这个桌子是怎么靠几根拉索“撑”起来的?

我一个朋友设计的全预应力家具 ,所有的索都是受拉,中间一根主索,周边6根稳定索,充分展示了预应力的魅力,这是第一个原理验证用的。各位,整个桌面是悬浮空中的,是不是很神奇啊?

要是能画个受力分析就更好了~XD

http://weibo.com/1496981514/Bo2DrCUwh



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39个答案
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我画了个简化的图

左边的是第一次简化成平面的,蓝色是中间的短索,红色是周边的长索

中间的短索只能提供竖向的支撑,对于转动和水平方向的约束是通过两侧的不平行索张紧实现的

右边是进一步的简化,中间的短索和两侧长索的不平行结构等效为一个铰,可以提供除了转动外的约束,而两侧的长索则等效为平行索,提供对转动的约束

空间结构同理

当承荷的时候,周边的长索不可避免的会有一根或多根出现松弛,为了保证整体的结构,即便出现了松弛,所有的索仍然必须是张紧的

解决的办法就是如原博描述,在不持荷的状态,所有的索必须施加足够大的预应力

我个人是不觉得这东西的噱头能抵消我对传统家具的偏好啦,毕竟高应力水平对疲劳什么的不利

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Cast机械专业,DIY爱好者

2014-09-24 13:50

一个张拉整体结构:受压构件之间并不接触,而预先张拉的构件构成了空间外形。
预应力张拉就是在构件中提前加拉力,使得被施加预应力张拉构件承受拉应力,进而产生一定的形变(就是我们看到的椅子的外形),来应对结构所受到的荷载(人往上坐)。

这个椅子的工作原理分析参见@白长老@很可能 的回答,扩展说一下进阶版本的张拉整体结构。

微博中说这个“是第一个原理应用的”,椅子不知道是不是,但是张拉整体结构的出现要是第一个就呵呵了

雕塑家肯尼斯•斯内尔森的这个张拉整体结构作品,1968年至今都无恙。

这个塔的棍子飘在半空中,只是通过一些线相连。这个雕塑没有人拉着,也没有固定在地面上。除了自己内部的这些棍子,这个雕塑没有系在其他任何东西上。


“张拉结构是一种利用拉力绳将不少于三个的棍状物组合在一起的结构。这些棍状物相互不得接触而仅仅通过拉力线来固定形成一个稳定的半刚性结构单元。”这是对于以上张拉塔的结构定义。

3个棍状物的组成是比椅子的组成复杂了许多,流行于艺术家之中主要是为了展现“漂浮”的魅力。
棒子间并不接触,但是可以通过拉力线网将各个力分给每一根棒子。由于线很细而棒子较粗,看起来就像这些棒子直接飘在空中,给人一种特别新颖的空间愉悦感。


身为DIYer,再介绍一下自己制作张拉塔模型,很简单的制作方法,材料也很简单,30分钟就能自己创造漂浮的建筑:
在这个链接中:http://shiba.hpe.sh.cn/jiaoyanzu/wuli/ShowArticle.aspx?articleId=1325&classId=5


关于张拉整体结构,更著名的应用还有索穹顶:“支承于周边受压环梁上的一种索杆预应力张拉整体穹顶体系,从而使得张拉整体的概念首次应用到大跨度建筑工程中。”

美国已故著名工程师盖格尔(D.H.Geiger)对于张拉整体思想的发展做出了极大贡献,1986年盖格尔公司将索穹顶结构成功应用于汉城奥运会的体操馆(D=119.8m)和击剑馆(D=89.9m).之后又相继建成了美国伊利诺斯州大学的红鸟体育馆(椭圆91.4m×76.8m)及佛罗里达州的太阳海岸穹顶(D=210m).1992年在美国建造了世界上最大的索穹顶体育馆—乔治亚穹顶(Georgia Dome),它是1996年亚特兰大奥运会的主体育馆,平面为椭圆形(193m×240m),这种双曲抛物面型张拉整体索穹顶的耗钢量少得令人难以置信,还不到30㎏/㎡.

