模块建筑参数化平面优化及智能化结构设计方法

以五层钢结构模块建筑住宅为例,探索钢结构模块建筑参数化平面多目标优化和结构智能化设计的完整链条.提出一种钢结构模块建筑参数化平面建模和设计方法;依托Rhinoceros&Grasshopper建模平台,编写Python脚本语言实现智能化结构设计;最后结合Ladybug&Honeybee建筑能耗性能模拟插件和Karamba有限元结构设计插件以及Octopus数据处理平台,基于建筑总能耗和结构用钢量2个目标分别对建筑平面不同房间长宽尺寸和结构构件尺寸进行设计和优化,生成满足结构承载力要求的Pareto最优解集,得出各参数变量与目标函数的相关性系数.     

基于生命周期评估方法的不同材料建筑物环境影响分析

基于生命周期评估方法(Life Cycle Assessment),本文对一教学楼以"相同的建筑平面与面积、相同的服务功能、满足基本安全与经济目标"原则,分别采用木结构、混凝土结构和钢结构进行设计.根据建筑设计方案,采用Athena Eco-calculator清单模型计算三种建筑物在不考虑使用阶段运行能耗的生命周期内对环境的影响指标,包括能源消耗、原材料使用量、温室效应、酸雨、对人类呼吸健康的影响、水污染、臭氧损耗、光化学烟雾效应等,得出:木结构作为天然有机材料,建筑能耗、对人类健康的影响和生态破坏均比混凝土结构和钢结构低,体现了环境友好性.     

基于能耗与成本目标的新疆高校教学建筑设计优化

建筑设计参数对建筑运营过程中的能耗和成本有着重要的影响,而新疆冬季严寒且漫长,使得该地区建筑能耗及运营费用高于其他地区。因此,本文利用离差最大化法结合正交试验设计,以某教学建筑为例,考察了在新疆4个热工分区的典型城市气象条件下,包括中庭面积比、天窗面积比、不同立面的窗墙比、外围护保温层厚度、外窗类型等8个设计参数对建筑能耗和全局成本的影响,并通过综合考虑建筑能耗和全局成本目标,确定最佳的建筑设计方案。研究结果表明,在4个典型城市气象条件下,最佳设计方案可以实现建筑节能10.47%～13.48%,全局成本降低32.62～62.91元/m²。研究有助于设计者选择适用于该地区的最佳设计参数,从而实现建筑的节能目标。     

基于三维VOF方法研究上室体型对调压室涌浪的影响

为了探究上室体型对调压室内最高涌浪的影响,基于三维VOF方法,对某水电站机组甩全负荷工况下调压室内的涌浪过程进行数值模拟,验证了数值模拟方法的可靠性.研究结果表明:在地形结构等条件允许的情况下,上室断面积越大,调压室内最高涌浪越低.相同断面积的上室,调压室内最高涌浪随长宽比增大而升高,但涨幅不大.当长宽比L/B=8.6时,最高涌浪降低0.07m.本文研究结果为调压室内涌浪过程优化提供依据.     

单曲面网架结构的参数模型研究

通过建立逻辑分析与归纳的方法,在Grasshopper参数化设计软件平台的应用基础上,研究并初步建立了单曲面钢结构平面网架的形体结构参数模型,介绍了在初步设计中对模型进行动态参数控制的方法,为实现建筑设计周期中的协同工作奠定了基础,具有实践意义.     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能试验

采用正交组合的方法制作了9根高强冷弯矩形钢管混凝土柱模拟在地震作用下构件的破坏模式、变形承载能力、延性与耗能性能以及刚度强度退化。实验设计变化参数有:截面长宽比、钢管宽厚比、轴压比。分析了高强冷弯钢管混凝土柱在拟静力荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线。研究各基本参数对钢管混凝土柱抗震性能的影响。结果表明:在拟静力荷载作用下,构件的滞回曲线大部分比较饱满,呈现出梭形,显示出构件具有优良的抗震性能。长宽比在一定范围内,轴压比越大,构件承载力越好,延性越差,宽厚比的影响相对较小;对于宽厚比相同的构件,长宽比越大,承载力越大,轴压比的影响相对较小;对于轴压比相同的构件,在一定范围内,长宽比越小,承载力越大,宽厚比越小;长宽比和宽厚比对试件的屈服位移影响显著;长宽比、宽厚比和轴压比对位移延性系数没有显著影响,但各因素对位移延性系数的影响主次关系为钢管宽厚比截面长宽比轴压比。     

