CN109057123B - 全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法，所述全张拉索桁建筑结构体系包括：一刚性外环梁、一上环索、一下环索、多根上径向索、多根下径向索、多根撑杆及多根斜拉索，所述上环索和所述下环索设置于所述刚性外环梁的内侧，所述多根上径向索设置于所述上环索与所述刚性外环梁之间，所述多根下径向索设置于所述下环索与所述刚性外环梁之间，所述多根撑杆设置于所述上环索与所述下环索之间，且相邻两根撑杆之间设置一斜拉索，所述刚性外环梁为马鞍形，刚性外环梁只需要进行竖向约束，整个结构形成自平衡体系，通过调整设置在相邻两根撑杆之间的斜拉索的初始长度(初应力)，即可实现对全张拉索桁建筑结构体系形状的调节。

Description

全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法

技术领域

本发明涉及建筑结构设计领域，特别涉及一种全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法。

背景技术

柔性全张拉结构主要是由受拉构件(例如索、膜、拉杆等)或者由受拉构件与较少受压构件构成的以张力维持结构形态和刚度的结构体系。

在传统的结构中，结构从几何和材料中获取刚度，这种主要从几何和材料中获取刚度的结构即所谓的刚性结构。而柔性张拉结构为静不定、动不定体系，它自身的刚度不能维持稳定的初始状态，其初始状态的稳定性必须通过预应力提供的几何刚度来保证。全张拉结构设计需要进行找形分析，初始结构形态即为找形平衡态，此状态的形与力一一对应，此状态往往与建筑师要求的造型差距较大，全张拉结构不能像刚性结构直接构建结构形态，常规的全张拉索桁结构体系往往较平缓，结构形态受到极大限制，使得全张拉结构形态很难与建筑师要求的形态吻合，造成建筑师要求的建筑形态全张拉结构体系不能实现。

因此，有必要开发出一种全张拉索桁建筑结构体系以满足建筑师对于建筑形态的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法，以解决使用现有技术中全张拉索桁建筑结构体系存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种全张拉索桁建筑结构体系，所述全张拉索桁建筑结构体系包括：一刚性外环梁、一上环索、一下环索、多根上径向索、多根下径向索、多根撑杆及多根斜拉索，所述上环索和所述下环索设置于所述刚性外环梁的内侧，所述多根上径向索设置于所述上环索与所述刚性外环梁之间，所述多根下径向索设置于所述下环索与所述刚性外环梁之间，所述多根撑杆设置于所述上环索与所述下环索之间，且相邻两根撑杆之间设置一斜拉索，所述刚性外环梁为马鞍形。

可选的，在所述的全张拉索桁建筑结构体系中，所述的全张拉索桁建筑结构体系呈马鞍形。

可选的，在所述的全张拉索桁建筑结构体系中，所述上环索、所述斜拉索和任一撑杆构成三角形；所述下环索、所述斜拉索和任一撑杆构成三角形。

可选的，在所述的全张拉索桁建筑结构体系中，所述上环索和所述下环索分别可由多根子索首尾顺次连接组成。

可选的，在所述的全张拉索桁建筑结构体系中，所述上环索、所述下环索、所述多根上径向索、所述多根下径向索、所述多根斜拉索中任意两者的连接节点均不能滑移。

可选的，在所述的全张拉索桁建筑结构体系中，所述上环索、所述下环索和所述刚性外环梁共轴，所述多根斜拉索在四个象限中双轴对称布置。

相应的，本发明还提供一种全张拉索桁建筑结构体系的形态调节方法，所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节方法包括如下步骤：

对上环索、下环索、多根上径向索、多根下径向索及多根斜拉索施加初始预应力，并进行找形、找力分析，以确定全张拉索桁建筑结构体系的形态及所有斜拉索的内力；

根据所述内力计算每根斜拉索的初始长度，并获取每根斜拉索的初始预应力与初始长度的比例关系；

根据所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节需求和每根斜拉索的初始预应力与初始长度的比例关系，对各根斜拉索施加对应控制应力，以调整相邻两根撑杆之间斜拉索的初始长度，以实现将所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节为所需的结构形态。

