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基于Javascript脚本语言编写，基于2d的canvas技术。以下是编程笔记。

ETE-Section截面分析程序的开发与介绍
 

   最近整理电脑文件及以前自编程序的源代码，找到本科及研究生阶段开发的结构分析程序如结构力学求解器、有限元软件的Demo及风振时程分析软件的源代码，发现当时开发的程序的完成度相当的高，有帮助文档，有技术文档，代码也写得规范，连图标与操作快捷键都有深入的调节。

     

    相比最近几年开发的结构分析设计小程序，那种深入的精神已经大不如前，我也不找借口了，总不能说现在有两个娃整天在身边吵，人老了事情也多。然而最近看到了一本好书《深度工作》，春节几天放假我读了一下，觉得现在能进入深度工作的大片时间太少了，都是一些碎片化的时间，由于太碎做不好一件完成的作品，于是最近我制定了一个深度工作计划，把时间强制安排一下，深入开发这一个结构工程相关的软件，也就是DINOSEC的升级版ETE-SEC，以前的DINOSEC只能做规则截面的弹塑性分析，老早就相做一个接近XTRACT的软件了，在超限分析中或者香港项目中经常遇到复杂的截面，现在终于升级一下，把DINOSEC改名为ETE-SEC，用于复杂截面或者叫不规则截面，包括组合截面的弹塑性分析，即得到PMM曲线，导入荷载后可以快速检查内力P-MX-MY是否满足承载力要求，这个功能很多PMM软件都没有。
 

那么一个完成度较高的程序，必须有导入导出，打开保存，计算核心，输出报告，快速修改，这样也学习ETABS\SAP2000的程序，加入SHOW TABLE展示表格的功能，也可以快速生成EXCEL表格等。

ETE-SEC的软件介绍
ETE-SEC是一款快速完成截面弹塑性分析的软件，可以进行复杂截面的建模，截面自动划分，PMM分析，验算构件内力及输出报告的功能，ETE-SEC可以导入CAD图形或导入DXF文件，在截面建模后可以导出DXF文件，提供用户在CAD进行修改。截面材料本构参数可以自定义输入，程序具有图形截面可以快速复杂多种复杂截面及快速绘制与修改钢筋。

 

ETE-SEC的主界面如下图所示。混凝土截面，型钢截面与钢筋布置可以通过参数化生成，程序加入大量的截面类型。生成截面后，钢筋的布置与修改可以在界面内完成，程序提供了钢筋的修改、复制、移动及删除等功能。详细的操作可以看操作视频，比文本表达更加清楚。

      



ETE-SEC的截面划分是程序自带的，无论是程序自带截面还是CAD导入截面均可以划分，划分效果类似XTRACT程序的划分，算法上提高了速度，截面划分后可以在界面中显示。然后就可以进行PM分析。
   

ETE-SEC的截面PMM分析，提供不同角度的P-M曲线分析，包括X-X，Y-Y方向及任意角度方向。同时可以进行MX-MY曲线分析，只需要指定轴力N就可以了。程序可以在PMM曲线中展示导入的构件内力，并会计算出最不利的内力。每组内力可以计算能力需求比值。PM曲线中内力点的能力需求比值的定义如图所示，该值如果小于1表示点在曲线外面，截面需要加强，如果大于1表示承载力有富余，这样即使有大量不同的内力组合也可以快速计算得到最不利的内力值，针对该值进行截面调整就事半功倍了。PMM分析具备一键生成报告PDF的功能。
 

程序计算所得的PMM曲线及构件内力验算

ETE-SEC的强大导入导出功能，截面可以通过DXF文件或在CAD界面中导入。内力数据文件可以通过CSV文件导入。截面绘制完可以导出DXF文件。操作如视频所示。程序增加了SHOW TABLE功能，可以导出截面程序中所有的前处理（模型）及后处理（分析结果）的数据。并可以一键生成EXCEL文件。

  

 

截面分析所得的计算书报告PDF文件

作为结构工程师的我，一直做着结构分析程序的开发，自研发的ETE-SEC程序可以快速批量进行截面分析，一键生成PDF报告，对大量内力组合进行快速的计算，向XTRACT学习技术并试着突破它。这个软件从下笔到完成用了我一周的时间，在这个过程中从数学公式推导，图形界面设计，PDF报告排版，程序LOGO、按钮图标ICON及界面插图的绘制，源代码的编写，在这个编程的过程中体验深度工作的无限乐趣。


