本发明专利技术公开了一种基于张拉整体的伞骨架结构及目标伞骨架设计方法，所述伞骨架结构包括顶部连接件、底部连接件以及放射状的伞面支撑骨架；伞面支撑骨架包括呈圆周分布在顶部连接件和底部连接件中间的多个支撑组件；顶部连接件和底部连接件还通过中心弹性连接件连接；支撑组件包括2<supgt;n‑1</supgt;个支撑杆和弹性连接件，n为支撑组件的复杂度，当支撑组件的复杂度为1时，包括第一支撑杆和第一弹性连接件；第一支撑杆的一端连接顶部连接件，另一端设置固定件；第一弹性连接件连接固定件与底部连接件；在不同支撑组件上相邻两个固定件之间还设有水平弹性连接件；本发明专利技术伞骨架结构质量轻、稳定性和抗风性能较好且可以满足不同环境下的不同跨度下的稳定性要求。当支撑组件的复杂度为1时，包括第一支撑杆和第一弹性连接件；第一支撑杆的一端连接顶部连接件，另一端设置固定件；第一弹性连接件连接固定件与底部连接件；在不同支撑组件上相邻两个固定件之间还设有水平弹性连接件；本发明专利技术伞骨架结构质量轻、稳定性和抗风性能较好且可以满足不同环境下的不同跨度下的稳定性要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及张拉整体伞状结构，尤其涉及一种基于张拉整体的伞骨架结构及目标伞骨架设计方法。
技术介绍
1、伞业是一种古老的行业，伞结构由伞骨架，伞面、伞柄组成，是一种可伸缩的、可展开的结构。时至今日，伞技术已经相当成熟，现有的伞结构具有较好的力学稳定性。
2、张拉整体结构是一种特殊的结构形式，是一种新兴的基于杆和索的网状结构，也是一种可展结构。张拉整体结构是通过预应力的施加，使得结构中的拉力均匀分布，形成一个具有稳定性的受力体系。由于该结构中的拉力能够有效对抗外部载荷，例如风力、雪载等，因此其在轻型结构设计中具有不可替代的优势。
3、伞状张拉整体结构是张拉整体结构中的一种典型形式，通常采用辐射状分布的杆件和钢索，形成具有空间稳定性的三维体系。该结构通过中心位置的索具和支撑杆件的共同作用，完成整体结构的张拉，使得整个结构在自重和外部荷载的作用下保持稳定。
4、然而，现有的张拉整体伞状结构仍然存在一些缺点和不足，主要包括：抗风性能不足、预应力施加不均、 安装过程复杂、适用范围小、缺乏自适应调整能力。
5、因此，需要一种能够在满足轻质、美观的基础上，进一步增强抗风性能、提升预应力均匀性，满足大跨度应用需求，并简化安装过程的张拉整体伞状结构。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种基于张拉整体的伞骨架结构及目标伞骨架设计方法，所述伞骨架结构质量轻、稳定性和抗风性能较好、安装便捷、且可以满足不同环境下的不同跨度下的稳定性要求。
2、为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种基于张拉整体的伞骨架结构，包括：顶部连接件、底部连接件以及放射状的伞面支撑骨架；所述伞面支撑骨架包括呈圆周分布在顶部连接件和底部连接件中间的多个支撑组件；所述顶部连接件和底部连接件还通过中心弹性连接件连接；所述支撑组件包括个支撑杆和弹性连接件，为支撑组件的复杂度，；
4、当支撑组件的复杂度为1时，包括第一支撑杆和第一弹性连接件；第一支撑杆的一端连接顶部连接件，另一端设置固定件；第一弹性连接件连接固定件与底部连接件；其中，在不同支撑组件上相邻两个固定件之间还设有水平弹性连接件。
5、可选的，当支撑组件的复杂度为2时，在复杂度为1的支撑组件的基础上增加第二支撑杆、第二弹性连接件，第一多向连接器和第一铰链；所述第一铰链设置在第一支撑杆的中点；所述第二支撑杆的一端连接底部连接件，另一端连接第一铰链；所述第一多向连接器设置在第一弹性连接件的中点；所述第二弹性连接件一端连接第一铰链，另一端连接第一多向连接器；其中，在相邻两个支撑组件上对应的两个第一铰链之间以及对应的两个第一多向连接器之间还设有水平弹性连接件。
6、可选的，当支撑组件的复杂度时，在复杂度为2的支撑组件的基础上增加个子支撑杆、子弹性连接件、子铰链和子多向连接器；所述子支撑杆与第一支撑杆或第二支撑杆平行，一端连接子铰链，另一端连接子多向连接器或第一多向连接器；所述子弹性连接件与第二弹性连接件平行，一端与子铰链连接，另一端与子多向连接器连接；所述子多向连接器设置在第一弹性连接件上，与子铰链一一对应；其中，在相邻两个支撑组件上对应的两个子铰链之间以及对应的两个子多向连接器之间设有水平弹性连接件。
