[分享]另类结构形式的思考——柔软的形式
小编：Yifei
受哥特建筑的启发，服装设计引入“省”（dart）的手段，裁去多余的面料形成浅锥形的外形以贴合身体。于是自中世纪起西方的服装设计开始讲究合身（fit），服装结构从平面的拼贴转变为三维的空间的构成，窄身的形式由此诞生。时至今日，说到哥特亚文化，极度修身的服装剪裁依然是其重要的形象表现手段。
 

服装发展到现代，开始更重视视觉上的表达，合身甚至成为可以被牺牲的部分。服装单品的形态越发自由，服装的结构也越复杂。
来自伦敦的服装设计师Aitor Throup曾担任G-Star的创意总监，帮助品牌从原本的3D剪裁上，进一步研究人体工程学，以及肌肉和关节在运动过程中的特性，进一步改良版型。Aitor Throup的骷髅包仅从外观上面料之间的拼接与缝合，便看得出其结构的复杂。
  


Carol Christian Poell设计的螺旋牛仔裤，裤腿由单片的面料螺旋缝合连接，极简设计的背后是无数次的打板试错和调整。
 
Spiral Trousers by Carol Christian Poell
在带有曲面的建筑设计上，如果曲面可以由平面材料弯曲加工而得到，那么在材料的生产上往往可以节省巨大的成本。这和服装的结构设计颇有相似之处。服装的面料通常可以当作是从平面来加工，立体剪裁的服装便需要将由平面纸样得到的裁片进行拼接缝合来形成立体的造型。
在造型相对不规则的建筑上，常常就需要对其制版。Zaha Hadid Architects在这方面有较丰富的案例，比如在2012年的威尼斯双年展上展出了一件名为 “Arum” 的装置作品，由曲线折叠加工建造，在建筑领域实践了一次打版。
 


曲线折叠最早的记录可追溯到1927年Bauhaus的学生作业中。其中比较有名的一类为按一系列嵌套的圆形折痕依次正反折叠后的纸模型会翘曲为双曲面。如今这种折叠的造型已经不鲜见与灯具及服装配饰的设计。
 

纸在由曲线进行折叠的过程中，折痕两边的面会发生拉伸与汇聚的趋势。已经有学者研究证明，在抽象的数学模型层面，图中Bauhaus类型的曲线折叠其实是无法折叠的，但是引入更多预先定义的折痕以后又是可以实现的，这暗示着折叠后对纸面的拉压需要由纸本身的弹性或进一步的细微褶皱而消化，即除了按圆形嵌套的折痕折叠外，纸本身依靠自己的微观变形折出了如图中形态。因此若由曲线折叠进行创作，那么必须借助合适的材料和尺度，使得这些问题不会凸显出来。
曲线折叠在爱好者手中也进一步发展出了更丰富的思路和造型。
 

此外，比如充气结构，若想对其造型进行设计调整，也是通过对外部膜材裁片的调整来实现的。
 


有一组有趣的对比是，在服装设计方面，一些先锋设计师引入木材质，通过实现薄木板之间灵活转动的关节，来实现可穿着性。比如Sruli Recht和Pauline Marcombe的作品。
  

而在建筑设计研究领域，Achim Menges近年实践的缝合木结构，以缝纫的方法将薄板材进行连接。因缝合节点较灵活，设计的整体总是需要使板材形成一定的结构厚度以实现刚度。比如他之前做的一个仿生木缝合装置，就是通过将板材卷起缝合为腔体单元，再将腔体互相缝合。
 



2019年，Zaha Hadid Architects与ETH的Block Research Group以及R-EX合作，制作建造了一个双曲面造型的织物模板混凝土薄壳装置KnitCandela。
 

该设计在获取造型后，通过开发的compas_knit算法，将三维几何拆片为平面，并生成适合纺织机生产的平面像素图信息，然后以此信息直接通过数控织机生产。对于面料生产而言，一般来说受限制的是幅宽，而长度可以被认为是无限的。
 

