一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系制造技术

本发明专利技术提供一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，包括若干节模块单元

【技术实现步骤摘要】
一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系


[0001]本专利技术涉及建筑
，具体为一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系
。

技术介绍

[0002]从
1920
年
Karl Ioganson
创作的三棱柱型张拉整体模块
(3
杆9索
)
建构主义艺术雕塑到
1948
年
Kenneth Duane Snelson
完成的一个张拉整体艺术品“X
‑
柱”，再到
Richard Buckminster Fuller
教授
1962
年专利中创造了“Tensegrity”一词，迄今已逾百年，源于“压力的孤岛漂浮于拉力的海洋之中”宇宙形态的张拉整体理论研究已然根深叶茂，张拉整体思想这一形态科学皇冠上璀璨的明珠依然闪耀着夺目的光芒，引导着大跨空间结构体系创新前进的方向
。
然而，与硕果累累的理论研究和张拉整体自然形态的随处可见形成巨大反差的是完整意义上的张拉整体建筑实践并不多见，令人遗憾之余亟待有所突破
。
[0003]目前世界范围内经过设计分析并最终建成的具有张拉整体特点的建筑实践屈指可数，如表所示
。
[0004]表张拉整体建筑实践或尝试
[0005][0006][0007]世界范围内张拉整体建筑实践不多的几点可能原因如下：
[0008](1)
传统的棱柱型张拉整体模块内部空间狭小
、
不规则，拓扑或形状几何变换后难以满足建筑功能空间要求
。
例如，可以通过直杆变曲杆或者采用截角多面体张拉整体模块来改善这一问题，但曲杆实际上是平面或空间曲线梁而非简单的二力杆，截角多面体张拉整体模块力学性能方面的研究亦尚待深入；
[0009](2)
早期的正则棱柱型张拉整体模块每个顶点只有1根压杆3根索，仅在形状几何奇异的情况下存在自应力模态即自应力模态数随形状几何的变化而变化，体系自应变能可能消失
(
注：转化为动能或其他形式
)
，自应变能的变化可能是间断的而非连续的从而呈现非自保守系统特征
。
另外，早期传统的正则棱柱型张拉整体模块的自平衡形态对应受拉材料用量泛函取得极小值而受压材料
(
忽略压杆局部稳定问题
)
用量泛函取得极大值，而非相反
。
这意味着传统棱柱型张拉整体模块总是利用最少的受拉材料和最多的受压材料来达到自平衡，材料的积聚貌似更青睐于主压应力状态；
[0010](3)
目前采用传统张拉整体模块拼装或嵌填生成的大型
、
永久的张拉整体体系的空间刚度偏低，难以满足重载楼
、
屋盖或桥面的承载要求
。
单个张拉整体模块中拉索的截面材料利用率高并不意味着拼装后大型张拉整体体系的力流传递路径最短或材料总用量最低，整体由局部组成但局部必须服从整体
。
另一方面，传统张拉整体模块的自应力模态中峰值自应力一般由压杆控制，而轴心受压构件设计中屈曲问题导致压杆的材料利用率低下；
[0011](4)
大型张拉整体体系一般存在多个独立自应力模态
。
预应力设计
、
施工复杂且制作更为精细，建造和使用成本较高
。
这与长期以来土木工程粗放的生产方式有矛盾
。

