CN111021619A - 一种柔性边界的张拉结构体系 - Google Patents
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Abstract
一种柔性边界的张拉结构体系，包括上弦刚性壳体、腹杆、下弦索网、辐射压杆桁架、稳定桁架，所述辐射压杆桁架通过稳定桁架形成结构的基本骨架，所述上弦刚性壳体根据外形需要自由成型与基本骨架刚性连接，所述下弦索网对称布置在压杆桁架两侧的下弦，所述上弦壳体和下弦索网通过腹杆形成空间受力体系，可以应用在建筑结构上，也可以应用在天线领域，如果需要运动或转动，相比其他结构体系由于自重轻，较小的转动惯量极大的减轻了运动控制系统负担，因此具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，尤其是涉及一种柔性边界张拉结构体系。
背景技术
现有的张拉结构特别是以弦支穹顶为基础的体系结构，缺点是必须要刚性边界提供外部拉力，具有初始的几何缺陷，容易失稳引起整体结构失效。
发明内容
本使用新型的目的在于为了克服张拉结构必须有刚性边界提供外力这个缺陷，设计了一种能自我调节，稳定桁架的位置结构基础的位置自由调整支座和柔性边界张拉结构体系。
为了实现上述目的，本发明设计的一种柔性边界的张拉结构体系，包括上弦刚性壳体、腹杆、下弦索网、辐射压杆桁架、稳定桁架，所述辐射压杆桁架通过稳定桁架形成结构的基本骨架，所述上弦刚性壳体根据外形需要自由成型与基本骨架刚性连接，所述下弦索网对称布置在压杆桁架两侧的下弦，所述上弦壳体和下弦索网通过腹杆形成空间受力体系。
进一步的方案为，所述下弦索网由纵横向均匀交错的拉索分布构成，且下弦索网均匀分布在辐射压杆桁架的两侧，并与辐射压杆桁架的下弦节点铰接，所述下弦索网的预应力通过辐射压杆桁架形成封闭的应力回路：辐射压杆桁架下弦节点与下弦索网的铰接处，每个节点上，辐射压杆桁架的内力与两根拉索内力的合力大小相等、方向相反，达到内力自平衡。这种结构的特点是不需要刚性边界提供外力，极大的拓宽了张拉结构的应用领域。
更进一步的方案为，上弦刚性壳体与辐射压杆桁架的上弦刚接，所述上弦刚性壳体与下弦索网通过撑杆连接。
进一步的方案为，所述上弦刚性壳体的曲面形状为适用于整体张拉结构体系外形需要的自由曲面。
更进一步的方案为，所述的辐射压杆桁架的曲线要与上弦刚性壳体的自由曲面保持一致。
进一步的方案为，所述稳定桁架设置于固定支座或运动支座上。
更进一步的方案为，所述辐射压杆桁架由两榀平面桁架交叉对称布置，包括上弦杆一、下弦杆一和辐射腹杆，且辐射压杆桁架的上弦在平面内的造型与整体结构的形状吻合。
进一步的方案为，所述稳定桁架有多榀三角形立体桁架组成，包括上弦杆二、下弦杆二和稳定腹杆，且稳定桁架的上弦在平面内的造型与整体结构的形状吻合，所述稳定桁架的下部装有可沿着轨道运动的滑轮。
更进一步的方案为，所述上弦刚性壳体的每一个节点均通过腹杆连接至下弦索网上对应的四个节点，所述上弦刚性壳体边线上的每个节点均通过腹杆连接至下弦索网边线上对应的两个节点。
进一步的方案为，所述基本骨架的上弦中心下凹、四角翘起，下弦索网整体呈下凹的抛物柱面/椭圆球/球面。
本发明的特点及有益效果在于：柔性边界张拉结构体系是在张拉结构特别是弦支穹顶的基础上提出来的，这种体系具有张拉结构的特点，同时克服了张拉结构必须要刚性边界提供外部拉力这个缺点，合理布置索网把预应力通过辐射压杆桁架形成封闭回路，从而达到一个自平衡体。自平衡的结构体系可以调整稳定桁架的位置，从而可以根据结构基础的位置自由调整支座位置。
所述上弦刚性壳体可以根据结构的形状要求，自由确定，通过腹杆与下弦索网共同受力，与普通桁架结构相比，大大减轻结构自重；当结构作为运动体时，优势更加明显，结构轻巧，而且表面形状可以多样，既可以应用在建筑结构上，也可以应用在天线领域，如果需要运动或转动，相比其他结构体系由于自重轻，较小的转动惯量极大的减轻了运动控制系统负担，因此具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的轴测图。
图2为本发明中基本骨架示意图。
图3为本发明中基本骨架和上弦刚性壳体的连接示意图。
图4为本发明中基本骨架和下弦索网的连接示意图。
图5为发明中基本骨架和腹杆的连接示意图。
图6为本实施例的俯视图。
图7为本实施例的正视图。
图8为本实施例的左视图。
图9为本实施例辐射压杆桁架下弦节点铰接处的受力分析图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步的说明：
实施例1
如图1至5所示，本发明提供一种技术方案，一种柔性边界的张拉结构体系，包括上弦刚性壳体1、腹杆2、下弦索网3、辐射压杆桁架4、稳定桁架5，所述辐射压杆桁架4通过稳定桁架5形成结构的基本骨架，所述上弦刚性壳体1根据外形需要自由成型与基本骨架刚性连接，所述下弦索网3对称布置在压杆桁架4两侧的下弦，所述上弦壳体1和下弦索网3通过腹杆2形成空间受力体系。
如图4、图9所示，所述下弦索网3由纵横向均匀交错的拉索分布构成，且下弦索网3均匀分布在辐射压杆桁架4的两侧，并与辐射压杆桁架4的下弦节点铰接，所述下弦索网3的预应力通过辐射压杆桁架4形成封闭的应力回路：辐射压杆桁架4下弦节点与下弦索网3的铰接处，每个节点上，辐射压杆桁架4的内力与两根拉索内力的合力大小相等、方向相反，达到内力自平衡。这种结构的特点是不需要刚性边界提供外力，极大的拓宽了张拉结构的应用领域。
如图3所示，所述上弦刚性壳体1与辐射压杆桁架4的上弦刚接，所述上弦刚性壳体1与下弦索网3通过撑杆连接。