7、可选的，所述子铰链分别设置在第一支撑杆、第二支撑杆以及子支撑杆上；其中，在第二支撑杆上的子铰链的位置包括：从靠近底部连接件的一端起第二支撑杆的处；在第一支撑杆上的子铰链的位置关于第二弹性连接件与在第二支撑杆上的子铰链位置对称；在子支撑杆上的子铰链的位置在子支撑杆的中点。
8、可选的，所述第一弹性连接件、第二弹性连接件、中心弹性连接件、子弹性连接件和水平弹性连接件均采用弹性绳索。
9、可选的，所述第一铰链和子铰链均采用合页铰链。
10、第二方面本专利技术提供一种基于第一方面所述的伞骨架结构得到的目标伞骨架设计方法，包括：
11、s1：根据目标伞骨架的受力需求，设置张拉参数；所述张拉参数包括：支撑组件张拉角度和复杂度；
12、s2：基于张拉参数和伞骨架结构中的顶部连接件、底部连接件、中心弹性连接件和两个关于中心弹性连接件对称且在同一平面的支撑组件，得到张拉整体单元结构；
13、s3：设置圆周阵列运动次数，基于圆周阵列运动次数和步骤s2得到的张拉整体单元结构，以顺次连接的顶部连接件、中心弹性连接件和底部连接件为中心轴进行圆周阵列运动；得到目标伞骨架的初步结构；
14、s3：将目标伞骨架的初步结构中相邻支撑组件中节点通过水平弹性连接件连接，得到目标伞骨架；所述节点包括固定件、第一多向连接器、子多向连接器、第一铰链、子铰链。
15、可选的，所述张拉角度为支撑组件中第一支撑杆和第一弹性连接件之间的角度。
16、可选的，所述复杂度与支撑组件中支撑杆的数量和弹性连接件相关，当复杂度为时，支撑组件中存在个支撑杆和弹性连接件。
17、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
18、本专利技术提供一种基于张拉整体的伞骨架结构，包括顶部连接件、底部连接件以及放射状的伞面支撑骨架和第一弹性连接件；其中伞面支撑骨架包括呈圆周分布在顶部连接件和底部连接件中间的多个支撑组件；两个对称的支撑组件、顶部连接件、底部连接件和第一弹性连接件构成张拉整体伞结构，相较于传统的伞结构，该结构具有受力高效、质量轻的优点；
19、支撑组件中固定件和多向连接器的设置确保了弹性连接件和支撑杆的受力均匀，有效提高了结构的稳定性；同时，固定件的加入提升了结构稳定性和抗风能力，使其在强风条件下仍能保持稳定；
20、伞面支撑骨架由多个支撑组件组成，模块化设计使得各部件能够快速拼装，减少了现场安装时间和人工成本，提高了施工效率；这对于大型户外场馆或临时设施的搭建具有极大的实用价值；
21、支撑组件中可根据复杂度调整支撑杆和弹性连接件的数量，从而改变伞骨架结构的稳定性，满足不同环境下的不同跨度下的稳定性要求；
22、本专利技术提供一种目标伞骨架设计方法，通过调整张拉参数和圆周阵列运动次数，灵活地生成多种不同形态、大小和结构特性的目标伞骨架，实现了伞骨架结构的参数化设计，使得伞骨架结构的尺寸、强度和适用性可以根据需求快速调整，与现有单一规格的伞结构方案相比，具有高度灵活性，可以适应多样化的公共场景，符合城市设计需求。
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【技术保护点】
1.一种基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，包括：顶部连接件、底部连接件以及放射状的伞面支撑骨架；所述伞面支撑骨架包括呈圆周分布在顶部连接件和底部连接件中间的多个支撑组件；所述顶部连接件和底部连接件还通过中心弹性连接件连接；所述支撑组件包括个支撑杆和弹性连接件，为支撑组件的复杂度，；
2.根据权利要求1所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，当支撑组件的复杂度为2时，在复杂度为1的支撑组件的基础上增加第二支撑杆、第二弹性连接件，第一多向连接器和第一铰链；所述第一铰链设置在第一支撑杆的中点；所述第二支撑杆的一端连接底部连接件，另一端连接第一铰链；所述第一多向连接器设置在第一弹性连接件的中点；所述第二弹性连接件一端连接第一铰链，另一端连接第一多向连接器；其中，在相邻两个支撑组件上对应的两个第一铰链之间以及对应的两个第一多向连接器之间还设有水平弹性连接件。
