本發(fā)明涉及張拉整體傘狀結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)及目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
1、傘業(yè)是一種古老的行業(yè)，傘結(jié)構(gòu)由傘骨架，傘面、傘柄組成，是一種可伸縮的、可展開(kāi)的結(jié)構(gòu)。時(shí)至今日，傘技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，現(xiàn)有的傘結(jié)構(gòu)具有較好的力學(xué)穩(wěn)定性。
2、張拉整體結(jié)構(gòu)是一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，是一種新興的基于桿和索的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也是一種可展結(jié)構(gòu)。張拉整體結(jié)構(gòu)是通過(guò)預(yù)應(yīng)力的施加，使得結(jié)構(gòu)中的拉力均勻分布，形成一個(gè)具有穩(wěn)定性的受力體系。由于該結(jié)構(gòu)中的拉力能夠有效對(duì)抗外部載荷，例如風(fēng)力、雪載等，因此其在輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。
3、傘狀張拉整體結(jié)構(gòu)是張拉整體結(jié)構(gòu)中的一種典型形式，通常采用輻射狀分布的桿件和鋼索，形成具有空間穩(wěn)定性的三維體系。該結(jié)構(gòu)通過(guò)中心位置的索具和支撐桿件的共同作用，完成整體結(jié)構(gòu)的張拉，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)在自重和外部荷載的作用下保持穩(wěn)定。
4、然而，現(xiàn)有的張拉整體傘狀結(jié)構(gòu)仍然存在一些缺點(diǎn)和不足，主要包括：抗風(fēng)性能不足、預(yù)應(yīng)力施加不均、?安裝過(guò)程復(fù)雜、適用范圍小、缺乏自適應(yīng)調(diào)整能力。
5、因此，需要一種能夠在滿足輕質(zhì)、美觀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)抗風(fēng)性能、提升預(yù)應(yīng)力均勻性，滿足大跨度應(yīng)用需求，并簡(jiǎn)化安裝過(guò)程的張拉整體傘狀結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于，提供一種基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)及目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法，所述傘骨架結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、穩(wěn)定性和抗風(fēng)性能較好、安裝便捷、且可以滿足不同環(huán)境下的不同跨度下的穩(wěn)定性要求。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，包括：頂部連接件、底部連接件以及放射狀的傘面支撐骨架；所述傘面支撐骨架包括呈圓周分布在頂部連接件和底部連接件中間的多個(gè)支撐組件；所述頂部連接件和底部連接件還通過(guò)中心彈性連接件連接；所述支撐組件包括個(gè)支撐桿和彈性連接件，為支撐組件的復(fù)雜度，；
4、當(dāng)支撐組件的復(fù)雜度為1時(shí)，包括第一支撐桿和第一彈性連接件；第一支撐桿的一端連接頂部連接件，另一端設(shè)置固定件；第一彈性連接件連接固定件與底部連接件；其中，在不同支撐組件上相鄰兩個(gè)固定件之間還設(shè)有水平彈性連接件。
5、可選的，當(dāng)支撐組件的復(fù)雜度為2時(shí)，在復(fù)雜度為1的支撐組件的基礎(chǔ)上增加第二支撐桿、第二彈性連接件，第一多向連接器和第一鉸鏈；所述第一鉸鏈設(shè)置在第一支撐桿的中點(diǎn)；所述第二支撐桿的一端連接底部連接件，另一端連接第一鉸鏈；所述第一多向連接器設(shè)置在第一彈性連接件的中點(diǎn)；所述第二彈性連接件一端連接第一鉸鏈，另一端連接第一多向連接器；其中，在相鄰兩個(gè)支撐組件上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一鉸鏈之間以及對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一多向連接器之間還設(shè)有水平彈性連接件。