织物模板生产速度快，运输成本低。运抵目的地后，织物模板以一个临时搭建的框架支撑拉开，赋予模板临时刚度，并在双层模板内填充气球，使混凝土形成双向肋加强结构刚度。
同样的，如果可以编辑数控织机，那么就可以调整纱线材料或编织密度，进而对面料赋予定制的力学特性。比如ICD Stuttgart的Material Equilibria装置，就是通过研究编织方式，对张拉曲面在不同位置赋予不同的纱线密度，从而控制整个张拉膜的刚度分配和传力路径。
 

织物结构也可以通过对编织方式的调整，形成自由的形态而不局限于可展曲面。Janet Echelman的灯光节装置就是通过对传统手工编织渔网的手工艺学习和改进，而创作的。她的装置在设计时邀请顾问进行风模拟，可以在自然风环境中形成一个相对有控制过的，但是又并非完全静态的灵动造型。
 

Rhino+GH平台在结构设计中的应用
小编：Yifei. 

结构的边界是形式。
新时代里，优秀的结构设计已经难以脱离建筑而评判。结构工程师的追求从超高层与大跨度，逐渐转向了形式的自由，并开始对除力学性能之外的其他属性关心了起来。除此之外，进入信息社会以后，人类的生产生活组织形态在看不见的地方飞速更迭。人们对空间的需求更加多样且灵活，但是更进一步，不仅住宅是居住的机器，每一个建筑甚至城市也都变成了更为复杂的机器。电讯派的Walking City从科幻逐渐降格为比喻。

Walking City

设计对象的极大复杂化使得建筑行业重新孕育了自己的系统工程。系统工程讲求加大设计阶段的投入，以尽量全面的设计考虑，避免在加工制造阶段的临时补救甚至返工。越复杂的系统，越难以通过现场的临时设计变更实现补救。因为建筑方案开始考虑更多的因素，在早期就会有大量的方案推敲和论证，而在系统工程中，需要借助基于仿真的设计方法（simulation based design），将难以实现的方案排除出去，以避免无用投入造成的浪费。因此复杂项目在方案阶段就需要引入可以及时配合的粗略分析结果来判定性能是否（难以）符合指标。
Rhino + Grasshopper因其既适合敏捷化快速配合，又有极大潜力通过开发实现深度配合，逐渐在设计阶段流行起来。设计团队可以在初期便实现对建筑的外观，热工，通风，视野，噪音，照度，能耗，力学，人流，微气候等等的分析，对方案表现进行综合性评估。同时对构造，施工过程的可行性进行推敲。其模型不仅可配合3D打印技术对原型进行论证，也可以生成可直接交付工厂加工的数据。


Rhino建模指导构件加工

无人机航拍生成场地模型辅助方案设计

场地开挖坡度分析

对于结构专业来说，置身于基于仿真的设计环境中，工程师需要能够快速对方案进行结构模型抽取分析，或对结构形态进行参数变量的批量分析，以实现敏捷配合。下面介绍一些简单工具，能够帮助工程师实现联动分析。

以下推荐几个GH插件，用于结构工程分析与设计：

(1)
Karamba3D应该是目前应用最多的结构分析插件。可以处理杆系和平面单元的有限元分析。分析方法包括线性分析，二阶分析，非线性分析，大变形分析，模态分析，屈曲分析，振动分析，截面优化，BESO拓扑优化等，分析结果的显示方式非常丰富。Karamba3D官网有中文版的使用手册可以免费下载，还有大量的分析案例和教程可以下载学习。

Karamba3D对一壳单元桥分析的教程案例

 (2)

Kiwi!3D是一个应用IGA（isoGeometric Analysis）方法进行结构分析的差价。IGA方法直接以NURBS函数建立有限元模型，对于曲线构件无需进行折线重建，是有限元方法比较新的一个方向。该插件目前免费，除线性分析外，还支持非线性分析，找形，考虑施工工序的分析等。随插件会有教学案例下载，简单易学。

Kiwi!3D的一膜结构分析案例

 (3)

Alpaca4D是一款调用OpenSees实现结构分析的插件，对OpenSees分析的输入和输出实现可视化的模型和分析结果。作为一款非常新的插件，目前后处理功能还比较简略。随插件下载压缩包同样内附有教学案例文件。