技术实现思路

[0012](
一
)
解决的技术问题
[0013]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，解决了上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0014](
二
)
技术方案
[0015]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，包括若干节模块单元
、
背系索
、
前系索
、
下系索，若干节模块单元一维串列形成张拉整体体系，所述模块单元包括一组竖向压杆
、
纵向水平压杆
、
横向水平压杆，一组竖向压杆
、
纵向水平压杆
、
横向水平压杆的前一组压杆依次排布在后一组压杆的外侧形成二十面体离散为6杆的张拉模块单元，不同的竖向压杆
、
纵向水平压杆
、
横向水平压杆的端部之间通过受拉构件相连，一串模块单元中间隔若干个将其中一个模块单元的竖向压杆作为桅杆；所述背系索
、
前系索的一端连接桅杆顶端，所述背系索的另一端斜拉临近模块单元的竖向压杆底端；所述前系索的另一端斜拉临近模块单元的纵向水平压杆，所述下系索水平张拉临近模块单元的竖向压杆底端，若干串列模块单元的横向水平压杆上架设有人行桥面
。
[0016]优选的，所述张拉整体体系由
20
节不等高的三种标准模块单元顺序循环排列组成，分别为模块
a、
模块
b
和模块
c。
[0017]优选的，所述模块单元为6杆
24
索的模块单元，所述受拉构件为
24
根，一组竖向压杆
、
纵向水平压杆
、
横向水平压杆的
12
个端部之间
(
除同组压杆端部之间
、
以及位于某一组压杆之间远离其端部的一根压杆的端部之间
)
均通过受拉构件连接
。
[0018]优选的，所述模块单元为6杆
25
索的模块单元，所述受拉构件为
25
根，在6杆
24
索的模块单元的基础上，两根竖向压杆的底端之间连接有横向水平索一
。
[0019]优选的，所述模块单元为6杆
26
索的模块单元，所述受拉构件为
26
根，在6杆
25
索的模块单元的基础上，两根竖向压杆的顶端之间连接有横向水平索二
。
[0020]优选的，所述模块单元为6杆
27
～
30
索的模块单元
。
[0021]优选的，所述受拉构件采用平行钢丝束
PE
索
、
钢丝绳或钢绞线拉索及钢拉杆中的一种
。
[0022]优选的，所述桅杆的底端采用钢管混凝土柱墩的形式连接下部的地面基础
。
[0023]一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，其特征在于：其余构件与权利要求1中一致，区别在于所述模块单元包括一组竖向压杆
、
横向水平压杆和一根纵向水平压杆，一组竖向压杆
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，其特征在于：包括若干节模块单元
、
背系索
(1)、
前系索
(2)、
下系索
(3)
，若干节模块单元一维串列形成张拉整体体系，所述模块单元包括一组竖向压杆
(4)、
纵向水平压杆
(5)、
横向水平压杆
(6)
，一组竖向压杆
(4)、
纵向水平压杆
(5)、
横向水平压杆
(6)
的前一组压杆依次排布在后一组压杆的外侧形成二十面体离散为6杆的张拉模块单元，不同的竖向压杆
(4)、
纵向水平压杆
(5)、
横向水平压杆
(6)
的端部之间通过受拉构件
(7)
相连，一串模块单元中间隔若干个将其中一个模块单元的竖向压杆
(4)
作为桅杆
(13)
；所述背系索
(1)、
前系索
(2)
的一端连接桅杆
(13)
顶端，所述背系索
(1)
的另一端斜拉临近模块单元的竖向压杆
(4)
底端；所述前系索
(2)
的另一端斜拉临近模块单元的纵向水平压杆
(5)
，所述下系索
(3)
水平张拉临近模块单元的竖向压杆
(4)
底端，若干串列模块单元的横向水平压杆
(6)
上架设有人行桥面
(14)。2.
根据权利要求1所述的一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，其特征在于：所述张拉整体体系由
20
节不等高的三种标准模块单元顺序循环排列组成，分别为模块
a、
模块
b
和模块
c。3.
根据权利要求1所述的一种由多面体张拉整体模块一维阵列形成的张拉整体体系，其特征在于：所述模块单元为6杆
24
索的模块单元，所述受拉构件
(7)
为
24
根，一组竖向压杆
(4)、
纵向水平压杆
(5)、
横向水平压杆
(6)
的
12
个端部之间
(
除同组压杆端部之间
、
以及位于某一组压杆之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志宏，俞福利，马国良，刘海，吴建军，王振华，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：