亚特兰大奥运会主体育馆的索穹顶结构


参考资料:
1,来自《爱上制作2》张拉塔的篇章:
http://shiba.hpe.sh.cn/jiaoyanzu/wuli/ShowArticle.aspx?articleId=1325&classId=5

2,维基百科“张拉整体”的词条:
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%A0%E6%8B%89%E6%95%B4%E4%BD%93

3,

对比张拉整体是一个新词。由张力(tensional)和整体(integrity)组成。这个词指的是一种结构关系,这种结构的形状是由系统有限的连续而闭合的行为而不是由离散的压缩的组件行为来保证的。张拉整体可以继续扩展而无须破坏整体性。
——巴克敏斯特•富勒《张拉整体》第372页
张拉整体描述的是一个由1组3个或更多的长形压力体和张力的腱网组成的闭合结构。在这个结构中,这些部件相互支撑而互不接触,向外挤压腱网中的节点而形成了一个坚固的基于三角形的张力拉力共存的单元。
——肯尼斯•斯内尔森


4,百度百科“张拉整体式结构”的词条:
http://baike.baidu.com/view/2384958.htm

5,膜结构常识:
http://membrane.mstcenter.com/fa%20zhan%20gai%20shu.html

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我接到一个邀请,关于这个我微博上转了,整体结构的设想还是蛮赞的,效果也还可以,也许能更震撼些?

关于结构,我画了一个简单示意:

1、将上下粗管结构简化成了一个绿色铁环,带个中间支撑柱,柱头有弯钩;
2、两侧预应力索,简化成了箭头,箭头方向就是拉力方向;
3、柱头之间的挂链,也简化成了蓝色线段,也是受拉力,箭头为力方向

因此可以看出这是一个自洽的结构,白色的拉力导致绿色铁环相对要运动,但是蓝色的链子限制了他们的运动,内力正好平衡。

实物图里为了让上下铁环相对不转动,采用V型斜拉。

说白了其实把拉索换成钢管就看上去很普通了。。。但是因为都是受到拉力,没有稳定性问题,所以完全可以用钢丝代替棍子。

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对于一个跟钢筋混凝土打交道的人来说,这个叫做“预应力”实在是委屈这三个字了,不过这三个字也正好体现了这个桌子的受力特点。

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很简单,

上部分的重心被中间的吊索拴住

提供了主要的支撑力的来源

周边的一圈只是起到稳定作用

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题目就是不对的。

这个结构完全不是靠拉索“撑”起来。撑起结构的是那两根弯曲的铁管和中间的铁链,铁管可以提供支持力,是桌子“撑”起来的根本原因。中间有一段短铁链,视觉上给人“没有固接”的感觉,但是实际上造成类似于铰接的效果,使得桌子没法“掉下”,只能“转动”,只要再限制转动,就可以让结构固定下来。

而靠拉索限制转动就是很轻而易举的事情了。实际上拉索只能让钢管受更大的力而已,没起到任何支撑作用。

如果没有弯曲的竖钢管,靠只能提供拉力的拉索,是怎么也撑不起来的。

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“预应力悬浮茶几家具,高科技产品。”
既非高科技,又不见预应力的价值,噱头而已。

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oT_To建筑师 B.Arch

2014-09-25 00:57

注册建筑师考试题目:请问图示结构为几次超静定。。。

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年轻的敦煌丶拍,骑,游,弹,唱,演

2014-09-26 12:03

想这么复杂干什么。。。。。。

下面的钢结构,受到重力和地面的支持力,所以是静止的。上面的钢结构就是挂在一个静止的支架上啊。

再通过周围的线来让上面的钢结构不会向任何一方向倾斜,因为中间的悬挂只是一个点,无法保证平衡。

就这玩意儿还卖1600,成本16块啊尼玛。

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支持者: 元素碳

有强度要求吗?如果把钢管变成塑料管,钢线变成鱼线会不会更震撼

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tokaerv家里蹲大学在校

2014-09-24 20:31
支持者: 早安lemon 天辰-狼王

中间的螺纹拉钩勾住上下两侧钢管并努力使之互相靠近;由于弯曲钢管交错安置,内侧靠近的趋势反而使上下两个外圈更加相互远离。这时,由于外圈钢丝牵拉的作用,使它们无法背离,从而产生张力。这样,张力和中心的挂钩拉力就达到平衡,使桌子稳稳站立起来,且可以承受一定负荷,形成稳定结构。
很巧妙啊。
只要松开挂钩,整个结构就会崩溃。
啊哒~~~!你已经死了。

