CN109162347A - 一种模块化搭建张拉整体结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模块化搭建张拉整体结构的方法，属于张拉整体结构设计技术领域。该方法以n端受压构件和2n个绳单元组成的平面结构为基本模块，由若干个基本模块来搭建结构。依照所要搭建的多面体各面的边数n及形状选取相应的n端受压构件，将构件与2n根绳连接做出基本模块，再将基本模块按照与多面体各面的对应关系依次连接得到所需结构。结构中，每个受压构件中存在预压应力，每个绳单元中存在预拉应力。该方法可以简便快捷的搭建出对称性好，内部空间大的张拉整体结构，亦可广泛应用于各种张拉整体结构的设计与搭建，此外受压构件可依据需要做成各种形状，这也丰富了可搭建结构的类型。

Description

一种模块化搭建张拉整体结构的方法
技术领域
本发明涉及张拉整体结构设计技术领域，特别是指一种模块化搭建张拉整体结构的方法。
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。传统的张拉整体结构在搭建截角多面体形状的结构时较为复杂。为快捷方便地搭建如截角多面体形状的复杂张拉整体结构，本发明公开一种模块化搭建张拉整体结构的方法。
发明内容
本发明为解决传统张拉整体结构搭建过程较为复杂的问题，提供一种模块化搭建张拉整体结构的方法。
该方法具体为：
首先，搭建基本模块，然后，确定所要搭建的多面体结构每个面的边数n，最后选择对应的基本模块，将每个基本模块按照与多面体面的对应关系依次互相连接，搭建张拉整体结构。
其中，基本模块为由一个n端的受压构件和2n个绳单元组成的平面结构。
一个基本模块对应张拉整体结构的一个面。
一个基本模块的受压构件的相邻两个端点之间有两个绳单元，两个绳单元的铰接点用于与其它基本模块的受压构件的端点相连。
每个端点最终与3个绳单元相连接以达到平衡。
每个绳单元有两个端点，两个端点连接两个不同的受压构件。
每个绳单元为一根绳，或由连接同样两个端点的多根绳组成，或没有实际的绳。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该搭建方法中，主要以n端的受压构件代替了传统张拉整体结构中的杆作为承受压应力的部分，从而减少了结构中构件的数量，降低结构中杆件交错的复杂程度，并且能够将一个类截角多面体张拉整体结构视作由若干个平面基本模块拼接而成的结构，简化了结构的设计和搭建过程。可以简便快捷地搭建出对称性好，内部空间大的张拉整体结构，且受压构件可依据需要做成各种形状，这也丰富了可搭建结构的类型。搭建的结构可作为装饰用品，设备的载体和建筑结构等，提高了结构的实用性。
附图说明
图1为本发明所涉及的截角多面体示意图；
图2为本发明中受压构件示意图，其中，(a)为3端受压构件，(b)为4端受压构件；
图3为本发明中基本模块示意图，其中，(a)为3端基本模块，(b)为4端基本模块；
图4为本发明中两模块连接示意图；
图5为本发明所搭建的类截角多面体张拉整体结构示意图。
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。
本发明提供一种模块化搭建张拉整体结构的方法。
该方法基于所要搭建的多面体结构每个面的边数n，选择对应的由一个n端受压构件和2n个绳单元组成的基本模块，将每个基本模块按照与多面体面的对应关系依次互相连接，从而搭建成所需的类截角多面体的张拉整体结构。
每一个基本模块是由一个n端的受压构件和2n个绳单元组成的平面结构，对应结构的一个面，受压构件的相邻两个端点之间有两个绳单元，两个绳单元的铰接点用于与其它的基本模块的受压构件的端点相连。
结构中，每一个受压构件有n个端点，n取决于与之对应的面截角前的边数，每个端点最终与3个绳单元相连接以达到平衡，作为传统张拉整体结构中杆的替代品。
每个绳单元有两个端点，连接两个不同的受压构件。每个绳单元可以是一根绳，也可以由连接同样两个端点的多根绳组成，也可以没有绳，即假设存在。如果两个相邻的基本模块连接后，两个结构中各自的一个绳单元将合并成一个公共的绳单元，对应多面体截角前两个面的公共边。
下面结合具体实施例予以说明。
