专利名称：索杆式可展结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由压杆和拉索组合而成的网格结构，并通过主动索和被动索的设置来实现网格结构的折叠和展开。
背景技术：
可展结构是近半个多世纪来发展起来的一种新型结构，在宇航、建筑结构和军事工程等领域起着重要作用。可展结构的主要特征是具有两种稳定的构形完全折叠状态和完全展开工作状态。在折叠状态时，结构收拢在某一特定形状，在外界驱动力的作用下，结构逐步展开，达到完全展开的工作状态，然后锁定为稳定状态。在过去的几十年中，各国学者们提出了多种可展结构形式，并将之应用于工程实践。这些结构形式中，研究最为深入，应用最为广泛的是基于剪式较单元的折叠网格结构， 但其在大跨结构中使用较少，主要原因有(I)折叠网格结构的节点设计一般比较复杂，目前尚缺乏构造简单且实用、造价低廉的适合工程应用的节点设计；(2)折叠网格结构的构件除受轴力外，还受一定弯矩，受力性能不佳，造价较高；(3)折叠网格结构的刚度很差，位移较难满足使用要求。为此，提出新型折叠网格结构形式，使之能够应用于大跨度开启屋盖等体系显得十分必要。索杆张力结构的刚度由预应力提供，所以可以节省大量的材料；另外由于其应力态恒定，也是一种结构效率很高的体系。而且由于索杆张力结构是由高强度索和压杆组成， 其质量较小。如果用作折叠结构，其收缩率较大，而且其索杆接触的节点很简单，所以索杆式可展结构可以运用于大尺寸可展空间结构。
发明内容
为了克服现有可展结构技术的缺陷，本发明提供了一种索杆式可展结构，该可展结构不仅能满足结构折叠展开等各项功能的要求，还具有设计和施工方便等优点，能较好地满足大跨度可展空间结构的要求。为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案一种索杆式可展结构，其特征在于由拉索和压杆组成的八面体基本单元在水平面两个方向相互连接构成；所述的八面体基本单元的外形为一八面体，是由具有相同底面的上下两个四棱锥组成，该四棱锥底面四边形的四条边由只承受拉力的拉索构成，上四棱锥的四条棱边为四根上斜索，下四棱锥的四条棱边为四根下斜索，从四棱锥底面四边形的四个顶点向四边形中心点连出四根水平压杆，四根水平压杆的交点与上四棱锥顶点通过第一竖向压杆相连，四根水平压杆的交点与下四棱锥顶点通过第二竖向压杆相连；相邻八面体基本单元通过其四棱锥底面四边形的顶点相连，并在相邻四棱锥底面四边形顶点形成新四边形的对角间连有用于防止水平间转动的稳定索，可展结构的上表面由八面体基本单元的上顶点通过上弦索相连接，可展结构的下表面由八面体基本单元的下顶点通过下弦索相连接；将八面体基本单元拼装成的可展结构中每一行和每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的上斜索连接为一根主动索。当八面体基本单元中上斜索长度伸长时，基本单元的自应力消失，形成机构。而当上斜索长度缩短时，则基本单元的自应力可以刚化机构，形成可以承受荷载的结构，将八面体基本单元拼装成的可展结构中每一行和每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的上斜索连接为一根主动索,通过放松主动索,可以将结构折叠；拉紧主动索可以将网格结构展开。所述的四棱锥底面四边形为矩形或者正方形。本发明的有益效果是，本发明由高强度索和压杆组成，其质量较小。由于拉索的单向受力特性，结构的收缩率较大，且拉索和压杆接触的节点简单。另外，由于索杆式可展结构的刚度由预应力提供，所以可以节省大量的材料，减少自重；且由于其应力态恒定，是一种结构效率很高的体系。而且本发明不需要通过减少构件的数量就可以使体系成为机构； 而同样也不需要增加构件就能使体系变为结构。利用拉索驱动可展结构的开合，可以减小驱动的数量，所以索杆式可展结构可以运用于大尺寸可展空间结构。
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明图I是折叠网格结构示意图。图2是四棱维基本单兀不意图。图3是四棱锥基本单元折叠过程示意图。
具体实施例方式下面参照说明书附图，对本发明的具体实施方式
