CN107386436A - 一种正四面体型杆状结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正四面体型杆状结构，属于结构工程技术领域。正四面体型杆状结构包括由杆件围成的正四面体结构，该正四面体结构被沿平行于其底面的连杆划分成一个正四面体型顶部结构与一个以上的正三棱台型基部结构；正三棱台型基部结构的侧面梯形结构均设有加强连杆，加强连杆沿其所在侧面梯形结构的对角线布置，每一侧面梯形结构中的加强连杆的数量为一根；同一正三棱台型基部结构中的加强连杆相对其所在的正三棱台型基部结构的中心轴线的旋向相同。其在未增加交汇节点的前提下，有效地提高了四面体型杆状结构的力学性能与稳定性，同时便于杆件的场外预制。可广泛地应用于建筑、网架、信号塔等行业。

Description

一种正四面体型杆状结构
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，具体地说，涉及一种正四面体型杆状结构。
背景技术
在结构工程技术领域，多面体型钢架结构由于具有结构稳定等优点而受到广泛应用，其中以正四面体，正六面体，正八面体，正十二面体等正多面体最为常见，构成了结构基本单元。这类结构的特点是杆件尺寸单一，对称性高，但面数超过正八面体的正多面体结构的自稳定性就下降，在施工过程中会存在安全问题，且消耗成本高、连接节点多、占用空间大而不利于工程施工；正四面体和正六面体重力稳定性较高，以正四面体结构为最高。四面体结构较其他多面体结构稳定、力学性能好，可满足普通钢架结构工程要求，但现有正四面体型杆状结构的强度与稳定性偏低，很难满足实际工况的要求。
发明内容
本发明提供了一种用于结构工程的正四面体型杆状结构，在未增加交汇节点的前提下，有效地提高了杆状结构的稳定性及力学性能。
为了实现上述目的，本发明提供的正四面体型杆状结构包括由杆件围成的正四面体结构，该正四面体结构被沿平行于其底面的连杆划分成一个正四面体型顶部结构与一个以上的正三棱台型基部结构；正三棱台型基部结构的侧面梯形结构均设有加强连杆，加强连杆沿其所在侧面梯形结构的对角线布置，每一侧面梯形结构中的加强连杆的数量为一根；同一正三棱台型基部结构中的加强连杆相对其所在的正三棱台型基部结构的中心轴线的旋向相同。
通过在原有正四面体型杆状结构的基础上增设横向连杆及斜向的加强连杆，以将正四面体结构的三个侧面划分成由多个结构稳定的三角形拼接成，从而有效地提高整个杆状结构的力学性能与稳定性。同时，在同一正三棱台型基部结构中，其杆件只有两种规格，便于场外对杆件的预制，且不同正三棱台型基部结构中的加强连杆的长度不等，便于施工过程中的识别以及安装；此外，杆件之间除了在端部交汇固定连接外，不会出现额外的交汇节点，即交汇节点均出现在正四面体结构的棱边上而与原有四面体结构相比未增加二外交汇节点，便于制造及现场安装；从而有效地降低成本。
具体的方案为相邻两个正三棱台型基部结构中的加强连杆的旋向相反。进一步提高结构的力学性能与稳定性。
另一个具体的方案为在正四面体型杆状结构中，相邻两根杆件的端部通过焊接方式固定连接。
另一个具体的方案为所有的正三棱台型基部结构的棱长相等，且等于正四面体型顶部结构的边长。进一步减少杆件规格，便于杆件的预制；同时加强连杆与横向连杆的尺寸随远离底面的方向，呈等差变化关系，便于场外的预制加工。
另一个具体的方案为沿远离底面的方向，正三棱台型基部结构的棱长递增。进一步提高四面体结构的力学性能与稳定性。
再一个具体的方案为在正四面体型杆状结构中，交汇于同一节点的杆件数量为五根以下。
优选的方案为正四面体型杆状结构中的杆件为等截面梁结构或变截面梁结构。以满足不同使用工况的要求。
另一优选的方案为正四面体型杆状结构中的杆件为实心柱体结构。便于加工。
更有选的方案为实心柱体结构为等截面梁结构。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例2中位于底部的正三棱台型基部结构的结构示意图；
图4为本发明实施例2中位于中部的正三棱台型基部结构的结构示意图。
其中，11-13、底面杆件，21-23、底部侧边杆件，31-33、顶面杆件，41-43、顶部侧边杆件，51-53、加强连杆，61-66、交汇节点，71、底部正三棱台型基部结构，710、中心轴线，711-713、加强连杆，72、正四面体型顶部结构，73、中部正三棱台型基部结构，730、中心轴线，731-733、加强连杆，81-83、加强连杆。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
参见图1，本发明正四面体型杆状结构的基体为由底面杆件11-13、底部侧边杆件21-23及顶部侧边杆件41-43经焊接围成的正四面体结构；底面杆件11-13围成其底面，顶面杆件31-33沿平行于该底面的方向布置的焊接至顶部侧边杆件与底部侧边杆件的交汇节点处，构成本实施例中的连杆，即顶面杆件31连接在交汇节点64、65之间，顶面杆件32连接在交汇节点65、66之间，顶面杆件33连接在交汇节点66、64之间，从而将整个四面体结构划分成一个正三棱台型基部结构71与一个正四面体型顶部结构72；其中，正三棱台型基部结构71由底面杆件11-13、底部侧边杆件21-23及顶面杆件31-33共九根杆件经焊接而围成，正四面体型顶部结构72由顶面杆件31-33与顶部侧边杆件41-43共六根杆件经焊接而围成。
正三棱台型基部结构71的每一侧面梯形结构均设有唯一一根加强连杆，在本实施例中为加强连杆51-53，且每根加强连杆沿其所在的侧面梯形结构的对角线布置，即加强连杆51连接在由底部侧边杆件21-22、底面杆件11及顶面杆件31围成的侧面梯形结构的交汇节点61、65之间，加强连杆52连接在交汇节点62、66之间，加强连杆53连接在交汇节点63、64之间。
通过在正四面体结构的侧面上的交汇节点处连接顶面杆件31-33及加强连杆51-53，从而将其每个侧面划分成由三个三角形杆件结构拼接成，且增设加强连杆时未增加整体结构的交汇节点，有效地提高整个正四面体结构的力学性能与结构稳定性，且每一交汇节点上的交汇杆件数量在五根以下。
在本实施例中，底部侧边杆件21-23与顶部侧边杆件41-43的长度相等，且所有杆件为等截面梁结构，且为实心柱体结构，在便于施工场外对侧边杆件的预制；正四面体型顶部结构72与正三棱台型基部结构71共用邻边杆件。
实施例2
作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例1中的不同之处进行说明。
参见图2，四面体结构被两层沿平行于其底面布置的连杆划分成一个正四面体型顶部结构72与两个正三棱台型基部结构，即底部正三棱台型基部结构71与中部正三棱台型基部结构73。
参见图3，底部正三棱台型基部结构71的中心轴线710为穿过上、下两个台面中心的轴线，沿该中心轴线01由上往下看，三根加强连杆51、52、53相对中心轴线01的旋向为逆时针，即，同一正三棱台型基部结构中的三根加强连杆的旋向相同，从而有效地平衡整个正三棱台型基部结构的结构分布与受力分布。
参见图4，沿中部正三棱台型基部结构73的中心轴线730由上往下看，其三根加强连杆81、82、83相对其中心轴线03的旋向为逆时针，即相邻两个正三棱台型基部结构中的加强连杆的旋向相反。
在本实施例中，正四面体型顶部结构72与中部正三棱台型基部结构73共用邻边杆件，而底部正四面体型顶部结构71与中部正三棱台型基部结构73共用邻边杆件，即相邻两个的正三棱台型基部结构共用邻边杆件，且两个正三棱台型基部结构的棱边长相等。
在本发明中，加强连杆旋向是指沿正三棱台型基部结构的中心轴线朝上或朝下看，加强连杆朝远离正三棱台型基部结构底面的偏离方向相对该中心轴线为顺时针时，则该加强连杆的旋向为顺时针，反之亦然。
需要说明的是，在上述实施例中，图中虚线是为了区别不同杆件及表示该杆件在空间位置上的前后关系，例如，如图1至图4所示，虚线杆件位于实线杆件远离看图人的一侧。
本发明的主要构思是通过沿平行于四面体结构底面布置的连杆将整个面体结构划分成一个正四面体型顶部结构与一个以上的正三棱台型基部结构，并在正三棱台型基部结构的侧面梯形结构中使用唯一一根加强连杆连接其对角线，且同一正三棱台型基部结构中的加强连杆的旋向相同，以在不增设交汇节点的前提下，提高整体的力学性能与稳定性。根据本构思，其中正三棱台型基部结构的数量、不同正三棱台型基部结构的棱边长及杆件的横截面结构等取决施工工况与应用场景的要求，并不局限于上述实施例，比如，杆件为变截面梁结构、管状结构；沿远离四面体结构底面的方向，不同正三棱台型基部结构的棱边长递增。