6、可選的，當(dāng)支撐組件的復(fù)雜度時(shí)，在復(fù)雜度為2的支撐組件的基礎(chǔ)上增加個(gè)子支撐桿、子彈性連接件、子鉸鏈和子多向連接器；所述子支撐桿與第一支撐桿或第二支撐桿平行，一端連接子鉸鏈，另一端連接子多向連接器或第一多向連接器；所述子彈性連接件與第二彈性連接件平行，一端與子鉸鏈連接，另一端與子多向連接器連接；所述子多向連接器設(shè)置在第一彈性連接件上，與子鉸鏈一一對(duì)應(yīng)；其中，在相鄰兩個(gè)支撐組件上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子鉸鏈之間以及對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子多向連接器之間設(shè)有水平彈性連接件。
7、可選的，所述子鉸鏈分別設(shè)置在第一支撐桿、第二支撐桿以及子支撐桿上；其中，在第二支撐桿上的子鉸鏈的位置包括：從靠近底部連接件的一端起第二支撐桿的處；在第一支撐桿上的子鉸鏈的位置關(guān)于第二彈性連接件與在第二支撐桿上的子鉸鏈位置對(duì)稱；在子支撐桿上的子鉸鏈的位置在子支撐桿的中點(diǎn)。
8、可選的，所述第一彈性連接件、第二彈性連接件、中心彈性連接件、子彈性連接件和水平彈性連接件均采用彈性繩索。
9、可選的，所述第一鉸鏈和子鉸鏈均采用合頁(yè)鉸鏈。
10、第二方面本發(fā)明提供一種基于第一方面所述的傘骨架結(jié)構(gòu)得到的目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法，包括：
11、s1：根據(jù)目標(biāo)傘骨架的受力需求，設(shè)置張拉參數(shù)；所述張拉參數(shù)包括：支撐組件張拉角度和復(fù)雜度；
12、s2：基于張拉參數(shù)和傘骨架結(jié)構(gòu)中的頂部連接件、底部連接件、中心彈性連接件和兩個(gè)關(guān)于中心彈性連接件對(duì)稱且在同一平面的支撐組件，得到張拉整體單元結(jié)構(gòu)；
13、s3：設(shè)置圓周陣列運(yùn)動(dòng)次數(shù)，基于圓周陣列運(yùn)動(dòng)次數(shù)和步驟s2得到的張拉整體單元結(jié)構(gòu)，以順次連接的頂部連接件、中心彈性連接件和底部連接件為中心軸進(jìn)行圓周陣列運(yùn)動(dòng)；得到目標(biāo)傘骨架的初步結(jié)構(gòu)；
14、s3：將目標(biāo)傘骨架的初步結(jié)構(gòu)中相鄰支撐組件中節(jié)點(diǎn)通過(guò)水平彈性連接件連接，得到目標(biāo)傘骨架；所述節(jié)點(diǎn)包括固定件、第一多向連接器、子多向連接器、第一鉸鏈、子鉸鏈。
15、可選的，所述張拉角度為支撐組件中第一支撐桿和第一彈性連接件之間的角度。
16、可選的，所述復(fù)雜度與支撐組件中支撐桿的數(shù)量和彈性連接件相關(guān)，當(dāng)復(fù)雜度為時(shí)，支撐組件中存在個(gè)支撐桿和彈性連接件。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：
18、本發(fā)明提供一種基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，包括頂部連接件、底部連接件以及放射狀的傘面支撐骨架和第一彈性連接件；其中傘面支撐骨架包括呈圓周分布在頂部連接件和底部連接件中間的多個(gè)支撐組件；兩個(gè)對(duì)稱的支撐組件、頂部連接件、底部連接件和第一彈性連接件構(gòu)成張拉整體傘結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)的傘結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有受力高效、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)；
19、支撐組件中固定件和多向連接器的設(shè)置確保了彈性連接件和支撐桿的受力均勻，有效提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；同時(shí)，固定件的加入提升了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗風(fēng)能力，使其在強(qiáng)風(fēng)條件下仍能保持穩(wěn)定；
20、傘面支撐骨架由多個(gè)支撐組件組成，模塊化設(shè)計(jì)使得各部件能夠快速拼裝，減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間和人工成本，提高了施工效率；這對(duì)于大型戶外場(chǎng)館或臨時(shí)設(shè)施的搭建具有極大的實(shí)用價(jià)值；
21、支撐組件中可根據(jù)復(fù)雜度調(diào)整支撐桿和彈性連接件的數(shù)量，從而改變傘骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足不同環(huán)境下的不同跨度下的穩(wěn)定性要求；
