张拉整体结构工程应用综述

张拉整体结构的工程应用综述

夏巨伟

(浙江大学空间结构研究中心)

摘要：“张拉整体”（Tensegrity ）概念是美国著名建筑师R.B.Fuller 的发明，是“张拉”（tensile ）和“整体”（integrity ）的缩合。富勒认为宇宙的运行是按照张拉一只析原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网，而各个星球是这个网中的一个个孤立点。由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点，可最大限度地利用了材料和截面的特性，可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。也被建筑师和结构工程师认为是未来的结构体系。本文重点对张拉整体在各领域的应用进行了介绍。

关键词：张拉整体；Aigle 自行车馆；Kurilpa bridge ；

张拉整体结构不依赖支撑体系就能够保持自身的稳定，是真正意义上的自平衡体系，由于其先进的构造学和力学理念，而被建筑师和结构工程师认为是未来的结构体系[4]。早期对张拉整体结构的研究主要集中在建筑小品和雕塑上(图1.1)，近年来为促进张拉整体结构的工程应用Motro 研究小组对张拉整体双层网格结构、张拉整体人行桥开展了系统的研究[5, 6]。迄今为止，已有一些张拉整体结构(或由张拉整体模块构成的结构)陆续建成，Passera 和Pedretti 在2002年的瑞士世界博览会在展示了一个网格型张拉整体模型，继而他们又设计了瑞士Aigle 奥林匹克自行车馆张拉整体屋盖(椭圆平面90.8m ×66.83m ，见图1.2)。2009年澳大利亚Brisbane 建成了世界上第一座张拉整体桥梁建筑——470m 的Kurilpa 人行桥(图1.3)。另外，张拉整体结构也引起了家具(图1.4)、医学(图1.5)、机器人学、生物力学、航空航天等众多领域的兴趣。

(a) X 型模型 (b) 双层穹顶模型

(c) 彩虹拱(d) Warnow Tower

图1.1 张拉整体模型及建筑小品

(a) 剖面(b) 张拉整体模块

(c) 外景(d) 内景

图1.2 瑞士Aigle奥林匹克自行车馆

图1.3 Kurilpa bridge

(a) 桌子(b) 椅子

图1.4 张拉整体家具

(a) 脊椎(b) 膝关节

图1.5 张拉整体骨架模型