1、課題背景       

 隨著空間結構的不斷發展，結構形式復雜多樣，結構中構件的力學性能更加復雜。自1991 年 德 國 Stuttgart機場樓首次使用樹狀結構以來，這種新型結構以其獨特的力學功能和美學藝術得到了迅 速推廣，已在結構工程中有很多成功應用的實例，美 國 Detroit機 場、卡塔爾國家會議中心、孟買Tote旅館、廣州文化中心黃金樹，蘇州工業園區多功能廳、長沙火車站以及唐山勒泰中心均采用了這種結構。

        樹狀結構是現代典型的輕量化結構設計方案，具有傳力路徑合理、支撐覆蓋范圍廣、可用較少構件形成較大的支撐空間的特點。但是由于形態復雜，結構設計中需要優先解決整體形態設計的問題，即在滿足建筑功能需求的前提下，合理設計樹干高度、樹枝層數、分叉位置及數目、與屋蓋結構的支撐位置等，使各構件布置符合最佳傳力路徑，體現力流從上到下、由低級樹枝向高級樹枝的匯聚過程，最終實現形與力的完美結合。

 INSPIRE為工程師提供了創新設計及快速優化的功能，因此本課題以INSPIRE做為拓撲優化工具，參考相關技術文獻，探索如何利用INSPIRE快速實現樹狀仿生結構的概念設計方法。

2、模型說明

在不影響方法研究的前提下，為了提升計算效率，首先利用簡化的二維平面結構進行課題的問題研究，對比分析了體積約束、最小特征尺寸、地面支撐點個數對拓撲結果的影響，最后利用三維模型驗證了方法的可行性和有效性。二維模型尺寸為5000mmx10000mm，頂面施加均布載荷，地面支撐如下圖所示：

3 拓撲結果

3.1 中間單點支撐拓撲結果：

3.2 單點單側支撐、兩點支撐、三點支撐拓撲結果：

3.3 三維結構樹狀拓撲結果：

        三維模型首先采用圓柱形設計空間，底部中心約束，頂部施加均布載荷，約束體積分數15%，優化目標為結構剛度最大。拓撲結果如圖所示，外形呈現漏斗型，展現了自然的曲線弧度，而內部空心，上端呈樹枝狀支撐，整體拓撲結構為設計工程師提供了創新的設計思路。

4 分析結論

       通過上述分析，可以看出SolidThing在建筑結構創新性研究及設計上應用前景關闊，上述思路方法科應用于建筑大廳中樹狀支承結構，機場航站樓，高速鐵路候車大廳，大型公共活動中心，大型會展中心支撐結構的前期概念方案設計。后續會對創新結構做進一步的優化完善及工程可行性分析。SolidThing高效、可靠是設計師強大的輔助工具。