Alpaca4D一结构分析案例

项目进行到一定阶段，结构可通过OAPI生成Sap2000或Etabs模型进行进一步深化。Sap2000和Etabs都算是更新比较频繁的•软件，其OAPI亦随版本常常更新。所以可以想象建立模型转化的这一步工作也需要常常更新自测维护。目前虽然有一些插件可以实现Rhino模型到Sap2000或Etabs的转换，但是这里还是建议使用者学会对OPAI的使用，自己编写转换模块，以确保生成模型的正确，避免设计事故。
结构的生形逻辑多种多样，结构的布置方式要结合方案和场地，结构的设计理念需要工程师自己探索。但是俗话说“什么都不懂，就用遗传算法”，下面介绍两个遗传算法的插件。

(4)
Octopus是很多设计师在grasshopper平台应用遗传算法的启蒙，最早版本发布于2012年。随安装包附带使用说明手册以及使用培训案例。

Octopus计算模块对算法处理结果的可视化

(5)
Wallacei是一款比较新的基于遗传算法，并可进行多目标优化的插件。开发者主要为AAEmTech的毕业生。后处理及可视化更为丰富。随插件下载压缩包附带教学案例，同时官网也有视频教程。而且插件目前仍在不断更新。

Wallacei优化案例

ETH的DFAB House做了一系列研究性探索，前段时间被各媒体纷纷转载，火遍网络。他们的一个个子项目不仅展示了如何实现高度定制化的设计，同时也成为了前沿的数字建造技术的模板。在复杂形体，酷炫机械臂以及机器视觉的背后，是我们熟悉的Rhino + GH工作环境。

Smart Slab



Spatial Timber Assembly

Mesh Mould

【ETE专题】ETE提取YJK与ETABS的超限性能总指标表格

[小编：李明]

简说：开发一个基于YJK与ETABS的后处理程序，可以对YJK模型与ETABS模型提取结构性能的总指标，并自动生成WORD文档的报告。，程序采用DELPHI进行编写，自动生成曲线包括超限报告的WORD文档。

[下载讲义PDF]：点击下载此文件：ETE提取超限性能总指标表格之方法

以下介绍一下ETE通过读取YJK与ETABS的数据后自动生成超限报告的功能介绍

【第一步】在YJK进行操作，导出YJK的结构模型与设计分析结果

【第二步】在ETABS操作，导出ETABS的分析结果（如有）一般高层的结构需要第二个软件进行复核

【第三步】ETE读取YJK的模型数据，包括小震，中震，大震（等效弹性）的文件夹

【第四步】导入ETABS的风模型与地震模型

【第五步】设置文件夹存档的位置

【第六步】补充部分后处理的数量，如工况的名字

【第七步】一键生成WORD文档的报告。

以上就是ETE【中国版】关于超限报告总指标的生成的方法（基于YJK的数据）

有兴趣请关注我们的微信公众号:DINOSTRU

以下是软件的操作视频：[Bilibili]B站视频

https://www.bilibili.com/video/BV1yA411e7Me/

【ETE专题】基于YJK批量生成墙与柱PMM曲面

[小编：李明]

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简说：基于ETE对YJK模型中的墙柱进行PMM曲线与曲面的自动化生成，程序采用DELPHI进行编写，自动生成曲线包括超限报告的WORD文档与EXCEL表格，还可以自动生成所有的XTRACT模型，用第三方的软件进行复核，截面验算的计算核心是DINOSEC，相关请到网站DINOCHEN.COM查看。
[下载讲义PDF]：点击下载此文件：ETE批量生成YJK墙柱PMM曲面的方法

以下介绍一下ETE通过读取YJK的截面数据与内力数据后自动生成PMM曲面的功能介绍

（1）众所周知，YJK可以生成全部数据包，包括前处理的结构信息与后处理的构件内力
通过ETE读取这个文件的位置，同时读取小震，中震与大震的数据。

（2） 基于DINOSEC的计算核心可以快速地计算矩形墙与不同形式的柱的PMM曲线与曲面
点击ETE直接可以生成曲面，通过内力组合生成YJK的构件内力点，以检查是否能包住。