气流干燥器的优化设计

应用最优化技术进行气流干燥过程分析与干燥器优化设计。提出能耗最低的空气预热温度、入口气速、固气负荷比等最优操作条件．以干燥器直径、高度、预热温度、气体速度及气固比５个因素、５个水平的正交实验，进行计算机模拟，实现了干燥器尺寸设计与操作条件的同时优化，并得到各因素对干燥过程能耗、热效率、物料处理量与终湿含量等技术经济目标的显著性影响顺序．     

建筑体形参数与外扰因素影响下冷负荷的相关性分析

在不考虑内扰对建筑冷负荷的影响下,通过对上海地区12座矩形建筑进行模拟分析,得出不同体形参数与建筑单位体积冷负荷的关系,提出用单位体积冷负荷指标作为建筑冷负荷指标的方法。研究结果表明:在同一朝向下,建筑单位体积最大冷负荷与窗墙面积比呈线性关系,且不同的窗墙面积比对应的峰值负荷在1 d内出现的时间相同;同时,单位体积最大冷负荷与建筑体形系数呈线性关系,与建筑尺寸呈反比关系。     

购物中心被动设计节能潜力的标准化模拟

通过标准化的建模及模拟,对购物中心被动设计在方案阶段的节能潜力展开量化评价。以寒冷地区为例,提取出具有典型气候特征的3种购物中心标准几何模型和运行参数;并选取Grasshopper和EnergyPlus分别作为参数化建模和能耗模拟软件;同时,从场地、建筑和围护结构3个层面,总结出影响购物中心节能潜力的24个被动设计参量;最终通过模拟得到24个被动设计参量在3种标准模型中的节能潜力及排序。结果表明：入口风速、走廊空间、天窗面积比和屋面传热系数是影响寒冷地区购物中心节能潜力的4个重要设计参量,此结果可为设计师在方案阶段进行建筑优化设计提供量化指导。     

新疆寒冷地区外窗对住宅能耗的影响

外窗性能在节能方面具有至关重要的作用,但对新疆寒冷地区的相关研究较少,外窗对能耗影响因素的模拟研究很有必要性,能为完善建筑设计、建筑节能提供数据基础。本文以和田地区某典型多层住宅建筑为研究对象,采用Sketch Up建立建筑模型,运用Energy Plus模拟研究外窗对住宅能耗的影响,分别从窗墙比、玻璃材料、窗框材料方面对比分析了住宅建筑能耗的变化趋势,得出新疆寒冷地区住宅建筑外窗的最佳设计方案。研究结果表明:在保证采光和通风的条件下尽量减小北向窗墙比,并且使其小于0.4,南向窗墙比可以适当增大,但不大于0.6;当南向窗墙比为0.5时建筑能耗最小;玻璃材质选择其中一层为Low-E的双层玻璃时节能效果最佳,且此时南向窗墙比可增至0.6;窗框材质选择塑钢时,整个建筑能耗最小。     

现代办公建筑的主要空间类型与能耗分析

办公建筑生态节能建筑的设计主要从单体建筑设计和整体环境规划两个方面展开。本文主要对单体建筑设计进行研究,由于不同的功能要求,形成多样的空间组合,同时也反映出不同的建筑体型以及平面形态影响建筑能耗得失的基本情况,因此,空间类型设计不但是整个建筑设计的第一步,而且也是绿色建筑设计的关键所在。     

寒冷地区近零能耗建筑参数优化研究

针对寒冷地区近零能耗建筑的围护结构在夏季会增加室内制冷能耗的问题,提出在夏季和过渡季采用空调与自然通风系统相结合的节能方法,运用EnergyPlus软件模拟研究窗墙面积比、外窗太阳得热因数、窗户传热系数、外墙传热系数、外遮阳悬挑梁长度等5个参数对建筑能耗的影响,通过正交试验确定最优因素水平组合.研究结果显示,优化建筑与既有建筑相比,全年供暖制冷综合能耗可节约43.7%.     

防冲锚杆索吸能构件合理螺纹参数确定

针对传统矿用锚杆锚索无法实现让压吸能的不足,为设计出满足防冲吸能要求的组合式锚杆索,对防冲吸能锚杆索的吸能构件中不同螺纹尺寸进行数值模拟研究,以确定满足设计要求的最优螺纹尺寸组合.利用ANSYS软件进行前处理、LS-DYNA进行求解计算,正交试验法进行结果分析,研究不同尺寸内螺纹吸能效果,考察各个因素对工作阻力的影响.结果表明:对构件工作阻力影响最大的参数是螺纹厚度,其次是螺距,最后是螺纹剪切高度.螺纹厚度越大,构件的工作阻力越大;螺距越大,构件的工作阻力越小;剪切高度为3 mm时,构件工作阻力最大;利用正交试验分析,得到满足设计要求的吸能构件螺纹最优尺寸为螺距10 mm,螺纹厚度4 mm,剪切高度3 mm.     