作出更为详细的说明一种索杆式可展结构，包括由拉索和压杆组成的八面体基本单元在水平面两个方向相互连接构成。如图I所示，可展结构在水平两个方向都由3个八面体基本单元连接而成所述的八面体基本单元的外形为一八面体,如图2所示,是由具有相同底面的上下两个四棱锥组成，该四棱锥底面四边形I的每一条边都被设计为只能承受拉力的拉索2， 上四棱锥的四条棱边为四根上斜索3，下四棱锥的四条棱边为四根下斜索14，从底面四边形I的四个顶点4向四边形中心点连出四根水平压杆5，四根水平压杆5的交点与上四棱锥顶点6通过第一竖向压杆7相连，四根水平压杆5的交点与下四棱锥顶点8通过第二竖向压杆9相连，所述的四棱锥底面四边形I可以为矩形或者正方形，图2所示四棱锥底面四边形I为正方形。相邻八面体基本单元通过其四棱锥底面四边形I的顶点4相连，并在相邻四棱锥底面四边形顶点4形成新四边形10的不相邻角间连有稳定索11，用于防止水平间的转动， 可展结构的上表面由八面体基本单元的上顶点6通过上弦索12相连接，其下表面由八面体基本单元的下顶点8通过下弦索13相连接，所述的四根水平压杆的长度相等，并且在交点处四根压杆相互铰接，当八面体基本单元中上斜索3长度伸长时，基本单元的自应力消失，形成机构。而当上斜索3长度缩短时，则基本单元的自应力可以刚化机构，形成可以承受荷载的结构，
将八面体基本单元拼装成的可展结构中每一行和每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的上斜索3连接为一根主动索，通过放松主动索，可以将结构折叠；拉紧主动索可以将网格结构展开。图3所示为一个八面体基本单元的折叠过程。图中虚线所示的为主动索，该基本单元一共拥有两根主动索，在基本单元折叠过程中，主动索不断向基本单元内部滑移，露在基本单元外部主动索的长度越来越短。
权利要求
1.一种索杆式可展结构，其特征在于由拉索和压杆组成的八面体基本单元在水平面两个方向相互连接构成；所述的八面体基本单元的外形为一八面体，是由具有相同底面的上下两个四棱锥组成，该四棱锥底面四边形(I)的四条边由只承受拉力的拉索(2)构成，上四棱锥的四条棱边为四根上斜索(3)，下四棱锥的四条棱边为四根下斜索(14)，从四棱锥底面四边形⑴的四个顶点(4)向四边形(I)中心点连出四根水平压杆(5)，四根水平压杆(5)的交点与上四棱锥顶点(6)通过第一竖向压杆(7)相连，四根水平压杆(5)的交点与下四棱锥顶点(8)通过第二竖向压杆(9)相连，相邻八面体基本单元通过其四棱锥底面四边形(I)的顶点(4)相连，并在相邻四棱锥底面四边形顶点⑷形成新四边形(10)的对角间连有用于防止水平间转动的稳定索(11)， 可展结构的上表面由八面体基本单元的上顶点(6)通过上弦索(12)相连接，可展结构的下表面由八面体基本单元的下顶点(8)通过下弦索(13)相连接，将八面体基本单元拼装成的可展结构中每一行和每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的上斜索(3)连接为一根主动索。
2.根据权利要求I所述的索杆式可展结构，其特征在于，所述的四棱锥底面四边形为矩形或者正方形。
3.根据权利要求I所述的索杆式可展结构，其特征在于，所述的四根水平压杆的长度相等，并且在交点处四根压杆相互铰接。
全文摘要
本发明公开了一种索杆式可展结构，由拉索和压杆组成的八面体基本单元在水平面两个方向相互连接构成；所述的八面体基本单元是由具有相同底面的上下两个四棱锥组成，该四棱锥底面四边形的四条边由只承受拉力的拉索构成，上四棱锥的四条棱边为四根上斜索，下四棱锥的四条棱边为四根下斜索，从四棱锥底面四边形的四个顶点向四边形中心点连出四根水平压杆，四根水平压杆的交点与上四棱锥顶点通过第一竖向压杆相连，四根水平压杆的交点与下四棱锥顶点通过第二竖向压杆相连；相邻八面体基本单元通过其四棱锥底面四边形的顶点相连，将八面体基本单元拼装成的可展结构中每一行和每一列的所有基本单元的，在同一个平面上的上斜索连接为一根主动索。
文档编号E04B7/16GK102605887SQ20121005942
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者冯健, 蔡建国 申请人:东南大学