CN114687440A - 采用钢条索增强的张拉整体结构组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用钢条索增强的张拉整体结构组件，本张拉整体结构组件包括：张拉整体结构和钢条索，钢条索包括特质细钢条和位于钢条两侧的扣索，所述钢条索设于所述张拉整体结构组件，所述钢条索穿过张拉整体结构上限位孔，通过钢条两侧的扣索自锁于所述张拉整体结构。通过在张拉整体结构上设置钢条索，可以提高张拉整体结构的结构强度，增强张拉整体结构组件的抗扭转性能，有效地抑制张拉整体结构整体扭曲变形，提高张拉整体结构组件的耐久性，从而可以有效地提高张拉整体结构的承载能力，延长张拉整体结构组件的使用寿命。

Description

采用钢条索增强的张拉整体结构组件

技术领域

本发明例涉及张拉整体结构领域，尤其是涉及一种采用钢条索增强的张拉整体结构组件。

背景技术

张拉整体结构是空间中具有稳定体积的结构，其由一系列不连续的受压单元(压杆)和一系列连续的受拉单元(拉索)相互作用而成，压杆离散布置、互不接触，在拉力作用下形成了连续的张力网络，两者铰接构成了一个处于自应力状态下的空间网格体系。但是建筑结构所受的力相对较大且复杂，易导致张拉整体结构随着外荷载的增大，结构抗扭能力较弱，在使用初期即可发生破坏，整个结构丧失承载能力，从而大大降低整体结构的使用功能。

在很多建筑物当中索结构可以为结构提供有效预应力，由于拉索预应力的广泛存在，因此可将钢条索结构引入张拉整体结构。张拉整体结构可通过改变结构形式、拉索的个数以及连接方式来调整张拉整体结构的形状、预应力和抗压刚度等。基于张拉整体结构既具有质量轻、柔性刚度、可折叠、易拆卸的柔性结构的自我保护能力的特性，又符合传统刚性结构必需的几何构造准则，因此该结构可利用自身形变，产生多类结构构型，在建筑学领域可作为基本结构来制作变结构建筑。因此整个结构引入钢条索代替传统全实现结构的自支承、自平衡的，保证结构能承受更大的扭转。此外，张拉整体结构在大跨度建筑空间结构中极大程度的节省建筑材料，有着较大的发展潜能。

发明内容

本发明例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明例的一个目的在于提出一种采用钢条索增强的张拉整体结构组件，通过在张拉整体结构上设置自带索的钢拉条，可以提高张拉整体结构组件的结构强度，增强张拉整体结构组件的抗扭转性能，有效地抑制张拉整体结构整体扭曲变形，有效地提高张拉整体结构的承载能力，延长张拉整体结构组件的使用寿命。

根据本发明例实施例的采用钢条索增强的张拉整体结构组件，包括：张拉整体结构和钢条索，所述钢条索包括特质细钢条和位于钢条两侧的扣索，所述钢条索设于所述张拉整体结构组件，所述钢条索穿过张拉整体结构上限位孔自锁于所述张拉整体结构。

根据本发明例实施例的采用钢条索增强的张拉整体结构组件，通过在张拉整体结构上设置钢条索，可以提高张拉整体结构的结构强度，增强张拉整体结构组件的抗扭转性能，有效地抑制张拉整体结构整体扭曲变形，提高张拉整体结构组件的耐久性，从而可以有效地提高张拉整体结构的承载能力。

另外，根据本发明实施例的采用钢条索增强的张拉整体结构组件，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述所述钢条索，其钢条截面大小为0.7厘米×0.1厘米，钢索两端带有能自动卡紧的扣索。

在本发明的一些实施例中，所述所述张拉整体结构独立主体底面为厚度1～2厘米PLA材质板，其板形状包括对边三角形，正方形。

在本发明的一些实施例中，所述不同底板形状的张拉整体结构钢索固定模式有所区别，所述独立主体，以对边三角形为底面的独立主体，于三角形三个顶点分别留有钢条截面大小限位孔洞，且于中心立柱留有钢条截面大小限位孔洞，使得钢索能穿过结构；以正方形为底面的独立主体，于正方形四个顶点分别留有钢条截面大小限位孔洞，且于两侧立柱留有钢条截面大小限位孔洞，使得钢索能穿过结构。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明例一个实施例对边三角形底板形式下的张拉整体结构的整体示意图；

图2是本发明例一个实施例对边三角形底板形式下的张拉整体结构的俯视图；

图3是本发明例一个实施例的连接钢条索示意图；

图4是本发明例一个实施例正方形底板形式下的张拉整体结构的的整体示意图；

图5是本发明例一个实施例正方形底板形式下的张拉整体结构剖面图。

附图标记：

采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100；

PLA材料上部独立结构1；独立结构底板11；独立结构立柱12；

PLA材料下部独立结构2；独立结构底板21；独立结构立柱22；

钢条索结构3；钢索31；钢条32；

采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200；

PLA材料上部独立结构4；独立结构底板41；独立结构立柱42；

PLA材料下部独立结构5；独立结构底板51；独立结构立柱52。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100。

