[发明专利]一类新型三十杆球形张拉整体结构

说明书

本发明公开了一类新型的表面由三角形和五边形交替拼接的三十杆球形张拉整体结构，目前尚无球体表面由三角形和五边形交替拼接形成的三十杆球形张拉整体结构。本发明中的三十杆球形张拉整体结构由内部压杆以及外部拉索构成，基本单元为相交于一个节点的一根压杆以及五根拉索，所有节点均为铰接节点，所有拉索均存在预拉力，所有压杆均存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡。根据压杆布置形式的不同，这类新型的三十杆球形张拉整体共有Ⅰ‑Ⅳ四种基本结构形式，并且所有结构形式的稳定性均为“超级稳定”。

技术领域

本发明涉及张拉整体结构设计技术领域，尤其涉及一类新型三十杆球形张拉整体结构。

背景技术

张拉整体结构是一种由受压的压杆和受拉的拉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，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。张拉整体结构体系具有轻质、受力合理、形态可控、形式新颖等特点，是当前也是今后空间结构的发展方向之一，是结构工程领域中新结构、新材料和新工艺等高新技术的集中体现。

在球形张拉整体的研究领域，往往希望寻求一种结构对称且内力均匀自平衡的体系。当前已见3根压杆、4根压杆、6根压杆、14根压杆以及30根压杆的张拉整体结构，其中传统三十根压杆张拉整体结构是一种外表面呈现五边形与非平面六边形相连形成的球体。目前为止，尚未出现过外表面为五边形、等边三角形以及等腰三角形采用拉索相连的三十根压杆球形张拉整体结构。

发明内容

本发明的目的是提供一类新型的表面由三角形和五边形交替拼接的三十杆球形张拉整体结构，不同于传统的三十杆九十索的球形张拉整体结构，该类体系采用了新的压杆和拉索布置及连接方式。通过预先设定构件的拉压属性，并在构件中引入预应力，结构形成一个自平衡的球形张拉整体体系，同时满足“超级稳定”的特性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一类新型三十杆球形张拉整体结构，采用30根压杆和150根拉索相交于60个节点，连接形成一个类球体；基本单元为相交于1个节点的1根压杆以及5根拉索，所有节点均为铰接节点，所有拉索均存在预拉力，所有压杆均存在预压力，拉索的预拉力和压杆的预压力相互平衡；类球体表面由拉索连接形成的三角形和五边形交替拼接形成预应力索网。

进一步地，所有压杆之间、拉索与压杆之间以及拉索与拉索之间均不在构件上相交，仅在节点位置铰接。

进一步地，所述基本单元的构件长度、以及构件之间的夹角确定后，三十杆球形张拉整体结构就能够唯一确定。

进一步地，所述类球体表面的所述三角形包括等边三角形和等腰三角形两种基本形式，所述五边形为正五边形。

进一步地，所述正五边形每一条边与等腰三角形的一条腰共用一根拉索，所述等腰三角形的另一条腰与另一个等腰三角形的腰共用一根拉索；所述等腰三角形的底均与等边三角形共用同一根拉索，而等边三角形的三条边分别与三个等腰三角形的底共用一根拉索。

以下给出这类新型三十杆球形张拉整体的Ⅰ-Ⅳ四种基本结构形式，其外部拉索组成的预应力索网布置均相同，不同点在于内部压杆的布置、压杆长度及压杆、拉索的预应力组成。