基于半规则张拉整体单曲索杆网格结构.pdfVIP

第四届全国大学生创新年会 2011年10月 The4thChinese Forum Oct．2011 University Students’Creativity 基于半规则张拉整体的单曲索杆网格结构 施天生蒋程杜元林姚刘镇鲁聪 东南大学，土木工程学院，江苏省南京市 摘要：论文提出了半规则张拉整体的概念，并用此类结构单元构建曲面的索杆张力网格结构，从而满足丰富的建筑造型要 求。论文阐述了这种单元的找形过程及曲面实现方法。找形是基于半八面体张拉整体的几何与拓扑关系，根据平衡矩阵最小 奇异值的分布，寻找半规则张拉整体的构型；并利用乘积力对找形结果的几何稳定性进行验证。论文还给出了此结构单元的 两种基本变换即仿射变换和梯形变换。最后提出曲面网格结构的设计方法，探索其可行预应力。通过算例和实物模型论证了 半规则张拉整体在构造曲面索杆结构上的可行性和优势。文末对半规则张拉整体单元的研究和应用前景提出展望。 关键词：曲面网格结构：半规则张拉整体；找形；平衡矩阵；奇异值分解 curvedcable-strutstructurebasedon Single grid semi-regular tensegrity SIll Yuan-lin，YAOLiu-zhen，LU Tian-sheng，JIANGCheng，DU Cong ofCivil SchoolEngineering，SoutheastUniversity,Nanjing，Jiangsu Abstract：Anew ofsemi-regularis inthe canbeusedto concept tensegrityproposedpaper,which constructcurvedcable-Strutstructuretomeetthedemandofarchitecture grid of andrealizationofcurvedare of form-findingsemi-regulartensegrity grid presented．The1brm-finding isbasedonthe and ofhalf an semi-regular octahedron。and tensegrity geometrytopology algorithm isusedtofindthe whichisfurtherverifiedthe definitionof procedure properconfiguration by positive two force．Thenusefultransformationareusedtofindmore product semi—regular transformationand the methodaswellasthe is trapezoid transformation．Finallydesign advantage illustratedan theresearchon andthe is by example，and semi-regubrlensegrityapplicationprospected． cable-strut Keywords：semi—regulartensegrity；curved “张拉整体”概念由富勒提出，是张拉和整体的缩合。此结构体系中索单元处于连续的张拉状态，少 量的压杆置身其中，完美实现结构自平衡。结构受力合理，构件均受轴力作用，最大限度发挥索张拉优势。 工程上己应用的索穹顶结构正是受张拉整体全张力理念的启发而形成。 张拉整体的力学性能来自于合理的几何拓扑构形。因此找形是研究张拉整体结构特性以及寻找新型张 拉整体结构形式的最基本问题。早期的找形算法主要有解析法、力密度法、动力松弛法等1。Kenner利用 节点平衡和对称条件找到了扩展八面体张拉整体2，是杆长、索长都只有一种的高对称性结构。由于规则 张拉整体形状适应性不好，学者们开始研究不规则张拉整体。Paul等通过进化算法有哪些信誉好的足球投注网站找到一些6,7，8，10 和12杆的张拉整体3，找形结果形状较复杂。不规则张拉整体由于其构件长度繁多且找形算法复杂，设计 和制造都很困难。因此有必要研究一种新结构形式，即半规则张拉整体，该结构既能在一定程度上保持规 则张拉整体的对称性，又能像不规则张拉整体一样满足不同几何造型的要求。 这里着重研究半规则张拉整体的找形算法，及其实现曲面网格结构的构建方法，并对找形结果进行验 61 第四届生国太学生创新年会 2011年10月 Stud∞ts。C嘟tlvitvF唧m 0d The4thChm％eUnive^ity 201 证。半八面体张拉整体结构形式简单，计算自由度较少，