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张拉整体结构是本世纪五十年代提出的一种新概念体系,它来源于大自然的连续拉和间断压这一客观存在规律。如今,张拉整体结构已经成为空间结构最前沿的课题之一,引起全世界范围内研究者的广泛关注。 首先,本文介绍了张拉整体结构在国内外的研究发展的历程和现状,总结了其结构特征。再从多面体几何出发,简要讨论了张拉整体单元与多面体之间存在的对应关系,并将研究对象定为球状张拉整体单元。 本文总结了球状张拉整体单元几何特征,发现具有“3价节点”或“4价节点”的多面体可以衍生出球状张拉整体单元,但是仅有少量的较规则的多面体符合这一条件。为了打破这一数量限制,引入了短程线型多面体,采用分频的方法实现正多面体向短程线型多面体的转换。然后在短线型多面体的基础上,采用删除子三角形棱边的方法将其“6价节点”转化为“3价节点”或“4价节点”。在此基础上,分别衍生出各类球状张拉整体单元。整个构造过程可归纳为正多面体→短程线型多面体→球状张拉整体单元。 进一步研究发现,采用该方法可以解决回路型单元的找形问题,但是还不足以确定钻石型单元和Z字型单元的形状,因为它们的顶点在成形过程中会发生一定程度的偏移。为了解决上述问题,根据在压杆长度一定的情况下,拉索的长度总是趋于最小这一原则,将找形问题转化为受约束的求最小值问题,并给出了统一的数学表达。并通过简单算例证明这一方法的可行性。 作者还制作了多种球状张拉整体单元的实物模型论证上述方法的可行性,并总结了制作模型的经验。 最后,总结了本文的研究工作的结论,提出了进一步的研究工作内容。