最后通过一个动画展示整个软件的操作过程。

[每周挑战]造物_造一个牛年存钱机器人

2021年，新春快乐。2021年是牛年，这次的每周挑战就造一个牛年的存钱机器人，通过存钱机器人教会小朋友储蓄的好习惯，特别是过年的红包要交给爸爸妈妈好好保管。以前做过一个不需要Arduino板控制的吃钱兽机器人，这次造一个需要控制板的吃钱机器人，这个机器人存钱后还会说出“恭喜发财”。所以构件均为3D打印，文章的最后提供3D打印的STL文件与Arduino的源代码。

以下是【牛年存钱机器人】(Coin Robot 2.0)的造型与设计图纸。
 第1步，3D模型设计
在3DSMAX设计出牛年存钱机器人【Coin Robot 2.0】的外形与活动情况如下图所示。
 
它的结构分为以下几个部分：
（1）头部，主要是用于实现打开嘴巴的动作
（2）身体盒子，里面有舵机及大部分的芯片与电路 
（3）手部，可以活动，带动头部打开嘴巴，导电锡纸设置在手部，手部的转轴连接舵机。
以下就是3DSMAX出来的效果与实际的对比
 

第2步,准备电子材料
 
与以往的风格一样，这个装置现在会用到arduino mini，（尺寸比较小）
这次需要用到的特别材料有 MP3语音模块JQ8400FL10P，懂得基本的电学原理就可以安装了。材料如下：
(1)1个9V的电池给ARDUINO供电
(2)1个ARDUINO MINI 板，
(3)1片孔洞板，用于制作外接电路
(4)电焊铁，电线（杜邦线）
(5)小型开关2个,一个用来打开ARDUINO板，一个控制舵机供电
(6)1个JQ8400FL10P的MP3语音模块，用来播放指定MP3文件发出声音
(7)1 个低功率的喇叭元件，用于最终发声
(8)1个舵机，控制机器人把钱币吞起口中的动作
(9)锡纸用来导电，通过钱币接通电路导电
(10)电线若干。其它就是用3D打印机打印。
材料就是相对多一点，经过训练的朋友都能做这个小型装置。

第3步,分开模块与打印
 
在3DSMAX将不同颜色不同部分的组件分别排版，如下图所示。
采用了不同颜色的线材，主要包括黑色，黄色，红色与白色
3D打印机采用 XYZprinting Mini Maker，构件打印出来的效果如下图所示。
 
第4步,电子电路的设计与制作
 
以下是电路图的设计，分为三部分，基本采用ARDUINO实例教程的基本组合
（1） 锡纸开关电路（硬币通过锡纸接通电路，向A0口输入信号）
（2） 舵机电路（ARDUINO直接控制）
（3） 发声电路（ARDUINO通过串口向MP3语音模块发出指令，MP3播放MP3文件，最后通过喇叭发出声响）

如图所示，通过焊接电线与孔洞板，实现了整个电路的连接，完成图如下。

 

第5步,模块的组装
把组装好的电路安装到盒子内，如下图所示。
 


最后在盒子的上部放入存钱盒，把下部的电路隐藏起来。如下图所示。

 对部分构件进行粘合，采用强力胶对部份构件进行连接，最后成果如下图所示。

 

第6步,写入ARDUINO的编程代码
对ARDUINO板写入代码，这个代码就是就是ARDUINO板实现读取红外信号，
实现硬币接通锡纸电路后，舵机打开嘴巴，吃下硬币，播放“恭喜发财”的祝福语句。
代码，如下图所示。下载方法如下：

【点击下载】CoinMonster2_Arduino.zip

第7步,最后的测试

【B站动画】https://www.bilibili.com/video/BV1F54y1Y7RN

以上是牛年存钱机器人的最后完成效果，打开小开关可以把红包的钱存进去啦。 


以下是牛年存钱机器人的3d打印文件STL文件的下载方法。 

[Dino工程]深圳坪山华侨城项目(246.9m)

【小编】：王仕成
2020年8月26日，科进柏诚工程技术（北京）有限公司承接的结构顾问项目——华侨城坪山综合体顺利通过超限审查！感谢业主以及设计院的配合！感谢专家提供的宝贵意见！

项目效果图
服务类别：WSP:结构方案设计+结构初步设计+结构施工图顾问
合作设计单位：RMJM建筑方案、迈进机电方案、欧博施工图设计
开发商：深圳华侨城华腾投资有限公司
1. 工程概况：

