近年来，为强化公司科研实力，中南建院针对专利工作进行顶层设计、系统布局，为员工的专利申请提供了从专利挖掘、递交、授权、奖励的一揽子服务，公司发明申请数量持续高速增长。
近日，中南建院又有6项发明专利喜获授权，涵盖结构设计、暖通能耗、数字仿真、参数化辅助设计等多个领域。
6项发明专利授权一览表
序号 | 发明专利名称 | 发明人 |
1 | 一种兼具承重与耗能双重功能的分段式钢筋混凝土连梁的设计方法 | 李霆;张慎; 刘沛林;陈焰周 |
2 | 一种基于围护结构蓄热系数的建筑累积效应因子确定方法 | 张亚男 |
3 | 基于WRF和XFlow耦合的多精细度融合污染物扩散分析方法 | 张慎;程明; 王义凡 |
4 | 一种基于Grasshopper的空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法 | 张慎;尹鹏飞; 李霆 |
5 | 台风作用下考虑流固耦合效应的建筑结构抗风分析方法 | 张慎;王义凡; 程明;王杰 |
6 | —种双曲面幕墙的优化设计方法 | 张慎;李霆;尹鹏飞;辜文飞;刘武;程辉;杨浩 |
1
一种兼具承重与耗能双重功能的
分段式钢筋混凝土连梁的设计方法
专利号：ZL201910127601.1
专利简介
本发明为一种兼具承重与耗能双重功能的分段式钢筋混凝土连梁的设计方法。专利所述的分段式连梁由耗能段和加强段两部分组成，加强段梁高比耗能段梁高要高，两者高度差为250mm～400mm。这种分段式连梁不仅可以解决实际工程中楼盖主梁不宜搁置在核心筒或内筒的连梁上这一问题，兼具承重与耗能双重作用，同时在不影响建筑吊顶净高的前提下利用连梁的高度差作为设备管线的通行空间。
分段式连梁示意图
加强段则可按悬臂梁状态独自承担楼面梁荷载，在设防地震作用下不屈服，在罕遇地震作用下承载力不明显降低，实现连梁在大震下的承重功能。耗能段允许在设防地震下发生屈服，甚至在大震下发生严重破坏，从而实现连梁在设防地震及罕遇地震作用下的耗能功能。
塑性应变云图
以某项目实际应用为例，标准层在应用该专利技术后相较传统结构布局更加规整，施工更便利，材料更节约，设备易安装，建筑空间划分也更加规整、整体而言比传统布局具有更好的经济性和空间利用率。
传统标准层梁布局与应用专利技术后的标准层梁布局
该项发明技术在湖北国展中心广场等多项工程实践中应用，不仅为业主节约数百万元预算，同时也为公司赢得了良好声誉。
发明专利应用示范项目-湖北国展中心广场
2
一种基于围护结构蓄热系数的
建筑累积效应因子确定方法
专利号：ZL202110680422.8
专利简介
本发明通过反应系数法与热平衡方法量化了围护结构蓄热引起的空调负荷波动值，并极具创新性的将其定义为累积效应负荷因子。通过对累积效应因子与围护结构实际蓄热系数的回归分析，在实际运用中极大的简化了材料蓄热对空调负荷的影响分析过程。本发明可为设计人员节约计算时间，且相比于传统谐波反应法，本发明对空调蓄热负荷的计（估）算更为准确。
模型概念图
3
基于WRF和XFlow耦合的
多精细度融合污染物扩散分析方法
专利号：ZL202110394304.0
专利简介
本发明专利为一种基于WRF（Weather Research and Forecasting）和XFlow耦合的多精细度融合污染物扩散分析方法。传统的CFD（Computational Fluid Dynamics）环境分析以XFlow为例，存在大气边界条件和污染物源边界假定不明确、建模难度大、难以考虑真实天气等局限性。
XFlow模拟图
而该发明专利提出的基于中尺度气象预报模式WRF大气数值模拟方法，能够对城市区域进行模拟分析，给出城市区域的风场。然而中尺度气象预报模式的空间分辨率一般在1km量级以上，难以真实描述城市近地面和建筑物区域的风场特性。
利用城市气象数据库开展城市级WRF分析
该专利技术采用了多精细度耦合机制,即在城市级三维污染物扩散分析模型中,将建筑物微尺度污染物浓度代表值升尺度为城市级模型的污染源入口边界条件,将WRF中尺度三维气象驱动场降尺度为城市级模型的初始条件和大气边界条件；最终进行城市污染物扩散多精细度融合计算,并根据计算结果进行污染物定量评估。
多精度融合污染物扩散分析
该分析方法,既能考虑气象因素的城市级污染物扩散过程,还能够考虑建筑物室内微尺度污染物扩散过程,从而实现城市级和建筑级的多精细度融合污染物扩散模拟。该发明专利技术原理已经在公司雷神山医院项目中得到应用及验证。未来将为垃圾处理工厂、传染病医院等存在污染物排放的重大工程项目的科学选址决策提供可视化直观的数字仿真模拟和数据支撑。
基于专利技术的雷神山污染物仿真模拟动图
4
一种基于Grasshopper的
