一种张弦-互承杂交结构

技术领域

本发明涉及空间结构体系技术领域，具体而言，涉及一种张弦-互承杂交结构。

背景技术

互承结构(ReciprocalStructure)于20世纪末由英国建筑师格雷厄姆◆布朗(Graham Brown)首先提出。柏庭卫教授将这种相互承载及自我搭接的杠杆结构的工作原理,称之为杠作。

互承结构是指每根承重构件被相邻构件所支承，同时又支承其他的相邻构件，由此形成的一种没有明显层级关系的结构，且构件的支承点不同时为两者端点。然而现有相互搭接的互承结构中其杆件单元之间相互别压形成弯矩，传递荷载，对杆件截面刚度要求较高，进而会限制杆件的选材范围和截面形状。

发明内容

本发明公开了一种张弦-互承杂交结构，旨在改善上述技术问题。

本发明采用了如下方案：

一种张弦-互承杂交结构，包括至少一组三杆单元，所述三杆单元中的三个杆件能够相互搭接，三个所述杆件之间均通过节点活动搭接；还包括附加连接在三杆单元中的张拉组件，三个所述杆件配置为通过其旋转角度的调节并附加张拉组件，以形成张拉、互承的共同传力机制。

作为进一步改进，所述张拉组件包括顶面拉索、侧边拉索和底面拉索，三个所述杆件中相邻两个杆件顶部均通过所述顶面拉索连接，底部均通过所述底面拉索连接，侧面均通过所述侧边拉索连接。

作为进一步改进，所述张弦-互承杂交结构配置为：在一般载荷作用下，杆件彼此临近，处于尚未完全接触，无摩擦压别传力状态，是整体结构的三杆单元变体。

作为进一步改进，所述张弦-互承杂交结构配置为：在杆件极限受力时，会轻微变形彼此搭接，使得杆件由压应力，部分转换为互承式传力，相互别压形成弯矩；且拉索转换为类似杆端铰链的作用，使杆件彼此搭接。

作为进一步改进，所述节点的搭接方式为摩擦、榫接、捆绑或可活动扣件。

作为进一步改进，所述杆件的材质为木材、钢管或pvc管。

作为进一步改进，两组所述三杆单元配置为在组合时，共用一根杆件组合。

作为进一步改进，所述杆件的杆长和杆端长度可调节。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本申请的张弦-互承杂交结构，通过在三杆单元中附加连接张拉组件，使得该张弦-互承杂交结构在临界状态下，杆件彼此搭接传力，以张拉、互承结构方式，增强结构整体刚度，对杆件截面刚度要求降低，改善了现有相互搭接的互承结构中其杆件单元之间相互别压形成弯矩，传递荷载，对杆件截面刚度要求较高，进而会限制杆件的选材范围和截面形状的问题。同时该张弦-互承杂交结构是一种自平衡杂交结构、结构边界支座无需落地、抵抗侧推力，支座处上下传力，极大的解放了结构净高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是现有互承结构中三杆单元的结构示意图；

图2是本发明张弦-互承杂交结构的三杆单元示意图；

图3是本发明张弦-互承杂交结构具有两组三杆单元装配的结构示意图；

图4是普通整体张拉结构三杆单元结构示意图；

图5是普通整体张拉结构三杆单元结构顶面缩小变形第一步，本发明的前身，互承受力尚未形成。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明第一实施例提供一种张弦-互承杂交结构，包括至少一组三杆单元，三杆单元中的三个杆件5能够相互搭接，三个杆件5之间均通过节点6活动搭接(节点6的搭接方式为摩擦、榫接、捆绑或可活动扣件)；还包括附加连接在三杆单元中的张拉组件，三个杆件5配置为通过其旋转角度的调节并附加张拉组件，以形成张拉、互承的共同传力机制，使得该张弦-互承杂交结构在临界状态下，杆件5彼此搭接传力，以张拉、互承结构方式，增强结构整体刚度，对杆件5截面刚度要求降低。当两组三杆单元配置为在组合时，共用一根杆件5组合，以形成张弦互承杂交结构。

进一步地，张拉组件包括顶面拉索1、侧边拉索2和底面拉索3，三个杆件5中相邻两个杆件5顶部均通过顶面拉索1连接，底部均通过底面拉索3连接，侧面均通过侧边拉索2连接。使得本张弦-互承杂交结构是一种自平衡杂交结构、结构边界支座无需落地、抵抗侧推力，支座处上下传力，极大的解放了结构净高，改善了现有屋盖边缘构件需要落地，支座要求高，需要抗侧推力的问题。本结构的矢跨比制约较小，矢跨比相较于现有张弦梁结构限制较小，结构高度较小，并解放结构下空间净高。能实现自重更轻、空间更大跨，并提高施工作业效率。同时其还具备整体张拉组件和互承结构的综合杂交受力特性，以整体张拉为主，弯矩传递为辅。由于整体以更加合理的拉力、压力为主，杆件5的弯矩受力传递得到改善，有效减少了弯矩的传递性和连续性。

进一步地，由于本结构对杆件5截面刚度要求降低，大大扩展了选材范围和截面形状，其杆件5材质可以为木材、钢管或pvc管等，改善了现有相互搭接的互承结构中其杆件5单元之间相互别压形成弯矩，传递荷载，对杆件5截面刚度要求较高，进而会限制杆件5的选材范围和截面形状的问题。同时杆件5的杆长和杆端长度可调节，以适应面材/覆膜找型需求。

结合图2-图5，在本实施例中，整个结构以拉索的拉应力为主，杆件5依据设计荷载分为两个阶段：第一阶段：在一般载荷作用下，张弦-互承杂交中的杆件5彼此临近，处于尚未完全接触，无摩擦压别传力状态，是整体结构的三杆单元变体。第二阶段：在杆件5极限受力时，张弦-互承杂交结构会轻微变形彼此搭接，使得杆件5由压应力，部分转换为互承式传力，相互别压形成弯矩；此时拉索转换为类似杆端铰链的作用，使杆件5彼此搭接、固定、传力，维持整体刚度和平衡。本发明图纸顺序为：本发明的结构先从图4变形至图5再变形至图2，最终两组三杆单元装配至图3。变形时顶面拉索1会收缩变形，杆件5的顶面的杆头4会延长至可彼此搭接的长度，侧边拉索2为杆件5顶面的固定端，并调整至杆头4顶端。同时本结构不受杆件5压别的单一受力机制影响，可兼顾结构跨度、及营造类互承式结构的肌理感，节约杆材，轻盈表现力好。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。