自保温混凝土-秸秆复合砌块热工性能研究

稻草秸秆作为一种新兴的绿色可再生建筑材料,在农村建筑节能开发中具有广阔的应用前景.设计了一种自保温混凝土-秸秆复合砌块,组成方式为在混凝土小型空心砌块孔洞中填充秸秆芯材.根据传热学基本理论对秸秆填充率分别为30%,35%,40%,45%,50%且长宽比不同的15组混凝土-秸秆复合砌块模型进行热工性能理论计算与模拟.研究结果表明:新型复合砌块的热工性能随着秸秆填充率的增大而加强;秸秆芯材横截面长宽比对复合砌块的传热系数影响很大,长宽比越大,传热系数越小,热工性能越好;当秸秆填充率为50%,且秸秆芯材横截面长宽比在规定范围内最大时,复合砌块热工性能较好,传热系数为0.851 W/(m2·K),保温性能远远好于相同尺寸下未填充秸秆芯材的混凝土小型空心砌块,建筑节能率达到56.2%,充分体现出该新型复合砌块的优越性.     

高层住宅中庭结构特性对其自然通风影响研究

运用Airpak软件对高层住宅建筑中庭断面尺寸等结构特性,文章对其自然通风的影响进行了数值模拟研究和实验验证.在同一建筑平面结构条件下,分别选用30、39、48、57、66及75 m等不同高度的住宅建筑为研究对象.同一建筑高度对应选用6个不同尺寸的矩形中庭,分别对其热压通风进行了数值模拟研究.研究结果表明:同一建筑高度下,中庭断面尺寸大的高层住宅建筑热压通风效果好;建筑高度每增加1 m,矩形中庭边长尺寸需增大0.043 m才能满足热压通风下的各住户室内热舒适环境.     

室内火灾烟气层高度的理论与模拟研究

通过对室内火灾中烟气层质量守恒方程的求解,得出了烟气层稳定高度的数学表达式,分析了影响烟气层下降速度和稳定高度的因素,并运用CFAST区域模型进行了数值模拟。结果表明,室内火灾烟气层下降到一定高度将达到稳定,下降速度和稳定高度与火源大小、房间几何尺寸等因素有关;火源功率越大、房间面积越小、通风口越小,烟气层下降速度越快;房间面积和房间高度越大、通风口越小,烟气层的稳定高度越小,改变火源如果引起烟气净累积量增加则稳定高度减小,反之,稳定高度将增大。     

建筑开口对自然通风效果及建筑能耗影响模拟分析

 通过Airpak软件模拟建筑开口对自然通风效果的影响,通过计算流体力学(CFD)方法和能耗模拟软件DesignBuilder模拟建筑开口对建筑能耗的影响情况。以长沙典型年气象数据为基础,分析了不同朝向和开口位置对建筑自然通风效果和能耗的影响。最后,综合自然通风效果与建筑能耗大小,提出了新的建筑设计综合评价指标,利用这个指标对不同方案下的建筑进行了计算,得出建筑朝向与开口位置最优组合方式。     

考虑螺距时有限长超导螺线管电流磁场的分布

应用数值模拟方法 ,分析了疏松型超导螺线管电流轴线外的磁场与螺距、长宽比、管内位置的变化关系 .计算结果表明 ,当螺距较大时 ,其磁场分布与密绕螺线管电流的磁场 (均匀磁场 )分布相差很大 ,磁场在空间各个方向都有分量 ,螺距越大 ,长宽比越小 ,垂直于轴线方向的磁场分量越大 ;但当螺距较小 ,长宽比较大或距螺线管中心较近处 ,磁场几乎与密绕螺线管电流产生的磁场相当 ,可用密绕螺线管电流轴线上磁场的简单公式来近似     

建筑间行人高度处的风环境设计

为使用简单的方法对居住区的风环境进行评价,采用CFD软件模拟,运用正交试验的方法选取模拟的工况.根据模拟的结果,推导出建筑尺寸、建筑间距与建筑通道间行人高度处最大风速比的函数关系式,并且进行实例验证.验证表明:该方法简单可行,对建筑师进行风环境设计具有较好的辅助作用.     

浅议城市中的再生风环境

本文从一个案例出发,浅议城市中再生风的产生、危害,与城市中建筑形体环境的关系和一些模拟试验的方法,力图从建筑设计和城市规划的角度提出对策。