22、本發(fā)明提供一種目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法，通過(guò)調(diào)整張拉參數(shù)和圓周陣列運(yùn)動(dòng)次數(shù)，靈活地生成多種不同形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)特性的目標(biāo)傘骨架，實(shí)現(xiàn)了傘骨架結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，使得傘骨架結(jié)構(gòu)的尺寸、強(qiáng)度和適用性可以根據(jù)需求快速調(diào)整，與現(xiàn)有單一規(guī)格的傘結(jié)構(gòu)方案相比，具有高度靈活性，可以適應(yīng)多樣化的公共場(chǎng)景，符合城市設(shè)計(jì)需求。
1.一種基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：頂部連接件、底部連接件以及放射狀的傘面支撐骨架；所述傘面支撐骨架包括呈圓周分布在頂部連接件和底部連接件中間的多個(gè)支撐組件；所述頂部連接件和底部連接件還通過(guò)中心彈性連接件連接；所述支撐組件包括個(gè)支撐桿和彈性連接件，為支撐組件的復(fù)雜度，；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)支撐組件的復(fù)雜度為2時(shí)，在復(fù)雜度為1的支撐組件的基礎(chǔ)上增加第二支撐桿、第二彈性連接件，第一多向連接器和第一鉸鏈；所述第一鉸鏈設(shè)置在第一支撐桿的中點(diǎn)；所述第二支撐桿的一端連接底部連接件，另一端連接第一鉸鏈；所述第一多向連接器設(shè)置在第一彈性連接件的中點(diǎn)；所述第二彈性連接件一端連接第一鉸鏈，另一端連接第一多向連接器；其中，在相鄰兩個(gè)支撐組件上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一鉸鏈之間以及對(duì)應(yīng)的兩個(gè)第一多向連接器之間還設(shè)有水平彈性連接件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)支撐組件的復(fù)雜度時(shí)，在復(fù)雜度為2的支撐組件的基礎(chǔ)上增加個(gè)子支撐桿、子彈性連接件、子鉸鏈和子多向連接器；所述子支撐桿與第一支撐桿或第二支撐桿平行，一端連接子鉸鏈，另一端連接子多向連接器或第一多向連接器；所述子彈性連接件與第二彈性連接件平行，一端與子鉸鏈連接，另一端與子多向連接器連接；所述子多向連接器設(shè)置在第一彈性連接件上，與子鉸鏈一一對(duì)應(yīng)；其中，在相鄰兩個(gè)支撐組件上對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子鉸鏈之間以及對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子多向連接器之間設(shè)有水平彈性連接件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述子鉸鏈分別設(shè)置在第一支撐桿、第二支撐桿以及子支撐桿上；其中，在第二支撐桿上的子鉸鏈的位置包括：從靠近底部連接件的一端起第二支撐桿的處；在第一支撐桿上的子鉸鏈的位置關(guān)于第二彈性連接件與在第二支撐桿上的子鉸鏈位置對(duì)稱；在子支撐桿上的子鉸鏈的位置在子支撐桿的中點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一彈性連接件、第二彈性連接件、中心彈性連接件、子彈性連接件和水平彈性連接件均采用彈性繩索。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于張拉整體的傘骨架結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一鉸鏈和子鉸鏈均采用合頁(yè)鉸鏈。
7.一種基于如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的傘骨架結(jié)構(gòu)得到的目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述張拉角度為支撐組件中第一支撐桿和第一彈性連接件之間的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的目標(biāo)傘骨架設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述復(fù)雜度與支撐組件中支撐桿的數(shù)量和彈性連接件相關(guān)，當(dāng)復(fù)雜度為時(shí)，支撐組件中存在個(gè)支撐桿和彈性連接件。