一种类正六棱台形张拉整体结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种类正六棱台形张拉整体结构，目前尚无外形为正六棱台或近似正六棱台的张拉整体结构；本发明中的类正六棱台形张拉整体结构共有12个节点，24根拉索和6根压杆组成，其中24根拉索可以进一步细分为4组，每组6根。12个节点分别位于底面与顶面相对扭转1度的近似正六棱台的12个顶点上，所有拉索均布置于棱台的表面，其中，第一组拉索布置于底面，与底面正六边形的6条棱边重合，第二组拉索布置于顶面，相互交错组成一个正六角星形，第三组拉索与扭转后的正六棱台的6条竖向棱边重合，第四组拉索位于扭转后的正六棱台的六个侧面的对角线上，6根压杆位于棱柱的内部，每根压杆分别连接一个底面节点和一个顶面节点。所有的节点为铰接点，每个节点连接4根拉索和1根压杆。所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。
【专利说明】一种类正六棱台形张拉整体结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种张拉整体结构，尤其涉及一种类正六棱台形、具有6根压杆和24根拉索的张拉整体结构。
【背景技术】
[0002]张拉整体结构是一种由受压的杆和受拉的索组成的预应力自平衡体系，该类结构的刚度由预应力提供，且构件内力自我相互平衡，一旦失去预应力，结构将不再成立。张拉整体结构具有质量轻、跨度大、造型优美等优点，受到了学术及工程界的广泛关注。
[0003]由于张拉整体结构是一种预应力自平衡体系，其节点位置与构件的连接关系必须满足预应力自平衡条件，不能像其他结构体系那样任意地构造几何形态。因此，现有的张拉整体结构一般为非规则的几何形状。虽然有一些张拉整体结构是基于某一类特定的几何体进行设计的，但是其最终的形态都偏离了原始的标准几何体。目前尚无形态为正棱台体或近似正棱台体的张拉整体结构。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种类正六棱台形张拉整体结构。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种类正六棱台形张拉整体结构，所述类正六棱台的底面的六个节点为节点A、节点B、节点C、节点D、节点E和节点F，对应的顶面的六个节点为节点A’、节点B’、节点C’、节点D’、节点EjPfA F’;节点A和节点B之间连接底索AB，节点B和节点C之间连接底索BC，节点C和节点D之间连接底索CD，节点D和节点E之间连接底索DE，节点E和节点F之间连接底索EF，节点F和节点A之间连接底索FA ;节点K和节点C’之间连接顶索K C’，节点B’和节点D’之间连接顶索B’ D’，节点C’和节点E’之间连接顶索C’ E’，节点D’和节点F’之间连接顶索D’ F’，节点E’和节点K之间连接顶索E’ A’，节点F’和节点B’之间连接顶索F’ B’ ；节点A和节点A’之间连接竖索AA’，节点B和节点B’之间连接竖索BB’，节点C和节点C’之间连接竖索CC’，节点D和节点D’之间连接竖索DD’，节点E和节点E’之间连接竖索EE’，节点F和节点F’之间连接竖索FF’ ；节点A和节点B’之间连接斜索AB’，节点B和节点C’之间连接斜索BC’，节点C和节点D’之间连接斜索⑶’，节点D和节点E’之间连接斜索DE’，节点E和节点F’之间连接斜索EF’，节点F和节点A’之间连接斜索FA’ ；节点A和节点C’之间连接压杆A C’，节点F和节点D’之间连接压杆FD’，节点B和节点F’之间连接压杆BF’，节点C和节点E’之间连接压杆CE’，节点E和节点A’之间连接压杆EA’，节点D和节点B’之间连接压杆DB’。