Claims (9)

1.一种正四面体型杆状结构，包括由杆件围成的正四面体结构，其特征在于：
所述正四面体结构被沿平行于其底面的连杆划分成一个正四面体型顶部结构与一个以上的正三棱台型基部结构；
所述正三棱台型基部结构的侧面梯形结构均设有加强连杆，所述加强连杆沿其所在侧面梯形结构的对角线布置，每一侧面梯形结构中的加强连杆的数量为一根；
同一正三棱台型基部结构中的加强连杆相对其所在正三棱台型基部结构的中心轴线的旋向相同。
2.根据权利要求1所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
相邻两个正三棱台型基部结构中的加强连杆的旋向相反。
3.根据权利要求1所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
在所述正四面体型杆状结构中，相邻两根杆件的端部通过焊接方式固定连接。
4.根据权利要求1所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
所有的正三棱台型基部结构的棱长相等，且等于所述正四面体型顶部结构的边长。
5.根据权利要求1所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
沿远离所述底面的方向，正三棱台型基部结构的棱长递增。
6.根据权利要求1所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
在所述正四面体型杆状结构中，交汇于同一节点的杆件数量为五根以下。
7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
所述正四面体型杆状结构中的杆件为等截面梁结构或变截面梁结构。
8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
所述正四面体型杆状结构中的杆件为实心柱体结构。
9.根据权利要求8所述的正四面体型杆状结构，其特征在于：
所述实心柱体结构为等截面梁结构。
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