3.根据权利要求2所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，当支撑组件的复杂度时，在复杂度为2的支撑组件的基础上增加个子支撑杆、子弹性连接件、子铰链和子多向连接器；所述子支撑杆与第一支撑杆或第二支撑杆平行，一端连接子铰链，另一端连接子多向连接器或第一多向连接器；所述子弹性连接件与第二弹性连接件平行，一端与子铰链连接，另一端与子多向连接器连接；所述子多向连接器设置在第一弹性连接件上，与子铰链一一对应；其中，在相邻两个支撑组件上对应的两个子铰链之间以及对应的两个子多向连接器之间设有水平弹性连接件。
4.根据权利要求3所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，所述子铰链分别设置在第一支撑杆、第二支撑杆以及子支撑杆上；其中，在第二支撑杆上的子铰链的位置包括：从靠近底部连接件的一端起第二支撑杆的处；在第一支撑杆上的子铰链的位置关于第二弹性连接件与在第二支撑杆上的子铰链位置对称；在子支撑杆上的子铰链的位置在子支撑杆的中点。
5.根据权利要求4所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，所述第一弹性连接件、第二弹性连接件、中心弹性连接件、子弹性连接件和水平弹性连接件均采用弹性绳索。
6.根据权利要求5所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，所述第一铰链和子铰链均采用合页铰链。
7.一种基于如权利要求1-6任一项所述的伞骨架结构得到的目标伞骨架设计方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的目标伞骨架设计方法，其特征在于，所述张拉角度为支撑组件中第一支撑杆和第一弹性连接件之间的角度。
9.根据权利要求7所述的目标伞骨架设计方法，其特征在于，所述复杂度与支撑组件中支撑杆的数量和弹性连接件相关，当复杂度为时，支撑组件中存在个支撑杆和弹性连接件。
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【技术特征摘要】
1.一种基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，包括：顶部连接件、底部连接件以及放射状的伞面支撑骨架；所述伞面支撑骨架包括呈圆周分布在顶部连接件和底部连接件中间的多个支撑组件；所述顶部连接件和底部连接件还通过中心弹性连接件连接；所述支撑组件包括个支撑杆和弹性连接件，为支撑组件的复杂度，；
2.根据权利要求1所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，当支撑组件的复杂度为2时，在复杂度为1的支撑组件的基础上增加第二支撑杆、第二弹性连接件，第一多向连接器和第一铰链；所述第一铰链设置在第一支撑杆的中点；所述第二支撑杆的一端连接底部连接件，另一端连接第一铰链；所述第一多向连接器设置在第一弹性连接件的中点；所述第二弹性连接件一端连接第一铰链，另一端连接第一多向连接器；其中，在相邻两个支撑组件上对应的两个第一铰链之间以及对应的两个第一多向连接器之间还设有水平弹性连接件。
3.根据权利要求2所述的基于张拉整体的伞骨架结构，其特征在于，当支撑组件的复杂度时，在复杂度为2的支撑组件的基础上增加个子支撑杆、子弹性连接件、子铰链和子多向连接器；所述子支撑杆与第一支撑杆或第二支撑杆平行，一端连接子铰链，另一端连接子多向连接器或第一多向连接器；所述子弹性连接件与第二弹性连接件平行，一端与子铰链连接，另一端与子多向连接器连接；所述子多向连接器设置在第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈宇凌，张广涛，王文亮，陈慕豪，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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