在本发明所提供的全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法中，所述全张拉索桁建筑结构体系包括：一刚性外环梁、一上环索、一下环索、多根上径向索、多根下径向索、多根撑杆及多根斜拉索，所述上环索和所述下环索设置于所述刚性外环梁的内侧，所述多根上径向索设置于所述上环索与所述刚性外环梁之间，所述多根下径向索设置于所述下环索与所述刚性外环梁之间，所述多根撑杆设置于所述上环索与所述下环索之间，且相邻两根撑杆之间设置一斜拉索，所述刚性外环梁为马鞍形，所述刚性外环梁只需要进行竖向约束，整个结构形成自平衡体系。基于本发明的全张拉索桁建筑结构体系，可以通过调整设置在相邻两根撑杆之间的斜拉索的初始长度(初应力)，即可实现对全张拉索桁建筑结构体系形状的调节，从而使全张拉索桁建筑结构体系的形态与建筑师要求的形态相吻合。

附图说明

图1本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的轴侧图；

图2本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的正立面图；

图3本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的侧立面图；

图4本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的爆炸图。

图中：

1-上环索；2-上径向索；3-刚性外环梁；4-斜拉索；5-撑杆；6-下径向索；7-下环索。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

遍及说明书和权利要求书使用了表示特定系统组件的某些术语。如本领域的技术人员将理解的，不同公司可能用不同的名称来表示一组件。本文不期望在名称不同但功能相同的组件之间进行区分。在说明书和权利要求书中，术语“包括”和“包含”按开放式的方式使用，且因此应被解释为“包括，但不限于…”。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。

请参考图1、图2、图3及图4，图1本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的轴侧图；图2本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的正立面图；图3本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的侧立面图；图4本发明一实施例中全张拉索桁建筑结构体系的爆炸图。如图1及图4所示，所述全张拉索桁建筑结构体系包括：一刚性外环梁3、一上环索1、一下环索7、多根上径向索2、多根下径向索6、多根撑杆5及多根斜拉索4，所述上环索1和所述下环索7设置于所述刚性外环梁3的内侧，所述多根上径向索2设置于所述上环索1与所述刚性外环梁3之间(即每根根上径向索2的一端与所述上环索1连接，另一端与所述刚性外环梁3连接)，所述多根下径向索6设置于所述下环索7与所述刚性外环梁3之间(即每根根下径向索6的一端与所述下环索7连接，另一端与所述刚性外环梁3连接)，所述多根撑杆5设置于所述上环索1与所述下环索7之间(即每根撑杆5的一端与所述上环索1连接，另一端与所述下环索7连接)，且相邻两根撑杆5之间设置一斜拉索4；其中，所述刚性外环梁3为马鞍形，因此所述刚性外环梁3只需要进行竖向约束，则整个结构体系就会形成自平衡体系。

具体的，所述上环索1和所述下环索7分别可由多根子索首尾顺次连接组成。

本实施例中，所述上环索1、所述下环索7、所述多根上径向索2、所述多根下径向索6、所述多根斜拉索4中任意两者的连接节点均不能滑移，换言之，任意两个索的连接节点位置固定不变，以维持全张拉索桁建筑结构体系的整体形态。

请继续参考图1，本实施例中，所述的全张拉索桁建筑结构体系呈马鞍形。其中，所述上环索1、任一斜拉索4和任一撑杆5构成三角形；所述下环索7、任一斜拉索4和任一撑杆5构成三角形。所述上环索1、所述下环索7和所述刚性外环梁3共轴，即三者的中心共线，所述多根斜拉索4在四个象限中对称布置。

相应的，本实施例还提供了一种全张拉索桁建筑结构体系的形态调节方法。下面参考图1至图4详细说明本实施例所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节方法。

首先，执行步骤S1，对上环索1、下环索7、多根上径向索2、多根下径向索6及多根斜拉索4施加初始预应力，并进行找形、找力分析，以确定全张拉索桁建筑结构体系的形态及所有斜拉索4的内力；

