河南省院 | 肋环型单层球面网壳标准型及其拓展型参数化解决方案

作者：

王世权 河南省建筑设计研究院有限公司

单层球面网壳的网格形式较多，《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）附录B中给出了单层球面网壳六种网格形式，有肋环型、肋环斜杆型、三向网格、扇形三向网格、葵花形三向网格、短程线型。我们称这六种为单层球面网壳的标准型。

下图a即为肋环型单层球面网壳标准型。肋环型单层球面网壳标准型由径向杆和环向杆组成，形成一个球面形状的空间网格结构。

肋环型单层球面网壳因其通透性好、施工方便等优点，在实际工程项目中得到了广泛应用。

但其标准型也有其非常突出的问题。从其构型我们能清晰地看到，其越靠近顶部区域，径向杆件越密集，会导致施工困难，观感效果变差。如何妥善解决肋环型单层球面网壳顶部区域径向杆件密集的问题，是其在实际项目运用中的首要问题。

这里所说的“拓展型”就是探寻该问题可能的解决方案。

在确定可能的“拓展型”之前，我们先来看看已经建好这些肋环型单层网壳案例中，是怎么处理这一问题的。

从这些案例中，我们看到解决肋环型网壳顶部区域径向杆密集的手段比较多。

核心是径向杆件的抽减，有的是在同一个位置统一收减，有的是渐次收减。

有的为了力的传递更流畅自然，避免单个杆件面外受集中力，在收减位置设置斜杆，形成面内环向桁架。

这些手段为我们探索肋环型网壳拓展型提供了灵感，可以梳理出四种拓展型，如下图所示。

YGAMA的操作逻辑和我们通常的设计习惯有很大的不同，我们常用的结构分析软件，编辑的对象是离散的图元，比如梁、板、柱或弦杆、腹杆，我们一个个搭建上去就好了，你不用关注模型底层的数据结构。常规结构分析软件的的优势是直观，其弊端就是模型修改起来比较烦琐。任何跨度、矢高、腹杆划分的改变，都会带来大量的修改工作。

YGAMA的处理对象是数据，每个卡片都是一个数据处理站，卡片之间的线条，是数据流转的通道和方向。在组织卡片的时候，要时刻对数据间的逻辑关系保有清晰地认识。所谓模型的参数化，即是对模型的控制数据进行系统梳理与有序组织，使其形成一个有机的整体，从而实现一处调整，全局联动的理想效果。

参数化模型的一大优势在于其调整模型非常方便，只要独立变量识别完整，只需要调整相关参数，整个模型就会同步调整到位，这个优势在空间结构中尤为突出：比如网壳的矢高、网格的划分，均可一步到位，不用一个个杆件去修改。

1） 独立变量识别

在进行独立变量识别时，网壳的尺寸控制、网格划分、径向杆件抽减、环向桁架设置以及截面、荷载都要识别出来，要确保没有遗漏。

2）YGAMA参数化建模逻辑链条梳理

步骤1： 通过基点建立网壳底面圆及网壳顶点

步骤2： 建立网壳所有节点

• 对底圆进行定数等分来确定网壳径向网格划分；

• 通过底面圆两两对称点及网壳顶点，三点制作圆弧，生成网壳辅助径线；

• 根据网壳环向划分情况，对网壳辅助径线进行定数等分。辅助径线等分生成的节点就是肋环式网壳的全部节点。

步骤3： 节点序列重置

步骤4： 网壳环向杆件生成

• 对网壳节点转置，通过多点连线生成网壳径向网格线；

步骤5： 网壳径向杆件生成

• 对网壳节点转置，通过多点连线生成网壳径向网格线，在这个过程中对节点数据分组连接以实现分级收减功能。

步骤6： 网壳面内环向桁架斜腹杆生成

用YGAMA参数化建模时，就是通过YGAMA的卡片功能，把上述的逻辑链条组织起来就好了。

接下来，我们就利用YGAMA的参数化建模功能，一步步把这个参数化模型搭建出来。

1) 建立网壳底面圆及网壳顶点

肋环型单层球面网壳拓展型YGAMA参数化模型独立变量滑动条。

那就让我们一块来看看YGAMA参数化模型的最终效果吧！

本案通过YGAMA的参数化实践，很好地解决了肋环型单层球面网壳标准型及拓展型的参数化实现问题。通过一个参数化模型就可以生成所有这些拓展型，解决了肋环型单层球面网壳设计时的一个痛点问题。

通过该案例的实践也充分体现了YGAMA在空间结构领域强大能力。