基于所要搭建的多面体结构每个面的边数n，选择对应的由一个n端受压构件和2n个绳单元组成的基本模块。如图1所示，以四面体为例，四面体截角前每个面有3边，故选择以3端受压构件和6个绳单元组成的3端基本模块进行搭建，即如图3(a)所示的第1种结构。如果是四棱锥则选择4个3端的模块和1个4端的模块，如图3(b)。以此类推。每一个基本模块是由一个n端的受压构件和2n个绳单元组成的平面结构，每个基本模块对应结构的一个面，如图3所示。
在一个基本模块中，受压构件的相邻两个端点之间有两个绳单元，两个绳单元的铰接点用于与其它的基本模块的受压构件的端点相连。每个绳单元所包含的绳的数量可以是一到多根，也可以是0。绳子数量为0的绳单元，即没有绳，视作一种特殊情况。仅在用于合并成为公共绳单元的两个绳单元中的一个可以绳子数量为0。如图4所示，其中绳单元A3-B1是两个模块各自的一个绳单元合并而成，因此其中一个绳单元可以没有绳。
结构中，每一个受压构件有n个端点，n取决于与之对应的面截角前的边数，每个端点最终与3个绳单元相连接以达到平衡，作为传统张拉整体结构中杆的替代品，如图2所示。每个绳单元有两个端点，连接两个不同的受压构件。每个绳单元可以是一根绳，也可以由连接同样两个端点的多根绳组成，也可以没有绳。
搭建结构时将各个基本模块按照与多面体各个面的对应关系相连接，连接时将一个模块中的一个绳单元与另一个模块中的绳单元合并，即将两个绳单元的两端的铰点分别连接，同时保证受压构件不直接相连接。公共的绳单元对应多面体截角后的残边，其他的绳单元对应截角边。如图4所示，连接两个基本模块，只需要将两个模块中的一个绳单元合并为公共绳单元，即图中的A3-B1，同时保证受压构件A1-A2-A3和受压构件B1-B2-B3不直接相连。依次连接每个模块，最终可得到如图5所示的类截角四面体形状的张拉整体结构。同理，其他形状的类截角多面体也可由这种方法搭建出来。
该搭建方法中，主要以n端的受压构件代替了传统张拉整体结构中的杆作为承受压应力的部分，从而减少了结构中构件的数量，降低结构中杆件交错的复杂程度，并且能够将一个类截角多面体张拉整体结构视作由若干个平面基本模块拼接而成的结构，简化了结构的设计和搭建过程。可以简便快捷地搭建出对称性好，内部空间大的张拉整体结构，且受压构件可依据需要做成各种形状，这也丰富了可搭建结构的类型。搭建的结构可作为装饰用品，设备的载体和建筑结构等，提高了结构的实用性。
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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：首先，搭建基本模块，然后，确定所要搭建的多面体结构每个面的边数n，最后选择对应的基本模块，将每个基本模块按照与多面体面的对应关系依次互相连接，搭建张拉整体结构。
2.根据权利要求1所述的模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：所述基本模块为由一个n端的受压构件和2n个绳单元组成的平面结构。
3.根据权利要求1所述的模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：一个基本模块对应张拉整体结构的一个面。
4.根据权利要求2所述的模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：所述一个基本模块的受压构件的相邻两个端点之间有两个绳单元，两个绳单元的铰接点用于与其它基本模块的受压构件的端点相连。
5.根据权利要求4所述的模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：每个端点最终与3个绳单元相连接以达到平衡。
6.根据权利要求2所述的模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：每个绳单元有两个端点，两个端点连接两个不同的受压构件。
7.根据权利要求6所述的模块化搭建张拉整体结构的方法，其特征在于：每个绳单元为一根绳，或由连接同样两个端点的多根绳组成，或没有实际的绳。
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