【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑工程中的大跨度空间结构设计领域，具体涉及一种圆形平面混合式索桁架结构的找形方法和系统。
技术介绍
1、索桁架结构由于其自重轻、结构效率高和施工方便等原因，被广泛应用于大型体育场的屋盖结构体系。索桁架结构由上、下两层索网，以及中间杆件(竖杆或吊索)组成。索桁架需要对索和杆施加预应力才具备刚度，以达到承受外荷载的目的。因此，索桁架结构设计中的最大挑战在于确定预应力分布以及相应的形状，这个过程称为找形分析。
2、此外，常见索桁架结构在结构形式上，其上下弦索一端相交于一点，另一端相交于竖杆；而混合式索桁架结构的上下弦索在两端均交于一点，混合式索桁架结构的上下弦索在内圈相交于内圈环索，在外圈相交于支座。
3、目前，用于对索桁架结构进行找形分析的方法主要有力密度法、动力松弛法、奇异值分解方法、有限元方法等。但是这些方法往往需要通过特定的大型商业软件来进行找形分析，使得相应求解过程较为复杂。此外，有些方法在找形过程中无法考虑结构自重的影响，导致索桁架结构由于无法考虑结构自重，而使得预应力状态下结构形状较初始形状出现较大偏差。
4、因此，需要一种高效和精确地确定考虑结构自重作用下混合式索桁架结构的预应力及相应的形状的方案。
技术实现思路
1、本申请的一个目的是提供一种圆形平面混合式索桁架结构的找形方法和系统，用以解决现有技术下混合式索桁架结构在预应力状态下，结构形状较初始形状出现较大偏差的问题。
2、为实现上述目的，本申请的一些实施
3、步骤1：将混合式索桁架结构拆分为内索桁架结构和外索桁架结构；不考虑结构自重，根据初始条件下内环索的预应力h0和上环索的预应力hk0计算所述内、外索桁架结构初始形状的预应力分布；
4、步骤2：根据所述初始形状的预应力分布为索和杆选择合适的截面，将索和杆的重量均分到杆件两端节点上，计算索杆自重等效节点荷载fi和fi'；
5、步骤3：计算所述内索桁架结构上弦索预应力ti和吊索预应力vi；
6、步骤4：计算内索桁架结构下弦索预应力bi和下弦索与水平面的夹角βi，并计算下环索节点k0'的竖向坐标zk0'；
7、步骤5：判断zk0'与初始坐标的变化值，如果所述变化值不大于0.001米，则进行下一步，否则，调整β1，并更新fi和fi'，返回步骤3重新计算，直至zk0'的竖向坐标变化值不大于0.001米；
8、步骤6：判断下弦索其他节点竖向坐标的变化值，如果满足精度要求，则所述内索桁架结构找形分析完成，否则，调整初始条件下的下弦索与水平面的夹角β1，并更新fi和fi'，返回步骤3重新计算；
9、步骤7：计算所述外索桁架结构上弦索预应力tki、竖杆预应力vk0和吊索预应力vk(i-1)；
10、步骤8：计算所述外索桁架结构下环索预应力hk0'、下弦索水平夹角βki和下弦索预应力bki，并计算支座节点竖向坐标zkj；
11、步骤9：判断zkj与初始坐标的变化值，如果所述变化值不大于0.001米，则进行下一步，否则，调整βk1，并更新fki和fki'，返回步骤7重新计算，直至zkj的竖向坐标变化值不大于0.001米；
12、步骤10：判断下弦索其他节点竖向坐标的变化值，如果满足精度要求，则所述外索桁架结构找形分析完成，否则，调整βk1，并更新fi和fi'，返回步骤7重新计算。
13、进一步地，所述步骤3中计算内索桁架结构上弦索ti和吊索预应力vi，其计算公式如下：
14、当i＝1时：
15、当i≥2时：
16、式中，αi和β1为已知量。
17、进一步地，所述步骤4中计算内索桁架结构下弦索预应力bi和下弦索水平夹角βi，并计算下环索节点k0'的竖向坐标zk0′，其计算公式如下：
18、当i＝1时：
19、当i≥2时：
20、
21、式中，z1为节点1竖向坐标，δli为下弦索节点i与i+1之间的水平距离；当j＝k0'时，计算结果为zk0’的竖向坐标值。
22、进一步地，所述步骤6中下弦索其他节点竖向坐标的变化值δzi’逐步收敛至一个小值，表示为：
23、δzi′＝zi′，n-zi′，n-1≤1×10-3m
24、式中，zi′，n为第n步迭代计算的节点i′的竖向坐标。
25、进一步地，所述步骤7中计算外索桁架结构上弦索预应力tki、竖杆预应力vk0和吊索预应力vk(i-1)，其计算公式如下：
26、
27、vk0＝-tjsinαj-tk1sinαk1-fk0
28、tki＝tk(i-1)cosak(i-1)/cosαki
29、vk(i-1)＝tk(i-1)sinαk(i-1)-tkisinαki-fk(i-1)
30、式中，αki为已知量；另外，将βk1、tj以及上环索的预应力hk0设为初始条件。
31、进一步地，所述步骤8中计算外索桁架结构下环索预应力hk0′、下弦索水平夹角βki和下弦索预应力bki，并计算支座节点kj的竖向坐标zkj，其计算公式如下：
32、
33、
34、式中，将bj设为初始条件；δlki为下弦索节点k(i-1)′与ki之间的水平距离。
35、进一步地，所述步骤10中下弦索其他节点竖向坐标的变化值δzki’逐步收敛至一个小值，表示为：
36、δzki′＝zki′，n-zki′，n-1≤1×10-3m
37、式中，zki′，n为第n步迭代计算的节点ki′的竖向坐标。
38、另一方面，一种圆形平面混合式索桁架结构的找形系统，该系统包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该系统执行上述圆形平面混合式索桁架结构的找形方法。
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1.一种圆形平面混合式索桁架结构的找形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中计算内索桁架结构上弦索Ti和吊索预应力Vi，其计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤4中计算内索桁架结构下弦索预应力Bi和下弦索水平夹角βi，并计算下环索节点k0'的竖向坐标Zk0′，其计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤6中下弦索其他节点竖向坐标的变化值ΔZi’逐步收敛至一个小值，表示为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中计算外索桁架结构上弦索预应力Tki、竖杆预应力Vk0和吊索预应力Vk(i-1)，其计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤8中计算外索桁架结构下环索预应力Hk0'、下弦索水平夹角βki和下弦索预应力Bki，并计算支座节点kj的竖向坐标Zkj，其计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤10中下弦索其他节点竖向坐标的变化值△Zki’逐步收敛
8.一种圆形平面混合式索桁架结构的找形系统，该系统包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该系统执行权利要求1至7中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种圆形平面混合式索桁架结构的找形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中计算内索桁架结构上弦索ti和吊索预应力vi，其计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤4中计算内索桁架结构下弦索预应力bi和下弦索水平夹角βi，并计算下环索节点k0'的竖向坐标zk0′，其计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤6中下弦索其他节点竖向坐标的变化值δzi’逐步收敛至一个小值，表示为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中计算外索桁架结构上弦索预应力tki、...
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