[发明专利]一种柔性全张拉结构体系、预张力设计方法及施工方法

说明书

本发明涉及一种柔性全张拉结构体系、预张力设计方法及施工方法，所述结构体系包括多个撑杆和拉索模块，所述拉索模块包括多组网格单元，所述网格单元中的网格为蜂窝状折板网格，多组网格单元的所述蜂窝状折板网格的顶点相互交错连接于各撑杆的上下两端，所述蜂窝状折板网格由多个拉索连接而成，且两两拉索之间呈120度夹角设置。与现有技术相比，本发明具有施工方便、适用范围广等优点。

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种柔性全张拉结构体系、预张力设计方法及施工方法。

背景技术

“张拉整体”(Tensegrity)概念是美国著名建筑师富勒(R.B.Fuller)的发明，这指“张拉”((tensile)和“整体”(integrity)的缩合。这一概念的产生受到了大自然的启发。富勒认为宇宙的运行是按照张拉一只析原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网，而各个星球是这个网中的一个个孤立点。按照这个思想张拉整体结构可定义为一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自应力的空间网格结构。这种结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预应力提供，在施加预应力之前，结构几乎没有刚度，并且初始预应力的大小对结构的外形和结构的刚度起着决定性作用。由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点，最在限度地利用了材料和截面的特性，可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。

现有的一般张拉整体结构多为正交双向，或构成自平衡的单元式结构，或为环形的索桁架结构形式。这些结构形式均适用于某些特定的平面形状，如矩形或圆形的平面，有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔性全张拉结构体系、预张力设计方法及施工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性全张拉结构体系，包括多个撑杆和拉索模块，所述拉索模块包括多组网格单元，所述网格单元中的网格为蜂窝状折板网格，多组网格单元的所述蜂窝状折板网格的顶点相互交错连接于各撑杆的上下两端。

进一步地，所述蜂窝状折板网格由多个拉索连接而成，且两两拉索之间呈120度夹角设置。

进一步地，所述蜂窝状折板网格为六边形蜂窝状折板网格。

进一步地，所述网格单元为三组。

进一步地，该柔性全张拉结构体系在俯视方向上的基本结构单元呈现三角形结构。

进一步地，该柔性全张拉结构体系在侧视方向上的基本结构单元呈现三角形结构。

本发明还提供一种柔性全张拉结构体系的预张力设计方法，包括以下步骤：

11)通过参数化方法生成用于计算机分析的几何模型；

12)给所述几何模型赋予材料和截面信息，形成有限元模型；

13)基于最小应变能准则，利用找形方法确定初始内力分布，作为预先施加使使柔性全张拉结构体系初始平衡的预张力分布。

本发明还提供一种柔性全张拉结构体系的施工方法，包括以下步骤：

21)预先加工撑杆和拉索模块，运输至施工现场；

22)在施工现场对所述撑杆和拉索模块进行拼接；

23)通过伸长撑杆或张拉部分拉索的方法引入设计的预应力。

与现有技术相比，本发明提出三向布置的新型全张拉体系，保持传统张拉整体结构的优势同时扩展其应用范围，具有以下有益效果：

1、本发明适用范围广，可以适用于大跨度屋盖结构、幕墙结构等各类应用场景中。

2、相比传统刚性结构体系，本发明具有极高的承载效率，自重很轻。