[發明專利]一種張拉整體三棱柱結構及找形方法

有效

• 申請號: 201911033273.5
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110792173B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 尚仁杰;趙奕程;寅志強;楊瀟
• 申請（專利權）人: 中冶建筑研究總院有限公司;中國京冶工程技術有限公司
• 主分類號: E04B1/342
• 分類號: E04B1/342;E04B1/19
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 姜海榮

本發明公開了一種張拉整體三棱柱結構及找形方法，結構包括壓桿和拉桿；3根壓桿的端點形成位于底面的節點A、節點B和節點C，以及位于頂面的節點a、節點b和節點c；3根拉桿的一端分別與節點A、節點B和節點C連接，另一端聚合連接形成節點D；另外3根拉桿的一端分別與節點a、節點b和節點c連接，另一端聚合連接形成節點d；最后3根拉桿的兩端分別連接節點a和節點C、節點b和節點A、以及節點c和節點B；3根壓桿和9根拉桿共形成8個三點相交的節點。本發明提供的結構形成自應力平衡結構，與傳統張拉整體結構相比，每個節點減少一根桿件，結構更加簡潔；本發明提供的方法避免了有限元軟件計算，可直接用紙筆作圖得到。

技術領域

本發明涉及張拉整體結構技術領域，尤其是張拉整體三棱柱結構，更具體的說是涉及一種張拉整體三棱柱結構及找形方法。

背景技術

張拉整體結構(Tensegritystructures)是由一組相互獨立的受壓單元與一套連續的受拉單元相交構成的自應力、自平衡的空間鉸接網格結構體系。張拉整體結構來自于大自然連續拉和間斷壓的客觀規律，其概念最早由Fuller于20世紀六十年代提出，因具有外形美觀、質量輕盈、內力自平衡等優點引起廣泛關注，并試圖將張拉整體結構應用在大跨度空間結構中，但是到目前仍沒有真正的張拉整體建筑結構作品。

現有的張拉整體結構每個節點至少有4根桿件，1根壓桿和3根拉桿，本發明給出的新型張拉整體結構每個節點只有3根桿件，仍能保持結構穩定，形成自應力平衡結構，與傳統張拉整體結構相比，結構更加簡潔。

張拉整體結構中壓桿承受壓力，拉桿只能承受拉力，拉桿也可以用拉索代替。施加預應力后所有拉桿都處于受拉狀態，形成自平衡體系，一旦一根拉桿拉力降低為0，整個結構失去穩定性。

力學和幾何學是密不可分的，張拉整體結構是力學與幾何學的完美結合。張拉整體結構的特點決定了該結構體系的核心問題是找形問題。張拉整體結構找形總體可以分為兩類：運動學方法和靜力學方法，運動學方法的典型方法是動態松弛法，靜力學方法的典型方法是力密度法。在現有找形理論中，主要找形思路是將張拉整體結構的找形問題歸結為求解壓桿最大長度或拉索最小長度的約束優化問題，并運用非線性規劃的方法進行求解，這種方法可以借助非線性規劃這一數學分支的優化軟件完成找形分析。找形作為一種非線性過程，經常是無序的，且找形過程由計算機來完成，缺少直觀性，還會遇到找形過程不收斂等困難。

許多情況下結構找形是根據建筑師對結構造型的要求進行的，也就是需要建筑師參與結構找形。有限元軟件進行分析的找形方法不適宜實際的使用需求。

因此，如何提供一種結構簡潔穩定的自應力張拉整體平衡結構，以及簡單有效的找形方法，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種張拉整體三棱柱結構及找形方法，旨在解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種張拉整體三棱柱結構，包括：壓桿和拉桿；

所述壓桿的數量為3根；3根所述壓桿在三維空間內交錯布置，且端點形成位于底面的節點A、節點B和節點C，以及位于頂面的節點a、節點b和節點c；

所述拉桿的數量為9根；3根所述拉桿的一端分別與所述節點A、所述節點B和所述節點C連接，另一端聚合連接形成節點D；另外3根所述拉桿的一端分別與所述節點a、所述節點b和所述節點c連接，另一端聚合連接形成節點d；最后3根所述拉桿的兩端分別連接所述節點a和所述節點C、所述節點b和所述節點A、以及所述節點c和所述節點B；

3根所述壓桿和9根所述拉桿共形成8個三點相交的節點。