CN102605862B - 索杆式折叠网格结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种索杆式折叠网格结构，由四棱锥基本单元在水平面行和列两个方向相互连接构成，四棱锥基本单元由底面四边形、四条棱边、顶点、四根斜向压杆以及一中央压杆组成，底面四边形由四根拉索构成，四条棱边为斜索，四棱锥基本单元的上表面通过底面四边形的公共边相连接，四棱锥基本单元的顶点通过下弦索相连，每一行或者每一列的所有四棱锥基本单元中，在同一个平面上的斜索连接为一根主动索。索杆式折叠网格结构不需要通过减少构件的数量就可以使体系成为机构；而同样也不需要增加构件就能使体系变为结构。利用拉索驱动折叠网格结构的开合，可以减小驱动的数量，所以索杆式折叠网格结构可以运用于大尺寸可展空间结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种由压杆和拉索组合而成的网格结构，并通过主动索和被动索的设置来实现网格结构的折叠和展开。
背景技术
在过去的几十年中，各国学者们提出了多种可折叠的网格结构，并将之应用于工程实践。这些折叠网格大多基于剪式较单元，但其在大跨结构中使用较少，主要原因有：(1)折叠网格结构的节点设计一般比较复杂，目前尚缺乏构造简单且实用、造价低廉的适合工程应用的节点设计；(2)折叠网格结构的构件除受轴力外，还受一定弯矩，受力性能不佳，造价较高；(3)折叠网格结构的刚度很差，位移较难满足使用要求。为此，提出新型折叠网格结构形式，使之能够应用于大跨度开启屋盖等体系显得十分必要。
索杆张力结构的刚度由预应力提供，所以可以节省大量的材料；另外由于其应力态恒定，也是一种结构效率很高的体系。而且由于索杆张力结构是由高强度索和压杆组成，其质量较小。如果用作折叠结构，其收缩率较大，而且其索杆接触的节点很简单，所以折叠索杆张力结构可以运用于大尺寸可展空间结构。
发明内容
为了克服现有折叠网格结构技术的缺陷，本发明提供了一种索杆式折叠网格结构，该折叠网格结构不仅能满足建筑对结构折叠展开的各项功能要求，还具有设计和施工方便等优点，能较好地满足大跨度可展空间结构的要求。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种索杆式折叠网格结构，其特征在于：由四棱锥基本单元在水平面行和列两个方向相互连接构成，所述的四棱锥基本单元由底面四边形、四条棱边、顶点、四根斜向压杆以及一中央压杆组成，所述的底面四边形由四根拉索构成，所述的四条棱边为斜索，所述的四根斜向压杆的一端分别连接在底面四边形的四个角上，所述的中央压杆的一端则连接在顶点上，中央压杆的另一端与所述的四根斜向压杆的另一端铰接在一起，铰接点位于四棱锥内，四棱锥基本单元的上表面通过底面四边形的公共边相连接，四棱锥基本单元的顶点通过下弦索相连，所述的每一行或者每一列的所有四棱锥基本单元中，在同一个平面上的斜索连接为一根主动索。
所述的四棱锥底面四边形为矩形或者正方形。
所述的四根斜向压杆的长度相等，并且在交点处四根压杆相互铰接。
当四棱锥基本单元中四条棱边上拉索的拉索长度伸长时，基本单元的自应力消失，形成机构。而当四条棱边上拉索的拉索长度缩短时，则基本单元的自应力可以刚化机构，形成可以承受荷载的结构。
将四棱锥基本单元拼装成的折叠网格结构中每一行或者每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的四棱锥基本单元中棱边上拉索连接为一根主动索，通过放松主动索，可以将网格结构折叠；拉紧主动索可以将网格结构展开。
