張拉整體式結構是一種建築結構，美國著名建築師富（R.B.Fuller）的發明。
基本介紹
- 中文名：張拉整體式結構
- 外文名：Tensegrity
- 屬性：一種建築結構
- 發明者：富勒
簡介,建築特點,歷史沿革,其它相關,
簡介
張拉整體式結構“這指“張拉”（tensile）和“整體”（integrity）的縮合。這一概念的產生受到了大自然的啟發。富勒認為宇宙的運行是按照張拉一致性原理進行的，即萬有引力是一個平衡的張力網，而各個星球是這個網中的一個個孤立點。按照這個思想張拉整體結構可定義為一組不連續的受壓構件與一套連續的受拉單元組成的自支承、自應力的空間格線結構。這種結構的剛度由受拉和受壓單元之間的平衡預應力提供，在施加預應力之前，結構幾乎沒有剛度，並且初始預應力的大小對結構的外形和結構的剛度起著決定性作用。由於張拉整體結構固有的符合自然規律的特點，最大限度地利用了材料和截面的特性，可以用儘量少的鋼材建造超大跨度建築。
建築特點
張拉整體結構的力學分析類似於預應力鉸節點索桿格線結構，除了一些特殊的圖形外，都含有內部機構，呈現幾何柔性。為了研究的目的，除了一般的找形和靜動力分析過程外，有時還用到一個中間過程：穩定性、機構及預應力狀態的研究。張拉整體體系的分析模型必須考慮非線性特性和平衡自就歷程的存在。莫赫瑞（Mohri）說明了如何保證適當的自應力及單元的剛度，還給出了識別與索提供的剛度相一致的自應力狀態的算法。張拉整體結構的靜力性能的非線性分析已經完成，其模型基於鬆弛原理或牛頓-拉夫遜型過程的矩陣追趕法原理，有人也做了動力鬆弛的模型。
歷史沿革
對於張拉整體結構的研究開始於40多年前，從最初的構想到工程實踐大約經歷了以下幾個階段：想像和幾何學、拓撲和圖形分析、力學分析及試驗研究。其中力學分析包括找形、自就歷程準則、工作機理工科穩步力作用下的性能等。張拉整體結構的幾何形狀同時依賴於構件的初始幾何形狀、關聯結構（拓撲）及形成一定剛度的自應力的存在。另外這種結構在外力作用下的變形（與自應力的效果不同）也提出了其它結構問題，首先它屬於臨界類體系，結構在外荷載過程中剛度不斷發生變化，傳力途徑也就隨之改變；其次這種結構只能在考慮了幾何非線性甚至材料非線性時才能分析。
從50年代起，許多研究工作者都採用了靠想像的實用方法，如斯耐爾森（K.Snelson）的雕塑及莫瑞挪（Moreno）的構想等。最重要的幾何學上的工作是由富勒和埃墨瑞赤（D.G.Emmerich）完成的。加拿大的結構拓撲研究小組在形態學方面做了最重要的工作，他們出版的雜誌包括了許多張拉整體體系拓撲方面的文章，但這些研究都是數學上的，在三維空間上工程套用的研究也只為警告設計者們容易出現的不穩定方案。在大多數情況下，張拉整體多面體幾何的構成特性使得圖形理論可以用來模型化它們的拓撲。
張拉整體的找形分析為的是使體系的幾何形式滿足自應力準則。對於一個基本單元，可以用一種簡單的靜力方法來獲得自應力幾何，其原則包括尋找一個或一套元素的最大或最小和度，同時得到其它元素的尺寸條件。佩里哥瑞挪（S.Pellegrino）建議了用一種標準非線性程式解決這一問題的方法。而一個基於虛阻尼的動力鬆弛方法也得到了同樣的結果。
其它相關
美國已故著名工程師蓋格爾（D.H.Geiger）為張拉整體思想的發展做出了極大貢獻。他在富勒創造的富勒張拉整體穹頂的基礎上，發明了支承於周邊受壓環樑上的一種索桿預應力張拉整體穹頂體系，即索穹頂，從而使得張拉整體的概念首次套用到大跨度建築工程中。1986年以他的名字命名的蓋格爾公司將索穹頂結構成功套用於漢城奧運會的體操館（D=119.8m）和擊劍館(D=89.9m).之後又相繼建成了美國伊利諾斯州大學的紅鳥體育館(橢圓91.4m×76.8m)及佛羅里達州的太陽海岸穹頂(D=210m).1992年在美國建造了世界上最大的索穹頂體育館—喬治亞穹頂(Georgia Dome),見圖1.它是1996年亞特蘭大奧運會的主體育館,平面為橢圓形(193m×240m),這種雙曲拋物面型張拉整體索穹頂的耗鋼量少得令人難以置信,還不到30㎏/㎡.
亞特蘭大奧運會的主體育館
亞特蘭大奧運會的主體育館應該看到蓋格爾發明的張拉整體索穹頂結構源於富勒的張拉整體思想,屬於張拉整體體系的範疇,但由於它還沒有完全實現結構自支承、自應力的原則,離開下部受壓環梁則不能成立,故而可以說徹底的大跨度張拉整體結構還沒有建成.因此對於張拉整體結構無論在理論分析方面還是施工技術及建築材料方面都還有很多工作要做.
