一種預應力空間網格結構的製作方法
2023-05-29 18:13:26 1
專利名稱:一種預應力空間網格結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種預應力空間網格結構，包括正方體連接構件，受壓杆和預應力繩索。上述正方體形狀構件採取正方體剛架的形式，八個頂點處設有定位孔與預應力鋼索連接。相鄰兩個構件連接時，通過構件內預應力鋼索確定連接面的形心，使用受壓杆連接兩個連接面的形心。最後通過與壓杆平行的四根構件間預應力繩索施加預應力。通過上述過程重複延伸，可以形成平面或空間上的網格結構。本實用新型除了正方形結點部分，受壓杆、預應力繩索都屬於鉸接體系，壓杆單純受壓便於計算，預應力施加方便，容易形成大跨度，且穩定性較強。結構採用結點和受壓杆、預應力繩索拼裝的形式，便於控制尺寸。
【專利說明】-種預應力空間網格結構
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種張拉結構，特別是一種預應力空間網格結構。
【背景技術】
[0002] 張拉結構是一組不連續的受壓構件與一套連續的受拉單元組成的自支承、自應力 的空間網格體系，由Snelson和化liar在上世紀60年代提出。張拉整體結構固有的符合 自然規律的特點，最大限度地利用了材料和截面的特性，具有外形美觀且非連續，質量輕盈 且材料效率高的優點。在結構上，張拉在運動學上的不確定性導致了它是一個動態平衡體 系，具有整體結構自身內力平衡，剛度隨預應力變化，自由度較大等特徵。
[0003] 現有的張拉結構主要是杆索結構。對傳統張拉結構的研究主要關注結構的單元布 局、力學特性與預應力的分析，包括幾何學、拓撲和圖形分析、力學分析及試驗研究，代表性 的例子包括Snelson的T稜柱模型、四面體模型和寶石模型。
[0004] 由於張拉結構屬於動不定結構，受力分析與計算較複雜，早期的張拉結構工程運 用一直較少。上世紀80年代開始，科學家開始探索包含張拉原理的大跨度空間結構，比較 成功的利用張拉原理形成的大跨度結構有索彎頂和張弦梁。美國工程師Geiger提出了支 承於周邊受壓環梁上的一種索杆預應力張拉整體彎頂體系，即索彎頂，成為單純包含杆索 的張拉結構在大跨結構中最成功的運用。但是它依賴外部預應力，無法實現自平衡，並且結 構複雜。日本大學的齊藤（Saitoh)教授提出了用撐杆連接抗彎構件而形成的自平衡體系， 即張弦梁體系。該種體系利用了梁的抗彎性能施加預應力，本質上不是一種傳統的張拉結 構，而是作為類似梁的構件來使用，因此在兩端也需要支撐。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種構件簡單，控制方便，結 構穩定且可W自身平衡，預應力控制簡單的預應力空間網格結構。
[0006] 為了達到上述目的，本發明採用W下技術方案；一種預應力空間網格結構，包括至 少兩個正方體連接構件、受壓杆和預應力繩索，其特徵在於所述的正方體連接構件的頂點 處設有定位孔，所述的正方體連接構件的任意一面為連接面，所述連接面的兩個對角線上 設有構件內預應力繩索，所述的兩條對角線相較於0點，另一個正方體連接構件連接面的 兩條對角線相交於〇'點，所述的0點與〇'點之間設有與兩個連接面相互垂直的受壓杆，所 述的受壓杆兩端與構件內預應力繩索較接，所述的正方體連接構件連接面的四個頂點與另 一個正方體連接構件連接面的相應的四個頂點之間設有構件間預應力繩索，所述的構件間 預應力繩索用於施加預應力，所述的構件間預應力繩索與兩個連接面相互垂直，所述的構 件內預應力繩索與構件間預應力繩索通過定位孔固定。
[0007] 所述的正方體連接構件的邊長為2a，所述的受壓杆的長度為10a-16a之間，所述 的受壓杆的長度與直徑的比小於1/15。
[0008] 所述的構件內預應力繩索的長度為奇，所述的構件間預應力繩索的長度與受 壓杆相等。
