[發明專利]一種新型截半立方體張拉整體結構

有效

• 申請號: 202111065355.5
• 申請日: 2021-09-12
• 公開（公告）號: CN113914470B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 許賢;黃少雄;王雅峰;羅堯治
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E04B1/34
• 分類號: E04B1/34;E04B1/18;E04G21/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發明公開了一種新型的表面由正三角形平面和正方形平面交替拼接的六桿十八索截半立方體球形張拉整體結構，目前尚無表面由正三角形平面和正方形平面交替拼接形成的六桿十八索截半立方體球形張拉整體結構。本發明中的截半立方體張拉整體結構共有12個節點，分別位于截半立方體的12個頂點上；整個結構由內部壓桿以及外部拉索構成，拉索和壓桿均只有一種內力數值。所有節點均為鉸接節點，所有拉索均存在預拉力，所有壓桿均存在預壓力，拉索的預拉力和壓桿的預壓力相互平衡，并且結構形式的穩定性為“超級穩定”。

技術領域

本發明涉及張拉整體結構設計技術領域，尤其涉及一種新型截半立方體張拉整體結構。

背景技術

張拉整體結構是一種由受壓的壓桿和受拉的拉索組成的預應力自平衡體系，該類結構的剛度由預應力提供，其節點位置與構件的連接關系必須滿足預應力自平衡條件。這類體系具有形態優美、輕質、受力合理、形態可控、形式新穎等特點，目前受到各領域研究者廣泛關注，是當前也是今后空間結構的發展方向之一，是結構工程領域中新結構、新材料和新工藝等高新技術的集中體現。

在球形張拉整體的研究領域，往往希望尋求一種結構對稱且內力均勻自平衡的體系。當前已見3根壓桿、4根壓桿、6根壓桿、12根壓桿、14根壓桿以及30根壓桿的張拉整體結構，其中傳統6根壓桿的張拉整體結構是基于二十面體的一種外表面呈現正三角形平面和等腰三角形平面相連形成的球體。目前為止，尚未出現過外表面為正三角形平面和正方形平面采用拉索相連的6根壓桿球形張拉整體結構。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于截半立方體的新型截半立方體張拉整體結構，不同于傳統的六桿二十四索的球形張拉整體結構，該結構體系采用了新的壓桿和拉索布置及連接方式。通過預先設定構件的拉壓屬性，并在構件中引入預應力，結構形成一個自平衡的球形張拉整體體系，同時滿足“超級穩定”的特性，解決了目前球形張拉整體結構中尚未出現過外表面為正方形平面和正六邊形平面采用拉索相連的球形張拉整體結構的問題。

本發明實施例提供了一種新型截半立方體張拉整體結構，包括：

12個節點，分別位于所述截半立方體張拉整體結構中截半立方體的12個頂點上；

6根壓桿；

18根拉索，和所述6根壓桿相交于所述12個節點；

所述18根拉索、所述6根壓桿和所述12個節點共同連接而形成一個類球形多面體，所述類球形多面體表面由所述拉索連接而形成的等邊三角形平面和正方形平面預應力索網。

在一個或多個實施例中，所有節點均為鉸接節點，所有拉索均存在預拉力，所有壓桿均存在預壓力，其中，拉索的預拉力和壓桿的預壓力相互平衡。

在一個或多個實施例中，每個節點連接1根壓桿及3根拉索，拉索和壓桿均只有一種預應力數值，拉索的預拉力F_c與壓桿的預壓力F_s數值比為F_c:F_s＝0.5774:-1.0000。

在一個或多個實施例中，所述類球形多面體的外表面的平面均由所述拉索組成，所述類球形多面體中三角形平面一共有兩種基本形式而正方形平面有一種基本形式，其中，三角形平面分為由三根拉索組成的閉合正三角形平面和由兩根拉索組成的開口正三角形平面，正方形平面均為由三根拉索組成的開口的正方形，所述類球形多面體中外表面的正三角形平面一共有8個，其中，8個正三角形平面包括2個閉合正三角形平面和6個開口正三角形平面，而所述類球形多面體中正方形平面一共有6個，其中，6個正方形平面均為開口正方形。

在一個或多個實施例中，所述類球形多面體中的拉索和壓桿均只有一種長度數值，若12個節點所處的截半立方體邊長為L，拉索長度為L_c＝L，壓桿長度為