行業(yè)：建筑

    挑戰(zhàn)：找到一種能夠承受標(biāo)準(zhǔn)載荷作 用力的貝殼狀結(jié)構(gòu)形態(tài)。

    Altair 解決方案：通過設(shè)計(jì)優(yōu)化方法給出建筑屋頂 加固的理想布局建議。

    優(yōu)點(diǎn)：識別高應(yīng)力區(qū)域 ；加固區(qū)域可照顧到機(jī)電系統(tǒng) ； 建筑結(jié)構(gòu)的剛度得以提升

    背景介紹 

    學(xué)習(xí)環(huán)境的質(zhì)量，尤其是采光、空間和聲響等方面，切實(shí)影響著我們的 學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。鑒于這一點(diǎn)，F(xiàn)uture Systems 建筑公司率先進(jìn)行了 “未來教室”的開發(fā)。

    他們的目標(biāo)是打造高品質(zhì)教室，讓孩子和成人能夠在一個(gè)賞心悅目、充滿靈感 的環(huán)境中享受學(xué)習(xí)樂趣。此類教室打破了教師和學(xué)生的傳統(tǒng)角色定位，旨在激發(fā)學(xué) 生的創(chuàng)造力和想像力。

    學(xué)生們可以在這樣的教室里相互協(xié)作，以富有創(chuàng)造性的方式使用各種各樣的新 技術(shù)。該基礎(chǔ)設(shè)施將盡量“面向未來”，教師和學(xué)生可以攜帶通信設(shè)備進(jìn)入教室， 并將這些設(shè)備連入樓宇系統(tǒng)。

    學(xué)生們可以在教室的任何位置展示他們的成果，教室內(nèi)外之間將建立起真正的 連接。部分遮蔽的露臺可用于進(jìn)行表演或者個(gè)人/小組學(xué)習(xí)，而無論是在露臺上還是 在室內(nèi)，都可以借助無線技術(shù)來使用 ICT 服務(wù)。

    教室將按照高標(biāo)準(zhǔn)采用玻璃鋼(GRP)進(jìn)行預(yù)建造，不僅高效節(jié)能、持久耐用， 而且具有出色的可復(fù)制性。    

    挑戰(zhàn) 

    設(shè)計(jì)范圍包含一個(gè)由衛(wèi)生間、衣帽間和儲藏室等房間組成的服務(wù)區(qū)、一個(gè)通過 屋頂通風(fēng)窗進(jìn)行采光的大型弧形教學(xué)區(qū)，以及一面對著露臺方向的玻璃幕墻。該建 筑的環(huán)境控制策略充分利用了自然通風(fēng)和日光照明。

    橢圓形的外包層使建筑可以保持較少的物化能消耗，并最大程度減小了表面 積，從而盡量降低熱損失。     

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    “借助分析數(shù)據(jù)，Altair ProductDesign 團(tuán)隊(duì)能夠給出機(jī)電系統(tǒng)以及屋頂管道的 最佳布局建議，并對照拓?fù)浣Y(jié)果進(jìn)行調(diào)整以保持一致，從而最大程度提高整體 結(jié)構(gòu)的剛度?！?nbsp;                                                                                                   

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    解決方案

    優(yōu)化教室結(jié)構(gòu)

    拓?fù)鋬?yōu)化是針對給定的設(shè)計(jì)空間，利用有限元分析來確定最佳材料布局的過程，在此過程中，要考慮到多個(gè)設(shè)計(jì)約束。 這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車市場中，用以盡量減少結(jié)構(gòu)組件中所使用的材料。Future Systems 及其結(jié)構(gòu)工程合作 伙伴 Creactive Design 希望探究出是否能夠利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對這個(gè)“世界教室”的創(chuàng)新式多功能屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)加以改良。

    Altair 開發(fā)的市場領(lǐng)先的優(yōu)化軟件解決方案——HyperWorks 仿真技術(shù)中的 OptiStruct 在業(yè)內(nèi)享譽(yù)盛名，因此，Creactive 將合作目光投向 Altair 及其產(chǎn)品設(shè)計(jì)部 Altair ProductDesign，以期他們能夠協(xié)助完成這個(gè)探索性項(xiàng)目。

    Altair ProductDesign 的任務(wù)是確定教室屋頂?shù)哪男┪恢眯枰M(jìn)行加固，以及按照機(jī)電系統(tǒng)的鋪設(shè)走向還應(yīng)在哪些位 置進(jìn)行雙重加固。在屋頂加固作業(yè)中，既要最大程度保證整個(gè)建筑的剛度，又要避免使用過多的材料。

    為達(dá)到這一目標(biāo)，Altair ProductDesign 定義了由恒載和活載組成的關(guān)鍵載荷工況，其中包括屋頂本身重量，以及風(fēng) 載荷、雪載荷等額外載荷和可能發(fā)生的撞擊與使用不當(dāng)。該團(tuán)隊(duì)使用 HyperWorks 開發(fā)出教室結(jié)構(gòu)的有限元 (FE) 模型， 并向其施加了經(jīng)過確認(rèn)的關(guān)鍵載荷工況。 

    最大程度提高屋頂剛度 

    團(tuán)隊(duì)經(jīng)過分析確定了在自重載荷、雪載荷、風(fēng)載荷和使用不當(dāng)?shù)蓉?fù)載條件下，教室結(jié)構(gòu)的哪些區(qū)域所受應(yīng)力最大，并 認(rèn)為弧形外邊緣上用于緊固建筑整體結(jié)構(gòu)的第一組螺栓將承受絕大部分作用力。此外，團(tuán)隊(duì)通過使用 OptiStruct 了解到屋 頂結(jié)構(gòu)中的哪些位置需要使用加強(qiáng)筋才能達(dá)到性能目標(biāo)。 

    借助分析數(shù)據(jù)，Altair ProductDesign 團(tuán)隊(duì)能夠給出機(jī)電系統(tǒng)以及屋頂管道的最佳布局建議，并對照拓?fù)浣Y(jié)果進(jìn)行調(diào)整 以保持一致，從而最大程度提高整體結(jié)構(gòu)的剛度。

    結(jié)論 

    通過在設(shè)計(jì)流程中使用拓?fù)鋬?yōu)化方法，該團(tuán)隊(duì)獲取了寶貴的信息，不但深入了解了結(jié)構(gòu)特性，還使大家更加有信心確 保最終設(shè)計(jì)方案在應(yīng)用于建造過程時(shí)會達(dá)到預(yù)期效果。 

    自從該項(xiàng)目實(shí)施后，“世界教室”已先后落戶于英國倫敦里士滿的 Meadlands 小學(xué)、Grey Court 中學(xué)和 Strathmore 特 殊學(xué)校。  

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