[0009] 所述的構件間預應力繩索截面面積為Ai，則構件間預應力繩索剛度為EAi，受壓杆 截面面積為A，則受壓杆剛度為EA，所述的構件間預應力繩索總長度為10a，收緊的距離為 b，則構件間預應力繩索預應力為受壓杆軸力為構件間預應力繩索軸力的四倍即 受壓杆變形為0點和〇'點的軸向位移為構件內預應力繩索變 形為 此時構件內預應力繩索內力為
[0010] 採用上述技術方案後，本發明具有W下有益效果；本發明結構簡潔、受力合理和質 量較輕，滿足大跨度建築的要求，擴大了張拉結構在大跨度空間結構領域的運用；預應力控 制方便，可W完全通過調節兩個構件間的四根預應力繩索來完成，結構穩定且不易失穩。結 構的跨度延伸可W通過增加構件和壓杆，繩索的數目來完成。構件製作方便，壓杆受力簡 單，預應力繩索技術成熟。可W作為大跨度空間結構來使用。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明的正方體連接構件的結構示意圖。
[0012] 圖2為本發明的相鄰兩個正方體連接構件的連接示意圖。
[0013] 圖3為本發明一種預應力空間網格結構的示意圖。
[0014] 圖4為本發明預應力繩索的結構示意圖。
[0015] 圖5為本發明連接接頭的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面根據具體實施例和說明書附圖對本發明作進一步的解釋。
[0017] 如圖1所示，一種預應力空間網格結構，包括至少兩個正方體連接構件、受壓杆和 預應力繩索，其特徵在於所述的正方體連接構件的頂點處設有定位孔，所述的正方體連接 構件的任意一面為連接面，所述連接面的兩個對角線上設有構件內預應力繩索，所述的正 方體連接構件的邊長為2a，正方體八個頂點的坐標為A (a, -a, a)，B (a, a, a)，C (-a, a, a)，D ( -a, -a, a), E (a, -a, -a), F (a, a, -a), G (-a, a, -a)和 H (-a, -a, -a)，所述的兩條對角線相較於 0點，當面AB陽與杆相連時，先用預應力繩索連接AF，BE, AF與邸相交與0點並組成一個 體系。0點用於與受壓杆相連。另一個正方體連接構件連接面的兩條對角線相交於〇'點， 所述的0點與〇'點之間設有與兩個連接面相互垂直的受壓杆，所述的受壓杆兩端與構件內 預應力繩索較接，所述的正方體連接構件連接面的四個頂點與另一個正方體連接構件連接 面的相應的四個頂點之間設有構件間預應力繩索，所述的構件間預應力繩索用於施加預應 力，所述的構件間預應力繩索與兩個連接面相互垂直，所述的構件內預應力繩索與構件間 預應力繩索通過定位孔固定。
【權利要求】
1. 一種預應力空間網格結構，包括至少兩個正方體連接構件、受壓杆和預應力繩索，其 特徵在於所述的正方體連接構件的頂點處設有定位孔，所述的正方體連接構件的任意一面 為連接面，所述連接面的兩個對角線上設有構件內預應力繩索，所述的兩條對角線相交於O 點，另一個正方體連接構件連接面的兩條對角線相交於0'點，所述的O點與0'點之間設有 與兩個連接面相互垂直的受壓杆，所述的受壓杆兩端與構件內預應力繩索鉸接，所述的正 方體連接構件連接面的四個頂點與另一個正方體連接構件連接面的相應的四個頂點之間 設有構件間預應力繩索，所述的構件間預應力繩索用於施加預應力，所述的構件間預應力 繩索與兩個連接面相互垂直，所述的構件內預應力繩索與構件間預應力繩索通過定位孔固 定。2. 根據權利要求1所述的一種預應力空間網格結構，其特徵在於所述的正方體連接構 件的邊長為2a，所述的受壓杆的長度為10a_16a之間，所述的受壓杆的長度與直徑的比小 於 1/15〇3. 根據權利要求1所述的一種預應力空間網格結構，其特徵在於所述的構件內預應力 繩索的長度為2 A，所述的構件間預應力繩索的長度與受壓杆相等。
【文檔編號】E04B1-342GK204282532SQ201420733689
【發明者】周一一, 潘暑賢, 沈煒 [申請人]江蘇築森建築設計有限公司