如图1-图4所示，采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100，包括：PLA材料上部独立结构1；独立结构底板11；独立结构立柱12；PLA材料下部独立结构2；独立结构底板21；独立结构立柱22；钢条索结构3；钢条31；钢索32。

具体的，PLA材料上部独立结构1中立柱11与底板12为一个整体，由3D打印机直接打印而成，上部独立结构1与下部独立结构2材料大小均一致，独立主体垂直放置时，上部独立结构1应相对于下部独立结构2以中心线为轴旋转60度并上下翻转，上部独立结构底板11与下部独立结构21于三角形三个顶点分别留有钢条32截面大小限位孔洞，独立结构立柱12钢条32截面大小限位孔洞，使得钢索能穿过结构。钢条索3中，其钢条32穿过预留孔洞，并由钢索31固定于结构结构外。

由此，通过钢索31和钢条32的联合使用，可以代替以往张拉整体结构以麻绳棉绳等连接造成的结构不稳定的情况，钢条32通过增大连接的截面面积从而增大连接的抗侧刚度，从而改善结构的抗扭转性能问题，并且钢条价格实惠，强度足够大，这也极大提升了结构的承载能力，提升结构的使用寿命和实用性。

进一步的，钢索31位于结构两端提供预应力，当结构受到扭转力后，可极大程度抵消部分扭转力，从而减轻扭转直接作用于结构造成的破坏，从而提升整体结构的使用寿命和实用性。

根据本发明实施例的采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100，由于本发明实施例的采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100，钢条32材质轻，但是强度高，通过与钢索的配合使用，可以有效提升张拉整体结构抗扭刚度，并且材料的成本低，同时钢索具有自锁功能，使用方便，并且施工成型方便，还具有一定预应力，二者的结合可以使得整个结构趋于稳定性。

但因钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100中，整体结构的主拉应力位于结构中心，当受力不均时极易引起整个结构扭转超过限度造成整体结构的变形，从而导致整体结构的破坏，因此，必须在原有结构上考虑一种新的结构形式。因此在原始采用钢条索增强。

由此，本发明实施例中的考虑通过增加结构的钢条索个数和改变结构的钢条索位置来改善整体结构的稳定性以及抗扭性能，即将采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100中的独立结构底板考虑采用正方形形式，并将原本设于中心线的钢条分为两条钢条索移动至结构的对边，整体修改之后构成一个新的采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200，新的组件由于钢条索的增多以及钢条索将原有集中于中间的主拉力转移至结构两侧共同承担，因此较之之前的结构由具有更像的抗侧刚度和承载能力。如图4-图5所示，采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200；PLA材料上部独立结构4；独立结构底板41；独立结构立柱42；PLA材料下部独立结构5；独立结构底板51；独立结构立柱52；钢条索结构3；钢条31；钢索32。

具体的，PLA材料上部独立结构4中立柱41与底板42为一个整体，由3D打印机直接打印而成，上部独立结构4与下部独立结构5材料大小均一致，独立主体垂直放置时，上部独立结构1应相对于下部独立结构2以中心线为轴旋转90度并上下翻转，上部独立结构底板41与下部独立结构51于正方形三个顶点分别留有钢条32截面大小限位孔洞，独立结构立柱42钢条32截面大小限位孔洞，使得钢索能穿过结构。钢条索3中，其钢条32穿过预留孔洞，并由钢索31固定于结构结构外。

新的结构具有结构100的所有优点，并且有抗侧刚度和承载能力都因为结构的改变有了更大的提高，它具有抗扭转、符合日常使用习惯等优点，且不难整体结构的稳定性和钢条索的多少有密切联系，方便之后此类结构的继续探索。

下面根据图1-图3，描述本发明实施例的一种采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100的制造方法，采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100，为根据权利要求1～9中任意一项的采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100，制造方法包括如下步骤：

由电脑3D建模软件建立需要的模型样式，导入3D打印机中用PLA材料进行打印

具体的，通过3D建模软件建立PLA材料上部独立结构1和PLA材料上部独立结构2，确定上部独立结构底板11和上部独立结构立柱12以及下部独立结构底板21和下部独立结构立柱22的具体位置，底板长度可为25～30厘米，立柱高度为20厘米，为“y”字型，立柱重心位置垂直于底板中线，完成模型建立之后直接导入3D打印机进行打印。

进一步的，在上部独立结构底板11与下部独立结构21于三角形三个顶点分别留有钢条32截面大小限位孔洞，在小立柱重心位置留有钢条32截面大小限位孔洞限位孔洞大小0.7厘米×0.1厘米，孔位离顶点垂直距离为0.5厘米。

