CN106703199B - 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构 - Google Patents

一种可三维拓展的组合式张拉整体结构 Download PDF

Info

Publication number
CN106703199B
CN106703199B CN201710075245.4A CN201710075245A CN106703199B CN 106703199 B CN106703199 B CN 106703199B CN 201710075245 A CN201710075245 A CN 201710075245A CN 106703199 B CN106703199 B CN 106703199B
Authority
CN
China
Prior art keywords
units
truncated
rope
cell structure
integral structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710075245.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106703199A (zh
Inventor
张立元
李松雪
朱世新
杨竞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201710075245.4A priority Critical patent/CN106703199B/zh
Publication of CN106703199A publication Critical patent/CN106703199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106703199B publication Critical patent/CN106703199B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/34—Extraordinary structures, e.g. with suspended or cantilever parts supported by masts or tower-like structures enclosing elevators or stairs; Features relating to the elastic stability
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38—Connections for building structures in general

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)

Abstract

本发明提供一种可三维拓展的组合式张拉整体结构，属于张拉结构设计技术领域。该结构以截角正八面体状张拉整体结构和四棱柱状张拉整体结构为基本胞元结构，通过组合搭接得到可三维拓展张拉整体大规模结构。其中，截角正八面体状张拉整体结构作为组合式张拉整体结构的铰式连接部件，选用四棱柱状张拉整体结构与其进行匹配拓展。以截角正八面体状张拉整体结构的体心为原点，以原点与六个截断平面面心连线分别作为x、y、z轴建立空间直角坐标系，并分别沿x、y、z轴方向连接四棱柱状张拉整体结构。本发明具有模块化、操作简单等优点，解决了目前缺乏可三维拓展的大型空间张拉整体结构的设计和搭建问题。