华侨城坪山综合体项目用地位于深圳市坪山地区坪山大道与体育二路交汇处西南角，用地面积24614平方米，总建筑面积约28万平方米。距坪山高铁站直线距离约3公里，在建地铁14号线（预计2022年通车）沙湖站设置于项目用地东北角，并由出入口连接至本项目用地内。此外，距地铁14和16号线（预计2022年通车）换乘站坪山围站1km。场地内拟建建筑包括2栋塔楼、商业裙房、文化设施、商墅及4层地下室，1栋为房屋高度246.90m的集办公及酒店一体的超高层塔楼，2栋裙房为房屋高度22.35m的商业，2栋一单元为房屋高度85.12m的精品酒店塔楼，2栋二单元为房屋高度40.75m的文化设施，2栋三单元为房屋高度42.25m的商墅。
建筑总图
建筑功能分布图
2. 结构形式及特点：
根据建筑设计理念及建筑特点，结合结构性能要求、经济合理以及施工方面等因素，经过多种结构方案的分析和比选，在满足结构抗侧刚度及承载力的条件下，无需设置加强层，故塔楼采用框架-核心筒结构，构成双重抗侧体系抵抗风荷载和水平地震作用，并承担竖向荷载。

 结构示意图
1栋结构特点：
 房屋高度246.90m的集办公及酒店一体的超B级高度高层建筑；
 经过多种外框柱形式的比选，低区外框柱采用圆钢管混凝土叠合柱，中、高区外框柱采用钢筋混凝土柱；
 中区L22层北侧收筒，北侧筒体剪力墙转变为4根框架柱，柱内设置型钢；高区L47层南侧收筒，南侧筒体剪力墙转变为4根框架柱；
 拟按装配式建筑进行设计，楼板采用钢筋桁架楼承板+钢筋混凝土梁的楼盖体系；
 首层大堂17.4m三层通高穿层柱以及穿层墙；
 12m高的悬臂桁架塔冠。


抗震和抗风设计理念如下：
 采用合适的抗震设计标准
本子项属乙类抗震设防的建筑，按本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强抗震措施，即采用8度抗震措施，保证结构的抗震性能。严格控制结构的剪重比、层间位移角等结构整体指标。
 控制结构布置的规则性
本子项通过平面和立面的合理布局，形成平面规则、受力均匀的整体结构方案，减小结构的扭转效应，严格控制结构的竖向规则性，尽可能避免形成薄弱层和软弱层，现存在扭转不规则（含偏心布置）、楼板不连续、局部不规则（已计入1~6项者除外）共2项一般不规则项。
 采用性能化抗震设计的方法
本子项采用性能化抗震设计的方法，选定的结构总体抗震性能目标为C级，并据此确定关键构件、普通竖向构件及耗能构件各自的性能水准，通过结构弹性计算分析及构造措施和大震弹塑性时程分析验证，保证结构整体性能目标和构件性能水准的实现。
 风洞试验
本子项通过哈尔滨工业大学深圳研究院风洞实验室进行了风洞试验，以确保抗风设计的荷载能够准确反映结构所承受的风荷载作用，同时验证结构在风荷载作用下的风振舒适度是否满足设计要求。
 采用性能化的抗风设计理念
性能化的抗风设计指从结构抗风的标准、安全性、舒适性及各专业配合要求的角度，进行全方面的抗风设计。
 结构专项分析
根据本子项结构特点进行结构专项分析论证其可行性，如地震作用楼板应力分析、外框闭合模型与基准模型对比分析、L1并层模型与基准模型对比分析、抗连续倒塌分析、核心筒收进分析、跃层柱屈曲分析、跃层墙屈曲分析、塔冠结构分析及节点有限元分析。

[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。
 

【Dino结构笔记】遗传算法在结构优化分析中的应用

【点击下载】下载相关的ETABS与OPENSEES模型文件

结构优化的方法有很多种，中间有的涉及到非常系统的工程优化算法，如之前介绍的单纯体法（算是比较简单的），在这里推荐大家一本好书《工程优化方法》陈卫东写的。
结构设计中很多时侯我们并不是要得到最最优解，相对优化对工程师就很不错了，但是太复杂的算法会让工程师很难把控，特别是计算时间长，因此遗传算法作为只是找到相对最优解的方法在工程上能很好地被利用。正所谓“遇事不决，量子力学，不知解法，遗传算法”。
 
