从线性分析发展到非线性分析。 随着分析的转变，异型钢结构的造型能力已成为衡量设计者设计水平和能力的重要标志。

2、异型钢结构简介

最常见的异型钢结构主要有网架、格壳、管桁架等。

1. 网格结构

网架结构的节点为铰接结构，杆件为轴力构件。 具有结构规整、杆件、节点标准化、工厂化生产和施工现场安装方便等优点。 网格结构是一种可跨越大跨度的高阶超静定结构。 设计采用的主要规范为《空间网架结构技术规程》JGJ 7-2010。 根据弦层数的不同，网格可分为双层。 网格，三层网格和多层网格。 常用双层格栅，典型截面如下：

网格结构按基本网格单元的逻辑组成可分为桁架式和金字塔式两类。 其中，方锥体网格刚度较高，杆件和节点种类较少，因此应用最为广泛。

网格的网格高度和网格尺寸由跨度尺寸、荷载条件、支撑间距、建筑功能等因素决定。 网格的垂跨比一般为1/12~1/20，网格构件的角度一般不合适。 小于30°。

2、网壳结构

网壳结构在整体应力方面比较接近于弯曲平板。 机组仍主要承受轴向分力，但整体结构为弯曲结构，杆件轴向力较大。 网格壳结构是主要承受膜内力的壳。 它采用合理的形状来抵抗外部载荷的作用。 因此，它可以跨越比网架更大的跨度。 另外，网壳造型美观、表现力强，更受建筑师和业主的喜爱。

网壳按层数分为单层壳和双层壳两种。

网壳按形状一般分为圆柱壳、圆锥壳、球壳、椭圆壳、双曲抛物面壳和不规则异形壳等。 下图是常用的贝壳的杆排列方式。

圆柱壳的选择应符合：

球壳的选择应符合：

3、管桁架结构

管桁架分为平面管桁架和空间管桁架两大类。 与普通桁架的区别在于连接节点为相贯焊缝。 与网架相比，管桁架构件少、节点美观、体轻。 广泛应用于会展中心、体育场馆等大型公共建筑。 管桁架高度可为跨度的1/16~1/30，垂高可为跨度的1/3~1/6。

空间管桁架截面常为三角形。 与平面管桁架相比，三角形桁架提高了横向稳定性和扭转刚度，外观更加美观，跨度更大的空间。 三角管桁架分为等边三角形和倒三角形两种。

倒三角管桁架由两根上弦杆通过斜腹杆与下弦杆相连，节点处设置水平拉杆，支撑多在上弦杆处，形成横向刚度较大的屋架。高音和弦。 在本节中，有两个上弦杆。 一般上弦受压时必须考虑稳定系数，但下弦受拉时不存在稳定性问题。 因此，倒三角管桁架是一种合理的截面形式。 另外，这种形式的两根上弦靠近屋顶，下弦只有一根杆，给人一种轻盈的感觉。 同时，这种截面形式还可以减少檩条的跨度。 因此，倒三角管桁架在实际工程中得到大量应用。 正三角形截面管桁架的主要优点是上弦杆为杆件，更方便连接檩条和天窗。

网架、网壳、管桁架对比总结

3.常用设计软件介绍

异型钢结构形状复杂、模型庞大、计算条件多。 选择合理的软件已成为大跨钢结构设计的首要问题。 目前，通过计算机软件可以完成的任务包括：

1. 生成空间网格结构模型（预处理）。

进行有限元分析计算，得到内力和位移，并按规范进行截面优化和部件验证。

生成接口文件以执行考虑初始缺陷的非线性分析。

2、后处理为用户提供内力、位移查询、内力、位移图显示、振动模式显示、节点设计、自动生成构件节点施工图和加工图、自动生成计算书（后处理）等功能-加工）。

目前常见的软件有MSTCAD、MIDAS、3D3S等。 每种方法的优点和缺点如下表所示。

4、异型钢结构软件建模方法

大跨度钢结构体量大、空间形态灵活pkpm钢结构工具箱，结构建模工作量巨大，成为影响工程师工作效率的关键工作量。 特别是异形曲面网格建模难度更大。 为了解决异形钢结构的建模问题，我专门编写了一个建模程序“网络框架工具箱”。

例如，通过网格工具箱，根据设计者给出的空间曲面的主控曲线，程序自动生成光滑曲面，然后对这些曲面进行网格划分和连接，如下图：

本程序具有快捷键方便、灵活的特点。 各功能模块设计合理，使用方便。 创造性地总结了建立复杂空间表面模型的三种方法，并通过程序实现。

另外pkpm钢结构工具箱，我的优质在线课程《向大师学设计》是基于PKPM、3D3S、mst、midas以及自编软件网格工具箱进行异型钢结构建模与设计。 已更新，后续会继续添加，并提供VIP群问答服务（扫描二维码查看）。

5. 总结

目前，所有网格软件都采用“自下而上”的建模方法，从点-线-面-空间，从离散点、一维线，到二维面。 这种方法符合工程师的需求。 常规的思路，从剖面到三维，从规则到空间。 这种方法的缺点很明显：它只适用于比较规则的结构。 如果模型不规则，则需要大量的人工干预。 模型完成后，如果需要调整，就需要从头再来，效率低下。