（2） 剪力墙小墙肢也可以计算了，点击墙肢号，可以在平面上查号，然后生成PMM曲线或XY两个方向的曲线

最后，也可以生成XTRACT的数据，导入XTRACT进行第三方软件的验证，或直接生成EXCEL表格格式与WORD超限报告的相关章节的文档。

以上就是ETE【中国版】关于PMM曲面自动生成的方法（基于YJK的数据）

有兴趣请关注我们的微信公众号:DINOSTRU

以下是软件的操作视频：[Bilibili]B站视频

https://www.bilibili.com/video/BV1T54y1q7o1/

【ETE专题】节点有限元分析在结构分析中的应用

[小编：李明]

[下载讲义PDF]：点击下载此文件：节点有限元分析讲义
[下载PPT文件]：点击下载此文件：节点有限元分析PPT 

 
（1） 介绍主流的节点有限元分析软件。

（2） 介绍ABAQUS进行节点分析的特点：常用的桁架单元，梁单元，壳体及实体单元，另有tie，内嵌，coupling，连接器等接触单元（自由度处理方法），也具备线弹性材料，基于损伤理论的非线性材料，还可以自定义UMAT等。建模方面，支持复杂几何实体的IGES，SAT的格式，程序可以进行布尔运算。 由于上述的属性，ABAQUS可以很好地进行节点有限元分析。以下是整个节点分析的主要过程：

（3） ABAQUS的大部分应用场景是，采用AUTOCAD等CAD软件进行空间建模，然后采用ABAQUS进行补充建模，主要就是合并，布尔，分体及单元划分。其它应用场景有采用INPUT进行文本建模，或采用第三方的单元剖分，如HYPERMESH等，这里就不展开介绍，这里主要讲采用CAD+ABQUS的建模方法。



（4） 以下是常用的3D-CAD中用到的立体模型生成的功能，从平面到立体，有拉伸，扫掠，放样，旋转等，CAD也能进行一些简单的布尔运算：合并，减除，相交 

（5） 有限元建模分节点模型与区块模型，区块模型可以从结构模板图出发，如下所示，采用一系列的拉伸就可以建完模型了，当然还需要一些布尔运算


（6） 混凝土块体部分的建模相对简单，复杂的在块体内钢筋的建模，钢筋一般采用TRUSS单元，在CAD内是单线，采用AUTOCAD建模如下图所示。钢筋的复制建模大量采用3D-ARRAY这个CAD命令。 

（7） 钢筋的线模在建模的过程中要注意，纵筋与箍筋的距离不宜过小，钢筋不要跑到混凝土外表面去了。

（8） 构件分组：这个很重要，不同的材料不同的类型记得分组，分图层。如基础、构件、钢配件、钢筋与钢骨，都应该在不同的组，方便管理，钢板厚度不同，钢筋直径不同也需要分开。

（9） 在AUTOCAD完成大部分建模以后，我们把AUTOCAD的模型导出为IGES格式。IGES格式可以把钢筋也能包括进去，SAT格式就不可以了。

（10） 弹性模型可以不需要导入钢筋，只有弹塑性分析才需要导入钢筋网。 

（11） 在分析前，进行网格部分试算检查，有问题越早发现越好，记得另存为。 

（12） 输入材料的定义，混凝土与钢筋在进行弹塑性分析时，要输入弹塑性本构 

（13） 输入截面的定义，定义好构件截面，主要是钢筋的截面，一般采用TRUSS

（14） 组装构件:因为在前面定义好了不同的图层，所以这个分组定义就相对容易了。

（15） 定义分析设置：ABAQUS的弹塑性分析是采用自适应增量迭代法的，你需要设置最大迭代步数（可以理解成迭代多少步以后算不下去跳出）及最小迭代增量值（可以理解成最小每步加载）。