遗传算法的背后思想就是优胜劣汰的自然法则z

在这里我们只是把遗传算法的思想应用在结构工程上，可以说是似遗传算法，并不是工程优化研究或算法研究中的复杂的遗传算法。在MARK SARKISIAN的《DESIGNING TALL BUILDINGS》（非常推荐大家去看）的书上提到这种遗传算法的应用。
 
MARK SARKISIAN的《DESIGNING TALL BUILDINGS》应用介绍

那么这一期的Dino结构笔记就通过OPENSEES, ETABS等软件结合编程实现一个遗传算法的计算，以一个桁架结构为例进行介绍吧。

实例：对一定总重量的钢桁架结构进行结构优化，使桁架在重力荷载作用下的跨中变形最小，也即是刚度最大。桁架上弦的节点的作用力为150kN，由于桁架是对称的，采用半跨建模，初始条件，全部截面的尺寸为4000mm2，统计一下，半跨的桁架的总重量约为2.285 ton。
计算简图如下图所示。通过遗传算法确定每一节截面的大小，以保证在用钢量一定的情况下总刚度最大。
 
桁架的计算简图

（1） 这个实例我打算采用OPENSEES进行分析，那么首先我们建立ETABS模型，加入支座与荷载条件，如下图所示，导出S2K文件以供导入OPENSEES所用。
 
桁架在ETABS中建模

（2） 导入ETO生成OPENSEES的分析命令流文件，导入ETO以后处到桁架的构件编号如图所示。在OPENSEES中我们只需要输入点13的竖向位移，做为遗传算法的评分标准，点13的位移越小，评分越高，代表遗传算法中的后代更加优秀。
 
桁架在OPENSEES中的建模


（3） OpenSEES的命令流如下所示，命令流分为3个部分：
第一部分：节点、材料与支座条件（分析过程中不发生改变）
第二部分：截面（分析过程中不断改变），采用引入文件  source section_1.tcl
第三部分：分析与结果提取，结果提取的命字改变，即：
recorder Node -file node1.out -time -node 13 -dof 3 disp
不同的个体分析存储的文件名不同， 分别是 node1~node8.out, 记录13号点的竖向位移

model basic -ndm 3 -ndf 6
node 1 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000
……….
node 17 1.000E+004 0.000E+000 0.000E+000
fix 1 1 1 1 1 1 1;
……….
fix 17 0 1 0 1 1 1;
uniaxialMaterial Elastic 1 1.999E+005
source section_1.tcl
recorder Node -file node1.out -node 13 -dof 3 disp
pattern Plain 1 Linear {
load 4 0.000E+000 0.000E+000 -1.500E+005 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000
……….
load 15 0.000E+000 0.000E+000 -1.500E+005 0.000E+000 0.000E+000 0.000E+000
}
constraints Plain
numberer Plain
system BandGeneral
test EnergyIncr 1.0e-6 200
algorithm Newton
integrator LoadControl 1
analysis Static
analyze 1

（4） 桁架截面在遗传算法的过程中是不断变化的，所以这个文件需要不断的修改，8个子代就有8个不同的文件存储，如其中一个子代的截面文件 section_1.tcl如下所示。
element truss 1 2 3 9267.198 1
………
element truss 31 17 11 1215.233 1

（5） 基本的OPENSEES的文件构造就搭好了，只要Run OpenSEES，程序就会计算出不同截面布置情况下的13号节点的竖向位移，我们的目标就是让这个位移变小。

整个简化遗传算法的流程图
（6） 接下来我们就需要通过编程实现遗传算法，并控制OPENSEES不断计算。这里我采用DELPHI进行编程，编了一个简化的遗传算法逻辑。流程图如下图所示。
遗传算法的主要内容如下：
a). 随机生成8个母代桁架结构模型，截面是随机大小分布，总重量恒定
b). 采用OPENSEES作为计算核心计算出8个母代桁架的位移作为评分标准
c). 对母代桁架进行排序，位移最小则最优，得到较大的交配概率为26.7%
d). 根据交配概率抽取2个母代桁架进行杂交，生成新的子代桁架，进行8次
e). 子代桁架需要出现变异，以保证多样性，抽取个别构件截面放大150%与缩小66.7%，以这个操作代表变异性。
f)把子代进行OPENEES计算，即执行b的操作，整个过程循环操作。

