CN104746642A - 类截角四面体张拉整体结构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供类截角四面体张拉整体结构，其形状为将正四面体的四个角分别切掉棱长为原棱长1/3的小正四面体所得的。该截角四面体张拉整体结构由12个节点、18根拉索和6根压杆组成，12个节点分别位于截角四面体的顶点，并分布在一个球面上，即截角四面体的外接球，该外接球半径为1.1726倍索长；18根拉索分布在截角四面体的棱边上，6根压杆位于截角四面体的内部；每个节点连接3根拉索和1根压杆，所有拉索的长度相等，所有压杆的长度相等。所有的节点为铰接点，所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。本发明承载能力更大，可以多方向承载，从而能实现更多功能。

Description

类截角四面体张拉整体结构

技术领域

本发明涉及的是一种张拉整体结构。

背景技术

张拉整体结构是一种由受压的杆和受拉的索组成的预应力自平衡体系，该类结构的刚度由预应力提供，且构件内力自我相互平衡，一旦失去预应力，结构将不再成立。张拉整体结构具有质量轻、跨度大、造型优美等优点，受到了学术及工程界的广泛关注。

由于张拉整体结构是一种预应力自平衡体系，其节点位置与构件的连接关系必须满足预应力自平衡条件，不能像其他结构体系那样任意地构造几何形态。因此，现有的张拉整体结构一般为非规则的几何形状。在专利CN 201801954 U中介绍了一种不规则自应力张拉整体结构，包括有三杆等长倾斜交叉的压杆，压杆的上下层节点分别用横向拉索连接，各个压杆的上下端节点之间连接有三根竖向的拉索。该结构可通过拓扑变换出其他结构，但由于该结构构型简单，所得出的结构类型也较单一。目前，尚无形状为截角四面体或类截角四面体的张拉整体结构。

发明内容

本发明的目的在于提供承载能力更大、可以实现多方向承载的类截角四面体张拉整体结构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明类截角四面体张拉整体结构，其特征是：包括第一-第十二节点、第一-第十八根拉索、第一-第六根压杆，将正四面体的四个角的每条边分别切掉原棱长1/3的长度，所产生的12个顶点分别为第一-第十二节点，所产生的十八条边分别为第一-第十八根拉索，将被切掉四个角的正四面体而产生的其中一个三角形水平放置，12个节点分布于上、中、下三个平面上，最下方平面的3个节点按逆时针方向分别为第一节点、第二节点、第三节点，中间平面的三个节点按逆时针方向分别为第四节点、第五节点、第六节点，最上方平面的6 个节点按逆时针方向分别为第七节点、第八节点、第九节点、第十节点、第十一节点、第十二节点，其中第一节点与第四节点的连线为第一根拉索，第二节点和第五节点的连线为第二根拉索，第三节点和第六节点的连线为第三根拉索，第四节点与第七节点和第八节点的连线分别为第四根拉索和第五根拉索，第七节点和第八节点的连线为第六根拉索，第五节点与第九节点和第十节点的连线分别为第七根拉索和第八根拉索，第九节点和第十节点的连线为第九根拉索，第六节点与第十一节点和第十二节点的连线分别为第十根拉索和第十一根拉索，第十一节点和第十二节点的连线为第十二根拉索，第八节点和第九节点的连线为第十三根拉索，第十节点和第十一节点的连线为第十四根拉索，第十二节点与第七节点的连线为第十五根拉索，第一节点和第二节点的连线为第十六根拉索，第二节点和第三节点的连线为第十七根拉索，第三节点和第一节点的连线为第十八根拉索，第一节点和第十节点之间设置第一根压杆，第二节点和第十二节点之间设置第二根压杆，第三节点和第八节点之间设置第三根压杆，第四节点和第十一节点之间设置第四根压杆，第五节点和第七节点之间设置第五根压杆，第六节点和第九节点之间设置第六根压杆。

本发明还可以包括：

1、12个节点分布在一个球面上。

2、拉索之间长度相等，压杆之间长度相等，压杆的长度是拉索长度的2.2361倍。

本发明的优势在于：本发明丰富了结构选择和连接的多样性，此外该结构承载能力更大，又由于该结构多面对称性，可以多方向承载，从而能实现更多功能。

本发明为一阶张拉整体结构，结构中的杆与杆之间不直接相连，因此，在外载荷的作用下杆只承受轴向力而没有扭矩的作用，杆为纯压杆。

本发明结构中的杆仅受轴向力作用为纯压杆，杆的材料力学性能能够得到更充分的发挥，也就是说，相同外载荷和结构尺寸确定的情况下，杆的质量可以达到最小从而使整个结构的质量达到最小，本发明的这一特点是其他同类或相似结构所不具备的。