可选的，限位孔方向可垂直任意方向。

进一步的，将钢条32穿过限位孔，并由钢索31将其固定于两端。

具体的，上部独立结构1相对PLA材料下部独立结构2以轴心60度旋转，二者底板重心在一条垂直线上，且中间间隔一定距离，结构整体高度为30厘米，因此三个顶点钢条总长为30+2×2厘米，立柱中央钢条总长20+2×2厘米，钢条32在两端预留2厘米长度钢条方便钢索固定。

可选的，在将钢条穿过限位孔洞并由钢索上锁之后，可用热熔棒融化PLA余料将限位孔洞密封，防止钢条产生偏移。

由此可知，本发明实施例的采用钢条索增强正六边形底板形式下的张拉整体结构组件100，过程简单，操作性强，施工方便；

进一步的，为了进一步增强整体结构的抗侧刚度，提出另一种本发明实施例，采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200；下面根据图4-图5，描述本发明实施例的一种采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200的制造方法，采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200，为根据权利要求1～9中任意一项的采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200，制造方法包括如下步骤：

由电脑3D建模软件建立需要的模型样式，导入3D打印机中用PLA材料进行打印

具体的，通过3D建模软件建立PLA材料上部独立结构4和PLA材料4下部独立结构5，确定上部独立结构底板41和上部独立结构立柱42以及下部独立结构底板51和下部独立结构立柱52的具体位置，底板长度D可为25～30厘米，上部独立结构立柱42和下部独立结构立柱对边布置，呈倒“L”形，高度为20厘米，厚度为2厘米，“L”短边宽度2厘米，距离左边缘6～7厘米，重心位置垂直于底板中线，完成模型建立之后直接导入3D打印机进行打印。

进一步的，在上部独立结构底板41与下部独立结构51于正方形四个顶点分别留有钢条32截面大小限位孔洞，在小立柱重心位置留有钢条32截面大小限位孔洞限位孔洞大小0.7厘米×0.1厘米，孔位离相邻两边垂直距离为0.5厘米。

可选的，限位孔方向可垂直任意方向。

进一步的，将钢条32穿过限位孔，并由钢索31将其固定于两端。

具体的，上部独立结构4相对PLA材料下部独立结构5以轴心90度旋转，二者底板重心在一条垂直线上，且中间间隔一定距离，结构整体高度为30厘米，因此三个顶点钢条总长为30+2×2厘米，立柱中央钢条总长20+2×2厘米，钢条32在两端预留2厘米长度钢条方便钢索固定。

可选的，在将钢条穿过限位孔洞并由钢索上锁之后，可用热熔棒融化PLA余料将限位孔洞密封，防止钢条产生偏移。

由此可知，本发明实施例的采用钢条索增强正方形底板形式下的张拉整体结构组件200，技术更加合理，过程略微复杂但是操作性依旧可观，相较于结构200更有优势和实用性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，包括：

张拉整体结构，所述张拉整体结构包括至少上下两个独立PLA材料主体和至少3根连接线，两个结构垂直放置并通过所述连接线连接，由主体和线共同构成完整的具有一定稳定性的张拉整体结构；

钢条索，所述钢条索连接上下两个独立结构，所述钢条索包括：扁平钢条一条和两端自带卡槽钢索。

2.根据权利要求1所述采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述张拉整体结构独立主体为轴对称结构，上下结构完全一致。

3.根据权利要求1所述采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述张拉整体结构独立主体底面为厚度1～2厘米PLA材质板，其板形状包括对边三角形，正方形。

4.根据权利要求3所述采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述独立主体垂直放置时，上下两个独立PLA材料主体中心保持一致。

5.根据权利要求4所述采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述独立主体垂直放置时，以对边三角形为底面的独立主体，上部独立组件应相对于下部独立组件以中心线为轴旋转60度并上下翻转；以正方形为底面的主体，上部独立组件应相对于下部独立组件以中心线为轴旋转180度并上下翻转。

6.根据权利要求3所述采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述独立主体，以对边三角形为底面的独立主体，于三角形中心线位置设有立柱，立柱成“y”字型，且此立柱重心垂直于三角形重心；以正方形为底面的独立主体，于正方形对边分别设有立柱，立柱成倒“L”字型，且此立柱重心分别垂直于对应正方形边的中线上。

7.根据权利要求3所述采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述独立主体，以对边三角形为底面的独立主体，于三角形三个顶点分别留有钢条截面大小限位孔洞，且于中心立柱留有钢条截面大小限位孔洞，使得钢索能穿过结构；以正方形为底面的独立主体，于正方形四个顶点分别留有钢条截面大小限位孔洞，且于两侧立柱留有钢条截面大小限位孔洞，使得钢索能穿过结构。

8.根据权利要求1所述的采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述钢条索，其钢条截面大小为0.7厘米×0.1厘米，两端钢索能自动卡紧。

9.根据权利要求7所述的采用钢条索增强的张拉整体结构组件，其特征在于，所述钢条索，其钢条穿过预留孔洞，并由钢索固定于结构两端。

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