空间圆钢管相贯焊节点参数化建模方法
专利号：ZL202010022832.9
专利简介
钢管结构是当前建筑中常会选用的结构形式，其中相贯焊节点是常用的节点形式。在钢管结构设计中除了对整体结构进行计算分析外，还需对部分节点进行有限元分析，以验证节点承载力是否足够。传统方式中需要ABAQUS中手工建立对应模型，十分繁琐。本发明方法采用Grasshopper软件编制钢管相贯节点参数化建模程序，通过输入圆管中轴线和截面尺寸来快速建立节点三维模型。
专利原理图
将圆钢管相贯节点曲面模型以.iges格式导入有限元分析软件ABAQUS中得到有限元壳模型，根据此模型可进行后续计算分析操作。可大大提高节点三维模型的建模速度和准确性，提高设计效率。
5
台风作用下考虑流固耦合效应的
建筑结构抗风分析方法
专利号：ZL202110439793.7
专利简介
大跨空间结构和高层建筑在各种风气象作用下会发生不同程度的流固耦合现象。所谓流固耦合现象，即风速流场产生的结构表面风力会使结构产生振动，同时结构振动又会影响流场变化，从而改变作用在结构表面的风力。当流固耦合作用持续增强时，结构振动现象将明显增大至失稳，影响结构舒适性和安全性。
膜结构和高层住宅风振
国内外研究学者针对风场特性、结构动力特性以及结构风振位移开展了大量研究工作。其中，基于气动弹性风洞试验研究在实际建筑流固耦合分析中应用最为成熟，但存在缩尺比带来的雷诺数问题、气动弹性模型制作复杂和试验难度大等不足之处。
建筑风洞试验
本专利方法主要为对于流固耦合的应用，并且将XFlow与Abaqus的相结合。相较于传统仿真技术，该发明的优势主要在：1.准确性，XFlow是具有高保真度的CFD分析软件，可以使用真实的几何模型，无需或者只需很少的简化或者修改，Abaqus的精度也是在各个行业都被认可的。2. 紧密性，Abaqus/XFlow协同仿真提供了无缝环境，可以执行单向或双向模拟，甚至可以做紧密耦合的刚性FSI(Fluid-Structure-Interaction)问题。3.易用性，XFlow 求解器受益于无网格方法。它能够处理大型变形FSI问题，为我们提供独特且易于使用的工作流程。
利用该专利技术对赛格大厦的流固耦合风振模拟
目前，全球范围内极端天气频发，建筑物结构更易于受到强风的影响，建筑结构的涡激共振不仅影响到结构的安全性，还会降低建筑舒适性，甚至造成公众心理恐慌，本发明专利技术的授权，标志着公司掌握了流固耦合分析结构风振的重要手段，将为公司更多工程实践提供结构设计优化的智能化辅助手段。
6
—种双曲面幕墙的优化设计方法
专利号：ZL201911230348.9
专利简介
大量非线性建筑设计导致建筑幕墙越来越多的采用了双曲面造型的幕墙面板，然而相较于平面幕墙板和单曲幕墙板而言，双曲幕墙板加工难度大、造价高、施工安装难度大，因而需要在设计中尽量减少双曲板的出现。目前常用的幕墙优化方法是在幕墙板块分割好后对单块双曲板进行优化处理，但是该处理方式只能在一定精度范围内将双曲板优化成单曲板，优化效果有限，且优化后的单曲板块与原双曲板会存在一定偏差，从而与相邻板块间存在一定程度的缝隙，影响建筑效果。
实际工程中优化的偏差
本发明的双曲面幕墙优化设计方法是根据双曲面建筑表皮的三维模型的曲面形态构建轨迹线和断面线两条相交控制曲线，并根据这两条相交控制曲线建立参数化曲面模型。通过优化算法改变轨迹线和断面线的控制点坐标获得多个新曲面，通过计算新曲面与原曲面的偏离值，选出偏离值最小的新曲面作为最优曲面；提取原双曲面的边界线，沿最优曲面法向拉回到最优曲面后切割最优曲面，得到优化后的建筑表皮。
双曲面幕墙的优化设计方法流程图
以实际工程为例，可以清楚的看到原有的玻璃曲面通过该算法优化后的幕墙系统曲率云图分布更加均匀。
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原玻璃曲面与优化后玻璃曲面
该发明算法可以在幕墙板块分割前对建筑曲面进行优化处理，提高曲面质量，然后将优化后的曲面直接分割成单曲面板块，从而实现用单曲面板块拟合双曲面建筑表皮的目的。该发明不仅降低了幕墙板块加工难度和幕墙造价，同时也消除了板块间的翘曲缝隙，保证了建筑实施效果。目前该专利技术已经在武汉市轨道交通8号线徐家棚站配套综合开发项目等多个在建工程中应用。
应用项目效果图
本次新获授权的6项发明专利，进一步提升了中南建院的发明专利持有数量。公司目前还有二十余项发明专利正在实质性审查阶段中。
中南建院将一如既往地重视专利等知识产权保护，以科技创新催生新发展动能，为公司科技转化、高新企业维护、高质量发展提供有力支撑。
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