（16） 定义RP加载点，这个很重要的功能，因为节点分析的外力是从整体模型中得到，是一些杆件端部点荷载，这些点荷载要作用于实体单元上的一个面，就要作用于面上的一个代表结点，通过刚度分配到这个面上的所有点上。所以要进行RP点的指定，一般是受力的中心。 

（17） 定义tie，构件与构件的面连接，可以采用TIE进行连体， 不同组之间，无论你建模的两个面之间有多近，也是离开的（自由度独立），所以要采用TIE把这两个面帖起来。

（18） 定义内嵌（Embed），钢骨（壳元），钢筋（桁架单元）都可以内嵌于实体单元中。内嵌的作用就是实体单元的变形，会使单元内的钢筋与钢骨协同变形。

（19） 定义荷载。刚才讲的RP点就是用来加点荷载的，加载外力的方向采用右手法则。

（20） 定义位移约束（支座）。节点除了力边界，还有位移边界，采用BC（边界约束）进行定义。 

（21） 网格部分（在有限元分析中占重要地位）：第一步，剖分TRUSS单元，这是关键的一步。然后对实体，壳体进行网格划分，指定网格大小，100~300比较常用。稳定划分可以采用TET（三角形四面体）格式进行网格划分 

（22） 补充参数设置：自定义本构的位置，GPU多核计算的设置等。


 

（23） 导出INP的功能，导出INP方便以后进行批量计算，脱开了图形界面，采用文本修改。

 （24） 运算完成后，点击RESULTS查看结果，ABAQUS的前处理就介绍这么多了，后处理需要用到一些如PYTHON的往后再介绍。 



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[ETE]Perform-3D与ETE在抗震分析中的应用

[ETE]Perform-3D与ETE在抗震分析中的应用

小编：李明

以下是整个PPT的下载方法【点击下载此文件】：
【ETE教程】Perform-3D与ETE在抗震分析中的应用

PPT中有以下的主要内容：

（1）介绍主流的几个可用于工程的弹塑性分析软件

（2）介绍PERFORM-3D的纤维单元划分原则

（3）介绍PERFORM-3D的分层纤维单元的剪力墙

（4）介绍P3D中梁、柱、墙剪力墙的划分

（5）目前市场上的P3D转接口软件



（6）传统的程序转接口写法与万能接口程序的写法对比



（7）介绍ETE的数据库功能




（8）ETE转接口的界面






（9）转P3D之前YJK模型的检查方法




（10）介绍主要的检查内容：虚梁、偏心、截面检查、支座检查等



（11）P3D并行计算提高效率

（12）查看结构周期与地震剪力

（13）介绍ETE对于P3D的数据后处理功能



（14）PERFORM-3D与性能指标的应用





（15）在ETE的P3D后处理程序中查看各种指标。




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【ETE教程】Perform-3D与ETE在抗震分析中的应用

[ETE]高层建筑结构中斜柱分析的基本方法

以下是整个PPT的下载方法：
【ETE教程】高层建筑结构中斜柱分析的基本方法


斜柱在超限高层建筑结构中出现越来越多。以下是技术分析总结
小编：李明

PPT有以下基本内容：
(1)超限报告中指出斜柱位置，斜率

(2)简化力学分析必不可少的

(3)注意斜柱对楼板会产生局部水平力

(4)进行考虑斜柱的楼板应力分析
(5)根据分析提出斜柱的加强措施
(6)斜柱及上下各一层的PMM分析

(7)抽柱模型中的柱子相关的内力

(8)进行斜柱节点的应力分析(ABAQUS,sap2000)


(9)根据应力云图进行局部加强措施设计
   （加强肋，环板，局部加厚等，如有需要）


以下是整个PPT的下载方法：
【ETE教程】高层建筑结构中斜柱分析的基本方法

[ETE教程]PERFORM-3D反应谱分析教程

【小记】本期仍然从实战操作角度，
阐述PERFORM 3D反应谱分析

本文大纲如下：
P3D反应谱分析
本次文章将实现一个小目标
 * 掌握PERFORM 3D 反应谱分析操作

详细的PPT（PDF格式）下载：
点击下载此文件：ETE实战类-如何进行Perform 3d反应谱分析










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