墙体树状骨架结构是将树状结构作为墙体的骨架,不仅承受屋面或楼面传递来的荷载以及墙面自重荷载,而且同时装饰墙体达到视觉美观要求的创新结构。墙体作为表皮结构的一种,其形式往往比较单一,树状结构以其形态优美和受力合理的特点已经在建筑主体结构中应用较多,但将其应用到墙体的实例几乎没有,本文是将树状结构应用到墙体以追求力和美完美结合的一种探索,旨在为表皮结构的发展提供一种新的思路。本文主要开展了下列工作:建立了一种平面墙体树状骨架结构形态创构方法。首先根据分形理论的LS生成方法编制程序,实现可以通过改变任意输入参数生成不同的树状分形图;考虑到平面墙体树状骨架结构的杆件之间不可以出现双层交叉的现象,对树状分形图中重合部分和相交线进行适当处理;为了将树状分形图应用于墙体,根据建筑约束条件适当修改其外部形状,完成墙体树状骨架结构的拓扑关系的确定。其次为了在有限元分析的过程中将墙体所承受的荷载传递到墙体树状骨架结构,根据Delaunay三角剖分的Lawson算法编制程序,实现任意平面的三角网格划分;考虑到对墙面进行Delaunay三角剖分时,需要保持墙体树状骨架结构的形态,在程序中加入二维限定条件。再次从结构应变能和刚度的关系出发,将墙体应变能作为目标函数,推导出节点应变能敏感度的计算公式;根据节点应变能敏感度的特性对墙体树状骨架结构的节点进行逐步调整,使其在外形优美的同时受力更加合理,完成墙体树状骨架结构的形状优化。最后基于墙体树状骨架结构形状优化的结果,根据杆件强度、稳定性和长细比的条件对其进行截面优化,实现材料的高效利用。通过具体的算例分析所建立的墙体树状骨架结构形态创构方法的特点和适用性。在形状优化的过程中,随着整个墙体应变能的下降,墙体的位移变小,墙体树状骨架结构的弯矩和剪力也相应减小,但其轴力基本保持不变;墙体树状骨架结构经过形状优化后可以达到以轴力为主的受力状态,说明了通过分形理论确定的树状拓扑关系是合理的;截面优化使墙体骨架结构的应力均匀。通过改变分形文法中的任意参数可以得到不同的树状分形图,将其做适当处理后即可得到初始单层单主干墙体树状骨架结构,再经过复制平移也可得到多主干、单层和多层结构,本文通过多个算例验证了所建立方法的可行性、合理性、高效性、经济性和通用性。最后给出一些应用实例,说明了研究的意义和价值。