最后遗传算法的程序编好，如图所示，迭代次数与13号节点的位移曲线如图所示。

证明，随着遗传算法的不断迭代，桁架的刚度越来越大。13号节点的位移从413降至187mm。

 
 
基于OPENSEES的遗传算法控制程序
 
迭代次数与竖向位移值的关系


（7） 采用ETABS进行分析：原方案与最后优化方案的用钢量是相等
原方案：全部杆件的截面为4000mm2，13号节点竖向变形为350mm
优化方案：每个截面如下图表所示，13号节点竖向变形为185mm。刚度有了明显的提高。而这个算法的优化方向是指定的，虽然有可能不是最优，但是足够应用于工程了。

 
原方案的ETABS计算结果

 
优化方案的ETABS计算结果
 
优化方案的ETABS计算结果（虚功分布图）


总结：大自然总能给工程师与科学家启发，特别是优化算法的研究领域，如蚁群算法，狼群算法，人工神经网络算法等等。自然经过以亿年为单位的时间进行演化，从中有太多的规律可以被发现并为工程师学习与应用。作为工程师通过简单的编程实现遗传算法在工程计算中的应用，那一种喜悦是非常特别的。

             
 
我与桁架结构的合照

[下载程序文件]：

点击下载此文件:DinoSAP程序：DinoSap结构力学求解器(版本v1.0中文版) 
中文版的界面如下图所示：

点击下载此文件:DinoSAP程序：DinoSap结构力学求解器(版本v1.0英文版) 
点击下载此文件:DinoSAP程序相关的例题

【Bilibili视频网站】学习几个例题的建模与结构力学求解。
https://www.bilibili.com/video/BV1LK41137UH


[小记]这个是原来DinoBox的结构力学求解器，提供给学习结构力学的同学使用。
适用于学习结构力学的学生，编试题的老师，画弯矩图计算简图的工具等。

GIF操作视频动画：








DinoSap结构力学求解器V1.0的介绍：
（1）DinoSAP2D简单易用，全图形操作，不需要命令流
（2）提供 弹性模量E 截面面积A 与截面抗弯惯性矩 I 的输入
（3）显示的弯矩图等计算结果
（4）颜色，字体，弯矩图的内线都可以自已调整，可以出计算图形与内力图形
（5）计算快，出结果人性化，内力细节查询
（6）由于操作简单，可以直接看视频就学会了
（7）全过程是：结点、截面材料E A I 、单元、支座、荷载、分析得内力。

【Bilibili视频网站】学习几个例题的建模与结构力学求解。
https://www.bilibili.com/video/BV1LK41137UH

[小记][小记]这个项目是我在WSP(2014年)参与的最有特色的一个超高层之一，岗厦旧改项目金地大百汇的主塔楼375米高，由KPF进行建筑设计，非常有特色的纺缍型的立面。越来越多的非规则立面被广泛地应用于300米以上的截面，如流线型的立面（以天津周大福为例），如拓扑优化型，如保利中心塔楼，还有就是这种纺缍型的立面，深圳大百汇、深圳长富中心，沈阳金廊城市广场都是纺缍型的立面，不但带来的美感且而提高了刚度（由于斜柱的原因）,这个项目的论文并不是把超限报告的内容罗列一下，更多地分享了在方案早期结构工程师对每个构件的选型，如伸臂桁架的设置，腰桁架的选型，钢管柱尺寸的变化，幕墙骨架的设置，剪力墙的缩进，内钢骨的设置等。在超限审查的会上，深圳的专家非常敢于创新提出了很多宝贵的意见，特别是魏老，提出了很多先进的结构设计理论，让我们在做超限过程中学习到很多东西。以下就是这个论文的下载方法及介绍。
【论文下载PDF】深圳大百汇主塔楼结构设计与分析.pdf