[0006]进一步地，所述底索AB、底索BC、底索⑶、底索DE、底索EF、底索FA、顶索A’C’、顶索B’D’、顶索C’E’、顶索D’F’、顶索E’A’和顶索F’B’长度相同，均为I ;所述竖索AA'竖索BB’、竖索CC’、竖索DD’、竖索EE’和竖索FF’的长度相同，均为0.84687 ;所述斜索AB’、斜索BC’、斜索⑶’、斜索DE’、斜索EF’和斜索FA’的长度相同，均为1.14567 ;所述压杆AC’、压杆FD’、压杆BF’、压杆CE’、压杆EA’和压杆DB’的长度相同，均为1.57067 ;整个结构的高度A =0.7335人[0007]进一步地，所述底索AB、底索BC、底索⑶、底索DE、底索EF、底索FA、顶索K C’、顶索B’D’、顶索C’E’、顶索D’F’、顶索E’A’和顶索F’B’的预拉力相同，均为/^1 ;所述竖索AA’、竖索BB’、竖索CC’、竖索DD’、竖索EE’和竖索FF’的预拉力相同，均为;所述斜索AB’、斜索BC’、斜索CD’、斜索DE’、斜索EF’和斜索FA’的预拉力相同，均为匕；所述压杆AC’、压杆FD’、压杆BF’、压杆CE’、压杆EA’和压杆DB’的预压力相同，均为& -,^Fcl,Fc2,Fc,和巧满足以下关系:
Fcl = 0.3716/^,
Fc2= 0.0115^,
Fe = 0.7138&。
[0008]进一步地，在无外荷载作用时，所有节点位于类正六棱台的顶点上，当受到外荷载作用时，类正六棱台形张拉整体结构通过改变构件的内力、调整节点的位置来抵抗外荷载的作用，但拉索始终处于受拉状态，压杆始终处于受压状态。
[0009]本发明的有益效果是，本发明中的类正六棱台形张拉整体结构共有12个节点，由24根拉索和6根压杆组成。12个节点分别位于类正六棱台的12个顶点上，24根拉索分布于类正六棱台的表面，6根压杆分布于类正六棱台的内部，每根压杆分别连接一个底面节点和一个顶面节点。所有的节点为铰接点，每个节点连接4根拉索和I根压杆。所有拉索存在预拉力，所有压杆存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。在无外荷载作用时，并且忽略构件自重的情况下，所有节点精确位于类正六棱台的顶点上。当受到外荷载作用时，结构通过调 整构件的内力从而抵抗外荷载的作用，但拉索始终处于受拉状态，压杆始终处于受压状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明中类正六棱台形张拉整体结构的示意图；
图2为本发明中类正六棱台形张拉整体结构的平面图；
图3为本发明中类正六棱台形张拉整体结构的立面图。
【具体实施方式】
[0011]1、构件的连接关系与分类。如图1所示，类正六棱台底面的6个节点分别为
和A与其对应的顶面的6个节点分别为、i/、#和/，底面与顶面相对扭转I度。在图1中用细线表示为拉索，共24根拉索，所有拉索可以进一步细分为4组，每组6根，其中，第一组拉索布置于底面，与底面正六边形的6条棱边重合，称为底索；第二组拉索布置于顶面，相互交错组成一个正六角星形，称为顶索；第三组拉索与类正六棱台的6条竖向棱边重合，称为竖索；第四组拉索位于类正六棱台的六个侧面的对角线上，称为斜索。在图1中用粗线表示的为压杆，共6根压杆，分别连接节点乂和、C和#、倉和瓜^和沒、Y和仄i/和凡
[0012]2、构件的几何长度。如图2所示，用7表示类正六棱台形张拉整体结构对应的底面边长。所有底索和所有顶索具有相同的几何长度7，所有竖索具有相同的几何长度
0.84687，所有斜索具有相同的几何长度1.14567，所有压杆具有相同的几何长度1.5706人如图3所示，用A表示类正六棱台形张拉整体结构对应的正六棱台高度，且A =0.73357。[0013]3、构件的预拉(压)力。为保证结构在无外荷载作用时处于自平衡的状态，各类构件的预拉(压)力的大小需满足以下关系:
Fcl = 0.3716fb,