本发明是由压杆和拉索构成通过改变自身的应力来改善受力状态，从 而提高承载能力。

本发明所具有的特性主要取决于其独特的形态及杆索材料本身的性能。用该结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的正视图；

图4为本发明的左视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明中的截角四面体张拉整体结构，其形状为将正四面体的四个角分别切掉棱长为原棱长1/3的小正四面体所得的。该截角四面体张拉整体结构由12个节点、18根拉索和6根压杆组成，12个节点分别位于截角四面体的顶点，并分布在一个球面上，即截角四面体的外接球，该外接球半径为1.1726倍索长；18根拉索分布在截角四面体的棱边上，6根压杆位于截角四面体的内部，按如下分布：该截角四面体表面共有四个等边三角形，选一个三角形与水平面重合放置，则12个点共分三层，第一层为选中三角形所在平面，选取该三角形任意一点为第一点，从上往下看逆时针另外两点依次为第二第三点。第二层在第一层上方，共有三点，其中与第一点连线为该截角四面体一条边的点为第四点，第二层的三个点从上往下看逆时针排列依次为第四第五第六点。第三层在第二层上方，在第三层中与第四点连线为该截角四面体一条边的点为分别为第七和第八点，从上往下看第三层中六个点逆时针排列依次为第七第八第九第十第十一第十二点。则有6根压杆分别为第一根压杆由第1点连接第10点、第二根压杆由第2点连接第12点、第三根压杆由第3点连接第8点、第四根压杆由第4点连接第11点、第五根压杆由第5点连接第7点、第六根压杆由第6点连接第9点。

每个节点连接3根拉索和1根压杆，所有拉索的长度相等，所有压杆的长度相等。所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。

这种结构的12个节点为节点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、M。用索两端的两个节点编号来描述每根索，18根拉索分别为拉索AD、AK、DK、BE、BI、EI、CF、CG、FG、HJ、HM、JM、AB、CD、EF、GH、IJ、KM。用杆两端的两个节点编号来描述每根杆，6根压杆分别为压杆AG、BH、CI、DJ、EK、FM。

拉索的长度相同，均为L；压杆的长度相同，均为2.2361L。

当受到外荷载作用时，通过改变构件的内力、调整节点的位置来抵抗外荷载的作用，但拉索始终处于受拉状态，压杆始终处于受压状态。

所有索和杆均对称布置，所有索的预拉力相同，所有杆的预应力也相同。

类截角四面体张拉整体结构受到外荷载作用时，通过改变构件的内力、调整节点的位置来抵抗外荷载的作用，但拉索始终处于受拉状态，压杆始终处于受压状态。

Claims (3)

1.类截角四面体张拉整体结构，其特征是：包括第一-第十二节点、第一-第十八根拉索、第一-第六根压杆，将正四面体的四个角的每条边分别切掉原棱长1/3的长度，所产生的12个顶点分别为第一-第十二节点，所产生的十八条边分别为第一-第十八根拉索，将被切掉四个角的正四面体而产生的其中一个三角形水平放置，12个节点分布于上、中、下三个平面上，最下方平面的3个节点按逆时针方向分别为第一节点、第二节点、第三节点，中间平面的三个节点按逆时针方向分别为第四节点、第五节点、第六节点，最上方平面的6个节点按逆时针方向分别为第七节点、第八节点、第九节点、第十节点、第十一节点、第十二节点，其中第一节点与第四节点的连线为第一根拉索，第二节点和第五节点的连线为第二根拉索，第三节点和第六节点的连线为第三根拉索，第四节点与第七节点和第八节点的连线分别为第四根拉索和第五根拉索，第七节点和第八节点的连线为第六根拉索，第五节点与第九节点和第十节点的连线分别为第七根拉索和第八根拉索，第九节点和第十节点的连线为第九根拉索，第六节点与第十一节点和第十二节点的连线分别为第十根拉索和第十一根拉索，第十一节点和第十二节点的连线为第十二根拉索，第八节点和第九节点的连线为第十三根拉索，第十节点和第十一节点的连线为第十四根拉索，第十二节点与第七节点的连线为第十五根拉索，第一节点和第二节点的连线为第十六根拉索，第二节点和第三节点的连线为第十七根拉索，第三节点和第一节点的连线为第十八根拉索，第一节点和第十节点之间设置第一根压杆，第二节点和第十二节点之间设置第二根压杆，第三节点和第八节点之间设置第三根压杆，第四节点和第十一节点之间设置第四根压杆，第五节点和第七节点之间设置第五根压杆，第六节点和第九节点之间设置第六根压杆。

2.根据权利要求1所述的类截角四面体张拉整体结构，其特征是：12个节点分布在一个球面上。

3.根据权利要求1或2所述的类截角四面体张拉整体结构，其特征是：拉索之间长度相等，压杆之间长度相等，压杆的长度是拉索长度的2.2361倍。