WSP服务类别：结构设计顾问(初步设计)、机电顾问
开发商：金地大百汇集团
合作单位：筑博设计股份有限公司
建筑方案公司：KPF

【英文篇名】	Structure Analysis and Design of of Shenzhen Dabaihui Main Tower
【中文篇名】	深圳大百汇主塔楼结构设计与分析
【作者】	陈学伟 1,黄昌靛 1,张梅松 2,黄汉华 1
【英文作者】	CHEN Xuewei1，HUANG Henry 1，ZHANG Meisong2， WONG Henry 1
【作者单位】	（1 WSP 科进香港有限公司，香港 999077；2 筑博设计股份有限公司，深圳 518040）
【文献出处】	建筑结构 , Building Structure, 编辑部邮箱 未知 网络首发   期刊荣誉：中文核心期刊要目总览  ASPT来源刊  中国期刊方阵  CJFD收录刊
【中文关键词】	高层建筑；伸臂桁架；混合结构；加强层；钢管混凝土；斜柱体系；抗震性能设计
【英文关键词】	out-of-code high-rise building; connective structure; transfer truss; aspect ratio; elastoplastic time history analysis
【摘要】	深圳大百汇主塔楼位于深圳市福田区中心地段，高度为 375m，主塔楼是集办公、酒店、公寓和商业为一体的综合体。主要介绍主塔楼的结构方案的确定方法及结构设计重点。塔楼结构高度为 315.75m,地上 72 层，地下 4 层。结构体系采用带伸臂桁架与腰桁架的钢管混凝土-钢梁框架-核心筒混合结构体系。建筑立面呈纺锤形，外框柱呈曲线布置而产生一系列的斜柱。重点描述了曲线布置的斜柱体系对抗侧刚度的提高效应；伸臂桁架的选取及优化；斜柱引起钢梁水平轴力的计算方法；基于性能抗震思想对结构及构件进行大震性能评估；最终通过合 理的结构设计，保证塔楼整体刚度与构件满足抗风与抗震的性能要求。
【英文摘要】	The 375m tower of Dabaihui center is in the center zone of Futian District of Shenzhen. This super high-rise  tower is a complex building that includes offices, hotels, apartments and commerce functions. This paper introduces its  structural system and structural design method. The tower has 72-storey superstructure and 4-storey basement, the total  building height of tower is 338m. Structure system is a frame core-wall system with outriggers and belt trusses, and the  structural frame is formed with concrete filled steel tubular columns and steel beams. The elevation of the tower is  curve-shaped; the frame columns are arranged to follow the curve surface. This paper introduces the stiffening effect of  the frame system due to its inclined columns, and the calculation method for the axial forces of steel beams which is  induced by the inclined columns. The optimization method of outriggers is also introduced. Finally, a reasonable  structural design is adopted to ensure that the overall structure and components of the tower meet the performance  requirements of wind resistance and earthquake resistance.
【DOI】
【更新日期】	2020-12-02
【分类号】	TU318

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

【DINO爱编程】几何_用菱形填充正六边形问题

【数学原理】Tiling a Hexagon with Diamonds

图形程序的下载地址：Tiling a Hexagon with Diamonds.zip

【Python代码】：Tiling a Hexagon with Diamonds(python).zip

1989 年的《美国数学月刊》（American Mathematical Monthly）上有一个貌似非常困难的数学问题：下图是由一个个小三角形组成的正六边形棋盘，现在请你用右边的三种（仅朝向不同的）菱形把整个棋盘全部摆满（图中只摆了其中一部分），证明当你摆满整个棋盘后，你所使用的每种菱形数量一定相同。
  


文章末尾提供了一个非常帅的“证明”。把每种菱形涂上一种颜色，整个图形瞬间有了立体感，看上去就成了一个个立方体在墙角堆叠起来的样子。三种菱形分别是从左侧、右侧、上方观察整个立体图形能够看到的面，它们的数目显然应该相等。




为了证明这个原理，通过Pascal进行编程生成不同的菱形布置情况，通过不同的颜色展示，你会发现这个二维铺砖问题变成了一个三维模型生成的问题，而这些模型非常像城市规划或建筑师布置塔楼与裙房方案的试算。还有一个特点就是生成的三维模型不存在上部大而下部小的情况，都是稳定的长方体布置。一个从二维问题变成三维布置的“升维”。

生成填满菱形的正六边形的编程关键在于格子的二维化，我采用二维坐标记录这些三角形格子，有纵横坐标，三种不同填充对应三种相邻关系（奇偶行情况不同），如图所示。

这个问题及其鬼斧神工般的“证明”流传甚广，深受数学家们的喜爱。《最迷人的数学趣题——一位数学名家精彩的趣题珍集》（Mathematical Puzzles: A Connoisseur's Collection）一书的封皮上就赫然印着这个经典图形。在数学中，类似的流氓证明数不胜数，不过上面这个可能算是最经典的了。以下附上动画与相关的图案。