摘要：基于Ameba软件，对三种不同的木结构框架初始模型进行拓扑优化，并对拓扑优化方案的结果进行形状优化和尺寸优化，获得外形仿生、便于加工的结构形态。

根据需求，使用Ameba软件设计一款木结构框架。基本平面尺寸为2mx2m，高2.5m，材料为胶合木，结构形式为拓扑优化框架，使用机械臂进行木构件的加工；金属板件和玻璃将木框架围合成封闭空间。

通过优化，抠除应力较小位置的材料，留下主要受力构件，使整体为异形的生长型结构。

如下为意向图：

拓扑优化的分析流程如下：

• step1: 创建并拾取几何模型

• step2: 定义支座约束

• setp3: 施加荷载

• step4: 设置优化参数

• step5: 选择材料

• step6: 自动生成前处理文件

• step7: 求解计算

• step8: 结果显示

3.1 拓扑优化方案1

3.1.1 初始模型1及找形结果

▲图3.1 初始模型1

▲图3.2 初始模型1拓扑优化结果

3.2 拓扑优化方案2

3.1.2 初始模型2及找形结果

▲图3.3初始模型2

▲图3.4 初始模型2拓扑优化结果

3.3 拓扑优化方案3

3.1.3 初始模型3及找形结果

▲图3.5 初始模型3

▲图3.6 初始模型3拓扑优化结果

4.1 拓扑优化模型

比选三种找形方案，从设计、加工、美观等几个方面考虑，经双方讨论选用方案三的结构形态作为最终的结构设计方案。

4.2 形状优化及尺寸优化

对初始拓扑优化模型进行合理的调整；对边缘、构件连接处采取光滑过渡，进一步降低应力集中；同时考虑了结构形态的简捷性、美观性及易加工性，便于批量生产，最终优化模型如下所示。

设置木结构框架力学性能参数，对其进行强度校核:

参考GB/T50708《胶合木结构技术规范》普通层板胶合木花旗松-落叶松TC15A强度等级材料；

荷载考虑结构自重和深圳当地风荷载。