一種基于六邊形幾何的可折疊索桿結構單元的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明是一種應用于建筑結構設計和現代空間結構設計的方法，特別是設及一種 可折疊的索桿結構單元。
【背景技術】
[0002] 預應力索桿結構體系是一種新型的由壓桿和拉索組成的預應力自平衡體系，結 構剛度由受拉單元和受壓單元之間的自平衡預應力提供，在施加預應力之前，結構幾乎沒 有剛度，但是由于自應力的存在，在特定的幾何狀態下，結構獲得剛度成為可承受荷載的結 構，運是索桿結構體系區別于傳統結構的本質特點。正是由于運一本質特點，使得預應力索 桿結構的內力和形態高度相關，表現出很強的幾何非線性和形態可調性。預應力索桿結構 可W通過改變構件的內力來調節或控制結構的形態，運使得預應力索桿結構特別適合于作 為自適應結構和折疊/可展開結構，前者通過主動改變構件的內力使結構形態滿足一定的 功能要求，后者通過施加或完全釋放預應力使其成為具有一定形態和剛度的結構或退化為 無剛度的緊湊狀態。預應力索桿結構具有質量輕、跨度大、造型美觀、充分利用材料等優點， 在工程中應用前景廣泛。
[0003] 雖然目前已經出現了一些基于正六邊形幾何的預應力索桿結構，但是由于結構的 幾何構型和初始預應力的不同，不同結構的剛度也各不相同，在實際工程中的應用也存在 很大的區別。所W，開發設計基于六邊形幾何的可折疊索桿結構單元具有重要的意義。
【發明內容】
[0004] 技術問題：本發明提供一種可拓展、衍生，能高效應用于可折疊結構體系中的基于 六邊形幾何的索桿結構單元。 陽0化]技術方案：本發明的基于六邊形幾何的可折疊索桿結構單元，包括6個較接節點、 1個樞軸節點、3根拉索W及6根壓桿構件，所述六個較接節點A、B、C、D、E和F分別位于一 個二維六邊形幾何按逆時針排序的6個頂點處，樞軸節點位于六邊形幾何的中屯、點G上；所 述壓桿構件包括四根布置于六邊形兩側四條邊的一類壓桿和兩根位于六邊形內部的二類 壓桿，所述四根一類壓桿分別為連接節點A和B的一類壓桿，連接節點B和C的一類壓桿， 連接節點D和E的一類壓桿，連接節點E和F的一類壓桿；所述兩根二類壓桿分別為連接節 點A和D的二類壓桿，連接節點C和F的二類壓桿，且所述的兩根二類壓桿和通過樞軸節點 G形成剪式較單元；每個較接節點所連接的兩根壓桿構件之間在該節點處較接；所述3根拉 索為連接節點A和C的一類拉索，連接節點D和F的一類拉索，連接節點B和E的二類拉索。
[0006] 進一步的，本發明基于六邊形幾何的可折疊索桿結構單元中，四根一類壓桿長度 相同，均為1 ;所述的兩根二類壓桿長度相同，均為21 ;所述的兩根一類拉索長度相同，均為 為/;所述二類拉索的長度為21。
[0007] 進一步的，本發明基于六邊形幾何的可折疊索桿結構單元中，在工作態下，所述的 索桿結構單元維持穩定的自平衡狀態，六根壓桿構件的預壓力相同，均為Fb，所述Ξ根拉索 的預拉力相同，均為F。，且滿足Fb=F。。
[0008] 進一步的，本發明基于六邊形幾何的可折疊索桿結構單元中，在非工作態下，改變 拉索長度實現結構的可折疊性能：當兩根一類拉索維持松弛狀態，二類拉索（203)的長度 由21逐漸伸長至41，六根壓桿構件相互緊密貼合，使所述的索桿結構單元折疊為緊湊的水 平一字狀；當二類拉索（203)維持松弛狀態，兩根一類拉索的長度由VI/逐漸伸長至21時， 六根壓桿構件相互緊密貼合，使所述的索桿結構單元折疊為緊湊的豎向一字狀。
[0009] 有益效果：本發明與現有技術相比，具有W下優點：
[0010] 傳統二維巧架結構的各構件中，不存在預應力，材料利用效率低，整體重量較大， 而本發明所述的索桿結構單元內所有拉索存在預拉力，所有壓桿存在預壓力，拉索的預拉 力與壓桿的預壓力相互平衡，當外荷載作用時，結構通過主動調整構件的內力從而抵抗外 荷載的作用，且拉索始終處于受拉狀態，壓桿始終處于受壓狀態，構形合理、結構更為輕盈， 材料利用率更高。另外，傳統的二維預應力索桿結構體系中壓桿構件并不相連，結構剛度較 低，抵抗變形能力差，且在非工作狀態下難W調整為折疊狀態，而本發明中兩根二類壓桿通 過樞軸節點相互連接并形成剪式較，既可保證結構在工作狀態下具有較好的結構剛度和受 力性能，又可保證結構在非工作狀態下能連續、大范圍地展開或折疊為緊湊的捆狀，在運動 過程中還具有良好的可靠性。
[0011] 本發明的結構單元完全不同于已有的六邊形幾何的預應力索桿（Ξ根獨立的壓 桿位于內部，外圈連續的六根拉索），所提出的結構單元不但常規狀態下可穩定承受荷載， 在某（些）索預先松弛的狀態下，還具有很好的折疊性能。
【附圖說明】
[0012] 圖1為二維六邊形幾何的六個頂點及中屯、點示意圖。
[0013] 圖2為本發明的基于六邊形的幾何的可折疊索桿結構單元的構形示意圖。
[0014] 圖3a和圖3b分別為本發明的基于六邊形的幾何的可折疊索桿結構單元的兩種折 疊狀態。
[0015] 圖2和圖3中，細實線均表示拉索構件，粗實線均表示壓桿構件。所有圖中A、B、 C、D、E、F分別表示位于六邊形六個頂點處的6個較接節點，節點G表示位于六邊形中屯、點 處的樞軸節點，壓桿101、102、103、104均屬于一類壓桿，壓桿105和106屬于二類壓桿。拉 索201和202屬于一類拉索，拉索203屬于二類拉索。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合實施例和說明書附圖對本發明作進一步的說明。
[0017] 1.構件連接關系與分類。
[0018] 如圖1和圖2所示，本發明的可折疊索桿結構單元共包括6個較接節點、1個樞軸 節點、3根拉索W及6根壓桿構件。6個較接節點A、B、C、D、E和F分別位于一個二維六邊 形幾何按逆時針排序的6個頂點處，樞軸節點位于六邊形幾何的中屯、點G上。圖2中粗線 表示壓桿，共6根壓桿，四根一類壓桿對稱布置于六邊形的兩個相對頂點兩側，同時與六邊 形兩側的四條邊重合，兩根二類壓桿的兩端分別與六邊形另兩組相對頂點處節點相連，并 位于六邊形的內部。四根一類壓