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支持者: 小屁孩已被使用

通常结构设计中的预应力都是为了能够抵抗更大的荷载,也就是说预应力的方向与荷载方向通常是相反的。而在这个物件中,预应力是为了保持稳定的,这导致了预应力与承重的荷载方向是一致的,这对下面构件的抗弯刚度提出了更高要求。所以我觉得从承重和安全方面考虑,这不是一个好设计。

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支持者: 单小鱼威武霸气

把他想象成一个圆凳的支架,忽然菊花有一种莫名的疼痛感。

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下方的铁环顶部挂着上方铁环的底部,周围的钢丝用来维护平衡。理论上如果重心能把握的好,可以只用中间的那根钢丝支撑起这个结构

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很赞!

不过安全性方面不会有问题么?这些拉索上的预应力,比钢化玻璃什么的要强很多才行吧?

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1、这个结构最重要的一部分是上下两个结构的几何重心通过圆心,同时中间拉杆节点也为圆心;
2、我们可以直观的知道六条钢索上所受到的应力大小是相同的,于是我们可知,上结构所受到的钢索拉力的合力是一个通过圆心向下的力(暂用f表示),取上结构为研究对象,于是我们可以得到F=G+f(其中F为中间预应力拉杆所受的力,G为上结构的重力);
3、当f=0的时候,钢索不受力,这个结构是不稳定的,于是我们减小上下两个结构之间的距离,但同时由于钢索长度和形变的限制,使得结构达到平衡;
4、当上结构覆盖有桌面或者重物的时候,F增大,f减小,达到新的平衡状态:F=G+f+g,于是我们知道这个结构所承受的重量由中间拉杆决定,最大重量[F]-G([F]为拉杆所能够承受的最大拉力)

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时间长了拉索松弛了问题就出来了,说不定就一下断裂了,毕竟要放一整块钢化安玻璃,还要放物品

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中间的拉索肯定给了上面铁圈的向下的力,若没有中间的拉索,只靠软线接,再有预应力也不可能实现悬浮,因为他的预应力是相互持横的,没有单独一个垂直的力去克服重力

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下半部分把上半部分通过中间的链子钩住,被钩的那部分又弯曲延伸到了上边(造成链子支撑的假象),用绳索加以固定。

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额 万一断了会不会绷到小孩子?

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这太简单了,重力会让上面呢块不规则铁架掉下来,用中间的小拉索控制住两个铁架之间的距离防止上面那块铁架跌落,而周围那些钢丝不过是保持平衡的东西而已。参考自行车辐条

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之前我错了,中间的提供向上的拉力,四边的铁索保持平衡。不知道为什么看了那么多眼中间的铁索构造还是看错了。如果其原创的话,质量又有保证,在淘宝上卖贵些不离谱。
难的不是做受力分析而是构建一种新的力的平衡。

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以我办公家具制造加销售近十年的经验,给此物一个字的评价:丑!两个字的评价:丑,糙。

和背后的廉价办公家具一样的水准。

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支持者: lycii

中间那个根本是不是顶起来的啊,我看起来是外面的线要拉着两个支架要翻转,中间的线阻止他们翻转,结果就绷直了

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就是把中间原来的刚性连接变成柔性连接而已,没有任何创新的,很正常的现象,小时候做风筝都用到这种结构了,没什么稀奇的。

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支持者: 元素碳 落井下砖头

回头看看这分明是钓geek去买zhuangbility价格比高产品的广告....
开玩笑哈

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阿尔吉农飞岛国语言专家

2014-09-23 14:26

看起来很有趣,但是不怎么美观,而且拉索不方便打扫。

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西河湾刀深南路上扫街的

2014-09-24 16:41

前天刚看到还想了好久,呵呵。

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qq11391饿了就啃键盘的猪

2014-09-25 01:12

原来中间那个钩钩可以调啊,好厉害的样子

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这个桌子放东西可能很稳当,但是抬起来就费点劲了

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