如图1、图3所示，所述上弦刚性壳体1的曲面形状为适用于整体张拉结构体系外形需要的自由曲面。。
如图1、图4所示，所述的辐射压杆桁架4的曲线要与上弦刚性壳体1的自由曲面保持一致。
所述稳定桁架5设置于固定支座或运动支座上。
如图2所示，所述辐射压杆桁架4由两榀平面桁架交叉对称布置，包括上弦杆一、下弦杆一和辐射腹杆，且辐射压杆桁架4的上弦在平面内的造型与整体结构的形状吻合；所述稳定桁架5有多榀三角形立体桁架组成，包括上弦杆二、下弦杆二和稳定腹杆，且稳定桁架5的上弦在平面内的造型与整体结构的形状吻合，所述稳定桁架5的下部装有可沿着轨道运动的滑轮。
如图6至8所示，当整体体系作为天线结构时，本实施例中基本骨架上表面为柱状抛物面，投影尺寸为双向40m，沿轨道左右各运动45度角。整体结构给敷设在上弦刚性壳体的反射网面提供支撑。天线反射面的型面精度随着天线的运动角度的变化而变化而且在运动过程中其他荷载如风荷载大小及方向、雪荷载等时刻发生变化，本发明提供的上弦刚性壳体和下部索网通过撑杆协同工作，极大的提高结构刚度，控制在不同工况下的位移变化，同时降低转动惯量。天线上的所有荷载通过刚性壳体和下部索网组成的空间结构把竖向的外力通过辐射压杆桁架和稳定桁架组成的基本骨架传递到天线基础结构，同时对称布置的索网与刚性壳体反过来也为辐射压杆桁架提供平面外的稳定，进一步的可以减小压杆桁架的重量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性边界的张拉结构体系，包括上弦刚性壳体（1）、腹杆（2）、下弦索网（3）、辐射压杆桁架（4）、稳定桁架（5），其特征在于：所述辐射压杆桁架（4）通过稳定桁架（5）形成结构体系的基本骨架，所述上弦刚性壳体（1）根据外形需要自由成型与基本骨架刚性连接，所述腹杆（2）的一端连接上弦刚性壳体（1）上的节点，另一端连接下弦索网（3）上对应的节点，使上弦刚性壳体（1）和下弦索网（3）通过腹杆（2）形成空间受力体系。
2.根据权利要求1所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述下弦索网（3）由纵横向均匀交错的拉索分布构成，且所述下弦索网（3）上对角线位置与辐射压杆桁架（4）的下弦节点铰接，所述下弦索网（3）对称张拉在基本骨架上形成张拉内力的回路，达到内力自平衡。
3.根据权利要求1所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述上弦刚性壳体（1）与辐射压杆桁架（4）的上弦刚接，所述上弦刚性壳体（1）与下弦索网（3）通过腹杆（2）连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述上弦刚性壳体（1）的曲面形状为适用于整体张拉结构体系外形需要的自由曲面。
5.根据权利要求4所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述的辐射压杆桁架（4）的曲线要与上弦刚性壳体（1）的自由曲面保持一致。
6.根据权利要求1所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述稳定桁架（5）设置于固定支座或运动支座上。
7.根据权利要求1所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述辐射压杆桁架（4）由两榀平面桁架交叉对称布置，包括上弦杆一、下弦杆一和辐射腹杆，且辐射压杆桁架（4）的上弦在平面内的造型与整体结构的形状吻合。
8.根据权利要求1所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述稳定桁架（5）有多榀三角形立体桁架组成，包括上弦杆二、下弦杆二和稳定腹杆，且稳定桁架（5）的上弦在平面内的造型与整体结构的形状吻合，所述稳定桁架（5）的下部装有可沿着轨道运动的滑轮。
9.根据权利要求2所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述上弦刚性壳体（1）的每一个节点均通过腹杆（2）连接至下弦索网（3）上对应的四个节点，所述上弦刚性壳体（1）边线上的每个节点均通过腹杆（2）连接至下弦索网（3）边线上对应的两个节点。
10.根据权利要求1所述的柔性边界的张拉结构体系，其特征在于：所述基本骨架的上弦中心下凹、四角翘起，下弦索网（3）整体呈下凹的抛物柱面/椭圆球/球面。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114182885A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-15 | 中城建(福建)建筑设计研究院有限公司 | 一种抵抗风吸力的预应力梁 |
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| CN114182885A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-15 | 中城建(福建)建筑设计研究院有限公司 | 一种抵抗风吸力的预应力梁 |
| CN114182885B (zh) * | 2021-12-23 | 2022-12-13 | 中城建(福建)建筑设计研究院有限公司 | 一种抵抗风吸力的预应力梁 |
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