Description

一种可三维拓展的组合式张拉整体结构
技术领域
本发明涉及张拉结构设计技术领域，特别是指一种可三维拓展的组合式张拉整体结构。
背景技术
张拉整体结构是一类轻质、网格状的空间结构体系，由预拉伸的绳单元和预压缩的杆单元相互连接而成。在没有任何外部支撑的情况下，靠杆和绳的预应力作用即可保持自身的几何构型，在受到微小保守力扰动时，总是趋向于恢复到初始的自平衡状态。为了获得张拉整体结构，需要对其进行结构设计。以往对于张拉整体结构的研究仅停留在对简单小规模结构的研究，并未对其进行可拓展分析设计，随着实际应用的快速增长，简单的单体结构已不能满足各领域应用需求。为此，本发明公开了一种可三维拓展的组合式张拉整体结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可三维拓展的组合式张拉整体结构。
该结构以截角正八面体状张拉整体结构和四棱柱状张拉整体结构为基本胞元结构，其中，截角正八面体状胞元结构为该结构的铰式连接部件，四棱柱状胞元结构与截角正八面体状胞元结构相配合。
该结构具有完整结构构型，并具有良好的自平衡及稳定性。
截角正八面体状胞元结构可按照截角正八面体的顶点和棱边的连接关系，将结构的节点和绳单元进行连接，接着添加杆单元，从而实现单元拉力和压力的平衡而得到自平衡张拉整体结构。
其中，截角正八面体状胞元结构由24个节点，36根绳单元，24根杆单元组成。
组成截角正八面体状胞元结构的36根绳单元中，12根为残边绳单元，24根为截边绳单元。
残边绳单元为按照被截正八面体的原棱边所连接的绳单元。
截边绳单元为按照正八面体被截后新产生的棱边所连接的绳单元。
杆单元按照连接相邻截角面的方式所布置，每个节点处连接2根杆单元，每对相邻截角面由2根杆单元相连接。
截角正八面体状胞元结构中6个截角面两两相互平行，且相对转角为零，3组截角面均垂直于正八面体体心与对应顶点的连线，且法向量互相垂直。
截角面为正方形，由4根截边绳单元组成。
截角正八面体状胞元结构处于自平衡状态，残边绳单元、截边绳单元和杆单元的力密度比值满足4∶4∶－1。
四棱柱状胞元结构由8个节点，12根绳单元，8根杆单元组成。
组成四棱柱状胞元结构的12根绳单元中，4根为侧边绳单元，8根为端边绳单元。
侧边绳单元为按照四棱柱体的侧面棱边所连接的绳单元。
端边绳单元为按照四棱柱体的端面棱边所连接的绳单元。
杆单元按照连接端面的方式所布置，每个节点处连接2根杆单元。
四棱柱状胞元结构中端面相互平行且相对转角为零。
端面由4根端边绳单元组成。
四棱柱状胞元结构处于自平衡状态，侧边绳单元、端边绳单元和杆单元的力密度比值满足2∶1∶－1。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明具有模块化、操作简单等优点，解决了目前缺乏大型拓展张拉整体结构的问题，为构建空间三维可拓展结构奠定基础。
附图说明
图1为本发明的可三维拓展的组合式张拉整体结构示意图；
图2为本发明的截角正八面体状张拉整体胞元结构示意图；
图3为本发明的四棱柱状张拉整体胞元结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种可三维拓展的组合式张拉整体结构。
如图1所示，本实施例的三维拓展式张拉整体结构是由如图2所示的截角正八面体状张拉整体胞元结构和如图3所示的四棱柱状张拉整体胞元结构进行组合拓展得到的。
为便于拓展张拉整体结构铰式连接的设计，优先地，所述组合式张拉整体结构采用截角正八面体状张拉整体结构作为铰式连接胞元结构。
为便于匹配截角正八面体状张拉整体结构进行组合拓展，优先地，所述结构选择四棱柱状张拉整体结构与之匹配的胞元结构进行搭接拓展。
为便于搭接，所述结构中截角正八面体状胞元结构和四棱柱状胞元结构采用节点连接节点的搭接方式进行组装。
本发明在进行三维拓展张拉整体结构设计时，以截角正八面体状张拉整体结构和四棱柱状张拉整体结构为胞元，对结构进行组合拓展设计。因截角正八面体状胞元结构3组截角面的法向量互相垂直，故用作拓展结构的直角铰接部件，因其截角面为四边形，故选择四棱柱状胞元结构与其匹配，进行组合拓展。
其中，截角正八面体状胞元结构由24个节点，36根绳单元，24根杆单元组成。
组成截角正八面体状胞元结构的36根绳单元中，12根为残边绳单元，24根为截边绳单元。
截角正八面体状胞元结构中6个截角面两两相互平行且相对转角为零，3组截角面均垂直于正八面体体心与对应顶点的连线且法向量互相垂直。
截角正八面体状胞元结构处于自平衡状态，残边绳单元、截边绳单元和杆单元的力密度比值为4∶4∶－1。
四棱柱状胞元结构由8个节点，12根绳单元，8根杆单元组成。
组成四棱柱状胞元结构的12根绳单元中，4根为侧边绳单元，8根为端边绳单元。
四棱柱状胞元结构中端面相互平行且相对转角为零。
四棱柱状胞元结构处于自平衡状态，侧边绳单元、端边绳单元和杆单元的力密度比值为2∶1∶－1。
本发明提供了一种以截角正八面体状胞元结构和四棱柱状胞元结构进行组合而得到大规模张拉整体结构的设计方案，解决了目前缺乏可三维拓展的大型空间张拉整体结构的问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，比如胞元之间采用节点连接绳的搭接方式、截角正八面体状胞元结构单独进行拓展组装等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：该结构包括截角正八面体状张拉整体胞元结构和四棱柱状张拉整体胞元结构，其中，截角正八面体状张拉整体胞元结构为该结构的铰式连接部件，四棱柱状张拉整体胞元结构与截角正八面体状张拉整体胞元结构相配合；
所述截角正八面体状张拉整体胞元结构由24个节点，36根绳单元，24根杆单元组成；
杆单元按照连接相邻截角面的方式所布置，每个节点处连接2根杆单元，每对相邻截角面由2根杆单元相连接。
2.根据权利要求1所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述组成截角正八面体状张拉整体胞元结构的36根绳单元中，12根为残边绳单元，24根为截边绳单元。
3.根据权利要求1所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述截角正八面体状张拉整体胞元结构中6个截角面两两相互平行，且相对转角为零，3组截角面均垂直于正八面体体心与对应顶点的连线，且法向量互相垂直。
4.根据权利要求2所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述截角正八面体状张拉整体胞元结构处于自平衡状态，残边绳单元、截边绳单元和杆单元的力密度比值满足4∶4∶－1。
5.根据权利要求1所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述四棱柱状张拉整体胞元结构由8个节点，12根绳单元，8根杆单元组成。
6.根据权利要求5所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述组成四棱柱状张拉整体胞元结构的12根绳单元中，4根为侧边绳单元，8根为端边绳单元。
7.根据权利要求1所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述四棱柱状张拉整体胞元结构中端面相互平行且相对转角为零。
8.根据权利要求6所述的可三维拓展的组合式张拉整体结构，其特征在于：所述四棱柱状张拉整体胞元结构处于自平衡状态，侧边绳单元、端边绳单元和杆单元的力密度比值满足2∶1∶－1。
CN201710075245.4A 2017-02-13 2017-02-13 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构 Active CN106703199B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710075245.4A CN106703199B (zh) 2017-02-13 2017-02-13 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710075245.4A CN106703199B (zh) 2017-02-13 2017-02-13 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106703199A CN106703199A (zh) 2017-05-24
CN106703199B true CN106703199B (zh) 2022-04-05

