软件小讲堂 | Karamba建筑力学分析(1):基础介绍

HELLO小伙伴们,又到了每周一次的软件小讲堂。上上个月我通过两篇文章

软件小讲堂 | Kangaroo动力学模拟与膜结构专题(1)软件小讲堂 | Kangaroo动力学模拟与膜结构专题(2))和大家简单介绍了一下kangaroo的基本使用方法与膜结构造型的相关知识。

因为kangaroo主要是让建筑师快速简单的改变受力情况和边界条件,并且通过实时的造型反馈从而让使用者可以通过动力学模拟获取自己满意的建筑造型,所以kangaroo对于建筑师而言并不是用来进行精确的力学计算,并不是算这个梁这个柱子具体受力多少,相反它更多时候是提供给我们一种额外的造型手法-由力生形。

那么如果大家想进行准确的力学计算和结构比对的话,我们就要用到其他一些专门通过有限元计算来进行力学分析的软件,那么这些软件中我个人觉得最适合建筑师的是karamba。所以下面的文章中我们将来一起学习一下如何通过Karamba进行建筑构件的力学模拟。

STEP 1

基础介绍

之所以选择karamba进行介绍,首先是因为它是一款完全内置于GH中的力学分析插件,所以它最大的优势就是交互方便,我们使用Rhino和GH建立的物体可以直接的通过karamba进行力学分析,这样我们就可以避免在其他力学分析软件中会遇到的几何体绘制或者模型导入这样一些麻烦。并且经过多代版本的更新,Karamba整体软件的操作逻辑和工作界面也比较符合建筑师的使用习惯,简而言之就是karamba相较于其他专门的力学计算软件容易上手,它会简单不少。

内置于GH的Karamba
当然客观来说Karamba本身也是有些不足的地方,第一个不足就是在于虽然软件本身的下载是免费的,但是免费版的限制比较大,所以如果大家如果想用karamba来分析一个实际的工作项目的话你是必须要使用付费版本才可以的,当然如果你只是学生阶段想学习了解一下这款软件使用免费版也没啥大问题,不过好消息是karamba最便宜学生版本价格是相对来说比较可以接受的,30欧元可以授权两个设备,如果你们是两个人一起买的话,其实一个人也就100多元。所以个人觉得这并不会对大家的使用产生非常大的影响。
第二个不足之处就在于Karmaba的材料与规范数据库相比于其他专业结构软件比如我们后面也会介绍的AxisVM,会稍微的弱一些,并且一些对应的结构计算功能还不是特别完善,比如非线性分析在karamba里面仍然是一个测试功能,对于线性构件,karamba不能进行变截面设计,也无法直接区分梁和桁架等等。

Karamba截面库对比AxisVM截面库

所以虽然一般情况下karamba满足建筑师的需求是绰绰有余的,但如果大家是想以后走结构计算这条道路,karamba还是不够的,它只能起到一个入门的作用。

STEP 2

下载安装

大家如果想下载karamba的话有两个渠道,一个是food4rhino。(https://www.food4rhino.com/app/karamba3d)

另一个就是karmaba自己的官网(https://www.karamba3d.com/)
对于版本建议大家下载使用的1.32版本(2020年5月20日,karamba发布了最新的1.33版本,但其稳定性还有待证明,所以还是推荐1.32版本),不同版本的karamba差别还是蛮大的,而且互相识别也会有些问题。
下载完成并安装好了之后大家就会获得这样一个免费试用版本,这个版本所有的功能实际上你都是可以使用的,只不过它对于构件的计算数量有严格的限制,参数计算的构件数量不能超过20个。所以构件数量一多就无法计算了。如果大家想取消这样一个限制就需要购买学生版本,进入karamba的官网,点击BUY,购买学生版本。
在这你需要提供一个教育邮箱或者一个普通邮箱和一张学生证.
付费之后,他就会发你一个邮件告诉你购买成功,之后你需要在karamba里面使用license运算器保存机器文件,
再把这个机器文件和你的购买凭证一起发给这个人,最后他就会给你一个license,使用k这里面的loadlicense就可以完成学生版本的注册。
这样你的计算就不会收到构件数量的限制。将K这个运算器连接到panel会显示这样一个学生版本的名称。

大家购买一个学生版本可以注册两台设备,所以如果你们只要在一个电脑上面安装karamba的话也可以两个学生合买。

STEP 3

界面介绍

安装之后我们正式的开始对于karamba这款软件的学习,首先大家使用karamba要注意的第一点就是建议你的Rhino以管理员方式打开,否则你后面很多的分析可能会出现问题。

karamba一共有9个子工具列,加上一个license,运算器数量也是蛮多的,但是对于建筑师来说学习起来并不困难,因为karamba操作逻辑和工作界面是完全符合建筑师的使用习惯。
大家可以设想一下,如果你有一个力学实验室,然后你要分析一个构件的力学性能,那么在实验之前需要记录那些构件参数了?首先要记录构件本身的尺寸材料形状对吧,其次了构件收到的荷载和支撑,那有了这些参数之后就要进行物理实验,最后对结果进行分析,那么这就是一个最基本的力学实验的过程,而我们karamba的布局就是完全按照这样一个力学实验的逻辑来的。Model和Crosssection是用来确定我们构件的几何信息的,比如长度,宽度,截面等等等等,当然model这里面还可以设置支撑点。
那材料则是在material里面进行设置。
荷载则是在load里面进行设置。
而完成了这些前期构件参数的设置之后就要开始正在的力学测试,力学测试在karamba里是这个算法的卷展览。
而计算完成之后进行可视化操作则是result卷展览。
而刚刚提到过的123456这6大部分就是建筑师使用karamba主要会用到的一些功能,0号参数获取,7号导出和8号实用功能我们一般就很少会用到了。考虑到文章长度,今天的教程主要着重于基础概念的讲解,对于实际案例的操作将留到下一期教程进行讲解,敬请期待。
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