Fc2= 0.0115fb,
Fe = 0.7138fb。
[0014]其中，和巧分别为底(顶)索、竖索、斜索和压杆的内力大小。
[0015]4、构件的下料长度。所谓下料长度是指构件加工完成时的长度，此时构件处于无应力状态。各类构件的下料长度为:
【权利要求】
1.一种类正六棱台形张拉整体结构，其特征在于，所述类正六棱台的底面的六个节点为节点A、节点B、节点C、节点D、节点E和节点F，对应的顶面的六个节点为节点A’、节点B’、节点C’、节点D’、节点E’和节点F’ ；节点A和节点B之间连接底索AB，节点B和节点C之间连接底索BC，节点C和节点D之间连接底索CD，节点D和节点E之间连接底索DE，节点E和节点F之间连接底索EF，节点F和节点A之间连接底索FA ;节点A’和节点C’之间连接顶索A’C’，节点B’和节点D’之间连接顶索B’D’，节点C’和节点E’之间连接顶索C’E’，节点D’和节点F’之间连接顶索D’ F’，节点E’和节点A’之间连接顶索E’ A’，节点F’和节点B’之间连接顶索F’ B’;节点A和节点K之间连接竖索AA’，节点B和节点B’之间连接竖索BB’，节点C和节点C’之间连接竖索CC’，节点D和节点D’之间连接竖索DD’，节点E和节点E’之间连接竖索EE’，节点F和节点F’之间连接竖索FF’;节点A和节点B’之间连接斜索AB’，节点B和节点C’之间连接斜索BC’，节点C和节点D’之间连接斜索⑶’，节点D和节点E’之间连接斜索DE’，节点E和节点F’之间连接斜索EF’，节点F和节点K之间连接斜索FA’ ；节点A和节点C’之间连接压杆A C’，节点F和节点D’之间连接压杆FD’，节点B和节点F’之间连接压杆BF’，节点C和节点E’之间连接压杆CE’，节点E和节点A’之间连接压杆EA’，节点D和节点B’之间连接压杆DB’。
2.根据权利要求1所述类正六棱台形张拉整体结构,其特征在于,所述底索AB、底索BC、底索CD、底索DE、底索EF、底索FA、顶索A’C’、顶索B’D’、顶索C’E’、顶索D’F’、顶索E’A’和顶索F’ B’长度相同，均为7 ;所述竖索AA’、竖索BB’、竖索CC’、竖索DD’、竖索EE’和竖索FF’的长度相同，均为0.84687 ;所述斜索AB’、斜索BC’、斜索⑶’、斜索DE’、斜索EF’和斜索FAjA长度相同，均为1.14567 ;所述压杆AC、压杆FD、压杆BF、压杆CE、压杆EA和压杆DB的长度相同，均为1.57067 ;整个结构的高度A =0.7335人
3.根据权利要求1所述类正六棱台形张拉整体结构,其特征在于,所述底索AB、底索BC、底索CD、底索DE、底索EF、底索FA、顶索A’ C’、顶索B’ D’、顶索C’ E’、顶索D’ F’、顶索E’A’和顶索F’B’的预拉力 相同，均为Ael ;所述竖索AA’、竖索BB’、竖索CC’、竖索DD’、竖索EE’和竖索FF’的预拉力相同，均为;所述斜索AB’、斜索BC’、斜索CD’、斜索DE’、斜索EF’和斜索FA的预拉力相同，均为Fcz ;所述压杆AC、压杆FD、压杆BF、压杆CE、压杆EA和压杆DB的预压力相同，均为&,^Fcl,Fc2,Fc,和/^满足以下关系:
Fcl = 0.3716/^,
Fc2= 0.0115^,
Fe = 0.7138&。
4.如权利要求1所述的类正六棱台形张拉整体结构，其特征在于，在无外荷载作用时，所有节点位于类正六棱台的顶点上，当受到外荷载作用时，类正六棱台形张拉整体结构通过改变构件的内力、调整节点的位置来抵抗外荷载的作用，但拉索始终处于受拉状态，压杆始终处于受压状态。
【文档编号】E04B1/34GK103790233SQ201410025690
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】许贤, 蔡晖映, 罗尧治 申请人:浙江大学