本发明的有益效果是，本发明由高强度索和压杆组成，其质量较小。由于拉索的单向受力特性，结构的收缩率较大，且拉索和压杆接触的节点简单。另外，由于折叠网格结构的刚度由预应力提供，所以可以节省大量的材料，减少自重；且由于其应力态恒定，是一种结构效率很高的体系。索杆式折叠网格结构不需要通过减少构件的数量就可以使体系成为机构；而同样也不需要增加构件就能使体系变为结构。利用拉索驱动折叠网格结构的开合，可以减小驱动的数量，所以索杆式折叠网格结构可以运用于大尺寸可展空间结构。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明：
图1是折叠网格结构示意图。
图2是四棱锥基本单元示意图。
图3是四棱锥基本单元折叠过程示意图。
图4是折叠网壳结构示意图。
其中：1、顶点，2、下拉索，3、底面四边形，4、上弦索，5、斜索，6、斜向压杆，7、中央压杆，8、主动索。
具体实施方式
下面参照说明书附图，对本发明的具体实施方式作出更为详细的说明：
一种索杆式折叠网格结构，包括：由拉索和压杆组成的四棱锥基本单元在水平面两个方向相互连接构成。如图1所示，折叠网格结构在水平两个方向都由6个四棱锥单元连接而成；四棱锥基本单元的上表面通过公共边相连接，折叠网格结构的下表面由四棱锥基本单元的顶点1通过下弦索2相连，
所述的四棱锥基本单元的外形为一四棱锥，如图2所示，该四棱锥底面四边形3的每一条边都被设计为只能承受拉力的拉索，在折叠网格结构中为上弦索4，四棱锥的四条棱边为斜索5，从底面四边形3的四个顶点向四棱锥内部连出四根斜向压杆6，四根斜向压杆的交点与四棱锥顶点1通过中央压杆7相连。
图2所示四棱锥底面四边形3为正方形。四根斜向压杆6的长度相等，并且在交点处四根压杆相互铰接。
当四棱锥基本单元中四条棱边上拉索的拉索长度伸长时，基本单元的自应力消失，形成机构。而当四条棱边上拉索的拉索长度缩短时，则基本单元的自应力可以刚化机构，形成可以承受荷载的结构。
将四棱锥基本单元拼装成的折叠网格结构中每一行或者每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的四棱锥基本单元中斜索5连接为一根主动索，通过放松主动索，可以将网格结构折叠；拉紧主动索可以将网格结构展开。图3所示为一个四棱锥基本单元的折叠过程。图中虚线所示的为主动索8，该基本单元一共拥有两根主动索，在基本单元折叠过程中，主动索不断向基本单元内部滑移，露在基本单元外部主动索的长度越来越短。
当下弦索2的长度和四棱锥底面相应方向的边长相等时，形成的网格结构即为折叠网架结构；当在一个方向上，下弦索2的长度小于四棱锥底面相应方向的边长时，而另一个方向上，下弦索2的长度和四棱锥底面相应方向的边长相等，形成的网格结构即为折叠网壳结构，如图4所示。
Claims (4)
1.一种索杆式折叠网格结构，其特征在于：由四棱锥基本单元在水平面行和列两个方向相互连接构成，所述的四棱锥基本单元由底面四边形(3)、四条棱边、顶点(1)、四根斜向压杆(6)以及一中央压杆(7)组成，所述的底面四边形(3)由四根拉索构成，所述的四条棱边为斜索(5)，所述的四根斜向压杆(6)的一端分别连接在底面四边形(3)的四个角上，所述的中央压杆(7)的一端则连接在顶点(1)上，中央压杆(7)的另一端与所述的四根斜向压杆(6)的另一端铰接在一起，铰接点位于四棱锥内，四棱锥基本单元的上表面通过底面四边形(3)的公共边相连接，四棱锥基本单元的顶点(1)通过下弦索(2)相连，所述的每一行或者每一列的所有四棱锥基本单元中，在同一个平面上的斜索(5)连接为一根主动索(8)。
2.根据权利要求1所述的索杆式折叠网格结构，其特征在于，所述的四棱锥底面四边形为矩形或者正方形。
3.根据权利要求1所述的索杆式折叠网格结构，其特征在于，所述的四根斜向压杆的长度相等。
4.根据权利要求1所述的索杆式折叠网格结构，其特征在于，所述的下弦索(2)的长度等于或者小于四棱锥底面相应方向的边长。
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