Family

ID=58911165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710075245.4A Active CN106703199B (zh) 2017-02-13 2017-02-13 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106703199B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108082318B (zh) * 2018-01-03 2023-11-14 北京科技大学 一种六杆三十索的柔性张拉整体机器人
CN109162347B (zh) * 2018-10-12 2023-09-26 北京科技大学 一种模块化搭建张拉整体结构的方法
CN109558654B (zh) * 2018-11-15 2022-12-16 北京科技大学 一种平面型张拉整体结构拓扑设计方法
CN110552428B (zh) * 2019-08-12 2020-10-02 浙江大学 一种螺旋形张拉整体结构
CN110835960B (zh) * 2019-11-08 2021-07-09 北京科技大学 一种棱台状张拉整体式自稳定折叠装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08219379A (ja) * 1995-02-10 1996-08-30 Design Sci:Kk トラス状構造体
CN201010993Y (zh) * 2006-12-07 2008-01-23 刘晚成 单元拼装式自平衡预应力索杆结构体系
CN104746642A (zh) * 2015-03-31 2015-07-01 哈尔滨工程大学 类截角四面体张拉整体结构
CN104818771A (zh) * 2015-04-27 2015-08-05 王子琛 规整多面体组合的空间刚架
CN105350644A (zh) * 2015-10-23 2016-02-24 东南大学 一种基于六面体几何的张拉整体结构单元

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104989940B (zh) * 2015-05-18 2017-12-15 上海交通大学 一种主动位姿控制四面体单元张拉整体结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08219379A (ja) * 1995-02-10 1996-08-30 Design Sci:Kk トラス状構造体
CN201010993Y (zh) * 2006-12-07 2008-01-23 刘晚成 单元拼装式自平衡预应力索杆结构体系
CN104746642A (zh) * 2015-03-31 2015-07-01 哈尔滨工程大学 类截角四面体张拉整体结构
CN104818771A (zh) * 2015-04-27 2015-08-05 王子琛 规整多面体组合的空间刚架
CN105350644A (zh) * 2015-10-23 2016-02-24 东南大学 一种基于六面体几何的张拉整体结构单元

Also Published As

Publication number Publication date
CN106703199A (zh) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106703199B (zh) 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构
CN102605887B (zh) 索杆式可展结构
CN105350644B (zh) 一种基于六面体几何的张拉整体结构单元
Zhang et al. Constructing large-scale tensegrity structures with bar–bar connection using prismatic elementary cells
CN103790232A (zh) 一种正六棱柱形张拉整体结构
CN202686777U (zh) 一种剪叉式空间伸展臂机构
Chen et al. Square deployable frames for space applications. Part 1: Theory
CN104818771B (zh) 规整多面体组合的空间刚架
CN102912851A (zh) 一种棱柱型对称可展机构单元
CN202611063U (zh) 平板式开合屋盖结构
CN208379774U (zh) 一种双层网壳大跨度环向耗能结构体系
CN108518407B (zh) 一种对称可折展厚板结构
CN109372120B (zh) 一种两向正六边形网格结构及其构建方法
CN111980167B (zh) 一种基于正四面体的空间结构节点
CN109811891B (zh) 一种柔性全张拉结构体系、预张力设计方法及施工方法
CN202611067U (zh) 索杆式折叠网格结构
CN206503235U (zh) 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构
CN105839973B (zh) 一种端部具有交错金字塔型耗能单元的屈曲控制支撑
CN202324282U (zh) 一种木结构联方型单层球面网壳
CN102605862B (zh) 索杆式折叠网格结构
CN115897799B (zh) 一种建筑美观及结构功能一体化拓扑内套筒自锁式钢结构节点及其安装方法
CN116292716A (zh) 一种接触锁定式蜂窝结构、耗能结构及防撞结构
CN202925685U (zh) 一种网壳固定组件
CN202492927U (zh) 一种木结构双斜杆型单层柱面网壳
GB2490767A (en) Structural geometric framework

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant