马克. 基于Grasshopper的曲面木结构网壳参数化设计研究[D]：[学士学位论文].南京工业大学土木工程学院, 2018.

指导老师：陆伟东

国家重点研发项目（2017YFC0703506）资助

摘要

曲面木结构网壳具有节能、绿色、环保、经济的特点。考虑到曲面网壳形态上的不规则性，其设计、分析、优化通常较一般结构更为复杂。相比传统的设计方法，使用参数化设计方法可以大大提高其设计流程的效率，使得曲面木网壳优良的性能得以充分发挥。

目前，曲面木网壳在国外的应用较为广泛，尤其是大跨的后张拉成型网壳。国内学者在参数化网壳方面也有一定研究，但多基于规则形态的钢网壳，而在曲面木结构网壳方面的参数化研究则开展很少。

本课题基于Rhino平台Grasshopper参数化插件进行曲面木结构网壳的参数化设计研究。通过总结设计方法，归纳设计思路，进而编制参数化建模、分析、优化以及输出的相关程序，使参数化设计的效率优势在木网壳结构中得到尽可能大的发挥，以期最终形成曲面木结构网壳的参数化建模、受力分析、建造等相关问题的一体化通用解决方案，为工程实践提供借鉴和参考。

在参数化建模的具体实现上，对于传统的基于几何外观设计的规则几何形态网壳，本文逐一给出了参数化建立相关模型库的方法和示例；对于自由曲面网壳，本文给出了一种参数化网格划分及优化的思路和示例；对于后张拉成型网壳，本文给出了通过模拟倒悬法动态优化建立模型的思路和示例。

在参数化受力分析、优化的实现上，本文基于Grasshopper插件给出了一种有限元分析方法并验证了其可靠性。该方法不仅能参数化分析传统网壳的受力，也能为模拟倒悬法找形获得的后张拉成型网壳提供精确的找形计算。在此基础上给出了此外，给出了基于进化算法对曲面整体做几何优化的思路和示例。

关键词：木网壳 参数化设计 Grasshopper

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致谢

感谢陆伟东教授、孙小鸾老师、屈丽荣博士、陆斌辉学长为本课题提供的指导，正是他们给出的指导和建议使本课题的开展成为可能。尤其感谢我的导师陆伟东教授，他敏锐的学术洞察力使我在课题中受益良多；也要感谢屈丽荣博士，她同样在整个课题期间倾注了大量心血和精力，提出了许多宝贵的指导和建议。

感谢Grasshopper的开发者David Rutten以及整个社区，特别是Paneling Tools, Kangaroo(2), LunchBox, NGon, Karamba等插件和他们的开发者。他们的工作为本课题的开展提供了巨大的便利，并在实际应用中带给了我一些思路上的启发。

感谢工E设计，使我在大学期间得以学习到几乎一切用于此论文的展示工具，并指导了我在艺术设计领域上的发展，尤其感谢赵文炀、韦雨杏在建筑学上的指导。

感谢一路关心、理解、支持我的父母，老师，朋友。无论课题进展是喜是忧，总能得到你们的鼓励和帮助。正是你们在过去的二十多年中的不断影响使我走到了现在，我的感恩之情无以言表。

一个人的历史造就了他的如今，而整个人类的历史亦是他的后盾。在学术研究的道路上，无数先人开辟道路，才有了如今我这些微小的工作。感谢所有。

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参见

[1] 关于公布南京工业大学2018届本科生优秀毕业设计（论文）、优秀指导教师的通知

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