接着，执行步骤S2，根据所述内力计算每根斜拉索4的初始长度，并获取每根斜拉索4的初始预应力与初始长度的比例关系；

接着，执行步骤S3，根据所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节需求和每根斜拉索4的初始预应力与初始长度的比例关系，对各根斜拉索4施加对应控制应力，以调整相邻两根撑杆5之间斜拉索4的初始长度，以实现将所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节为所需的结构形态。通过调整相邻两根撑杆5之间斜拉索4的初始长度，最终实现对所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节。

由于执行S3过程中调整参数的设置是根据所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节需求及每根斜拉索的初始预应力与初始长度的比例关系进行设置，设置过程经过精密的计算或推算，因此调整后的形态可以满足建筑师要求的建筑形态，符合实际需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的结构相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见结构部分说明即可。

综上，在本发明所提供的全张拉索桁建筑结构体系及其形态调节方法中，所述全张拉索桁建筑结构体系包括：一刚性外环梁、一上环索、一下环索、多根上径向索、多根下径向索、多根撑杆及多根斜拉索，所述上环索和所述下环索设置于所述刚性外环梁的内侧，所述多根上径向索设置于所述上环索与所述刚性外环梁之间，所述多根下径向索设置于所述下环索与所述刚性外环梁之间，所述多根撑杆设置于所述上环索与所述下环索之间，且相邻两根撑杆之间设置一斜拉索，所述刚性外环梁为马鞍形，刚性外环梁只需要进行竖向约束，整个结构形成自平衡体系。基于本发明的全张拉索桁建筑结构体系，可以通过调整设置在相邻两根撑杆之间的斜拉索的初始长度(初应力)，即可实现对全张拉索桁建筑结构体系形状的调节，从而使全张拉索桁建筑结构体系的形态与建筑师要求的形态相吻合。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (4)

1.一种全张拉索桁建筑结构体系，其特征在于，包括：一刚性外环梁、一上环索、一下环索、多根上径向索、多根下径向索、多根撑杆及多根斜拉索，所述上环索和所述下环索设置于所述刚性外环梁的内侧，所述多根上径向索设置于所述上环索与所述刚性外环梁之间，所述多根下径向索设置于所述下环索与所述刚性外环梁之间，所述多根撑杆设置于所述上环索与所述下环索之间，且相邻两根撑杆之间设置一斜拉索；其中，所述刚性外环梁为马鞍形；

所述上环索和所述下环索分别由多根子索首尾顺次连接组成；

所述上环索、所述下环索和所述刚性外环梁共轴，所述多根斜拉索在四个象限中双轴对称布置；

各所述上径向索均不交叉，各所述下径向索均不交叉，且各所述上径向索和各所述下径向索之间均不设置联系索；

所述上环索、所述下环索、所述多根上径向索、所述多根下径向索、所述多根斜拉索中任意两者的连接节点均不能滑移；

根据所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节需求和每根斜拉索的初始预应力与初始长度的比例关系，对各根斜拉索施加对应控制应力，以调整相邻两根撑杆之间斜拉索的初始长度，以实现将所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节为所需的结构形态。

2.如权利要求1所述的全张拉索桁建筑结构体系，其特征在于，所述的全张拉索桁建筑结构体系呈马鞍形。

3.如权利要求1所述的全张拉索桁建筑结构体系，其特征在于，所述上环索、任一斜拉索和任一撑杆构成三角形；所述下环索、任一斜拉索和任一撑杆构成三角形。

4.一种如权利要求1~3中任一项所述全张拉索桁建筑结构体系的形态调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

对上环索、下环索、多根上径向索、多根下径向索及多根斜拉索施加初始预应力，并进行找形、找力分析，以确定全张拉索桁建筑结构体系的形态及所有斜拉索的内力；

根据所述内力计算每根斜拉索的初始长度，并获取每根斜拉索的初始预应力与初始长度的比例关系。