13585605056周先生
最近在學習kangaroo時，正好看到一期張拉結構的模擬視頻，之前一直就覺得張拉整體結構很有意思，借此整理了一些張拉整體結構的資料。
我們先看一些有趣的試驗。
1920年拉脫維亞藝術家Ioganson創作完成一件劃時代的藝術雕塑作品。該作品外觀為空間結構體系，后被人們標稱為質輕、非連續、智能的張拉整體結構前身。在當時Ioganson盡管沒有對張拉整體結構下定義，也不知道何為張拉整體結構，但是其完成的藝術雕塑作品卻體現了張拉整體結構的思路，即自平衡性。
“拉力的海洋之中存有著受壓的孤島”便是最早對“張拉整體結構”的定義，最早由美國建筑師和發明家巴克敏斯特·富勒（Richard Buckminster Fuller）在1961年提出。
Fuller 認為：受力狀態是宇宙是常態、穩態，存在于整個范圍內。遼闊的宇宙中世界萬物都有著自身的吸引力，互相吸引著彼此，互相扯動著彼此，拉力是空間范圍中客觀存在的力學狀況，與拉力相對應的壓力出于平衡的需要，僅存在于物體自身的空間領域，在某種程度上宇宙可以假定為張拉整體結構。Fuller對張拉整體結構的認識不僅僅涉及到建筑結構領域，還涉及到了人類文明哲學，這種劃時代的的舉措為張拉整體結構接下來的發展鋪墊了有力的基礎。
Fuller 的學生Snelson在Fuller的指導下，完成了著名的“X-Shape”模型，這是真正意義上的從構思、想法到現實作品的跨越。它是由兩個相互不接觸的“X”剛體單元通過拉索連接而成，形成穩定的自平衡結構。
1962 年，Fuller 首次提出了專利“張拉整體結構”，從此開創了現代張拉整體結構研究新紀元。富勒設想了一個由三角網格組成的張拉整體穹頂，這個專利是在張拉結構方面獲得的第一個專利。在這個專利中，富勒詳細的描述了避免結構處于受壓狀態的緣由，因為壓縮會導致整個結構處于連續的張拉狀態，從而導致結構屈曲。
張拉整體結構是由受壓桿件和受拉桿件組成的穩定自平衡結構，受壓桿件處于離散狀況，而受拉構件處于連續狀態。張拉整體結構自身沒有剛度，而由自應力提供剛度
Fuller 所提出的“萬物互相吸引”哲學化張拉整體思想深入人心，深深觸動了美國工程師 Geiger，于1986年創造性提出了張拉整體式索穹頂結構，并成功將實驗室模型應用于生產活動中—漢城奧運會體操館。
Levy 發現張拉整體式索穹頂結構體系中脊索往往以輻射狀形式布置，這會導致結構體系索網平面內剛度富裕，而平面外剛度不足，結構體系剛度缺陷的存在會誘發局部失穩，進而引起整體坍塌，Levy總結改善了張拉整體式索穹頂結構體系，將輻射狀布置改換成成三角化聯方型布置，如1996 年亞特蘭大奧運會主體育館。喬治亞穹頂平面投影為橢圓形，跨度為 240m×193m，一度為世界上跨度最大的體育場。喬治亞穹頂不僅設計新穎，而且用鋼量極少，單位用鋼量不到30公斤。
2017年，這座曾經的最大的索穹頂結構，被以近2250公斤炸藥從內部爆破拆除。
穹頂結構大量采用預應力鋼索，壓桿少而短，所以能充分發揮鋼材的抗拉強度，結構效率極高。以其新穎的造型、巧妙的構思、合理的受力、經濟的造價、快速的施工，贏得了工程師們的喜愛，并被成功地應用在一些大跨度、超大跨度建筑的屋蓋設計中，是近年來國內外空間結構的研究熱點之一。
然而嚴格意義上說，這些穹頂并不是真正的張拉整體結構，因為他們需要依附邊界約束來維持結構的穩定。2001 年日本千葉市建造的實驗設施是最早的在建筑領域嘗試使用“真實”的張拉整體結構的建筑。兩個結構完全由張拉整體單元構成，每個單元的頂部有一個隔離支柱用于支撐薄膜屋頂。
下面這個建筑物是為了2002年的一個展覽搭建的臨時建筑，在瑞士的Neuchatel湖上，由Diller Scofidio + Renfro設計，長寬300英尺乘200英尺，高75英尺。
張拉整體結構，由于結構的受拉索元（拉索）與受壓桿元（壓桿）的材料特性被充分利用，使得在材料用量較低、結構輕質的情況下，實現結構具有較大抗力和較高性能的特性，這使得張拉整體結構在橋梁領域的應用成為可能，并隨著張拉整體結構理論的發展而不斷出現新的橋梁形式。
于 1996 年出現在倫敦泰晤士河上的千禧橋，相對來講算是最早的一座由張拉整體體系思想建造的橋梁。
2002 年，在華盛頓國家博物館大廳建造由 Wilkinson Eyre 和 Arup 設計的一座連接不同畫廊的張拉整體橋梁，延續著張拉整體思想在橋梁上的應用。
現今世界上存在的最大的一座啟發于張拉整體結構思想而建造的張拉整體人行橋是位于澳大利亞昆士蘭州的布里斯班州府（Brisbane，Queensland，Australia）的Kurilpa Bridge 橋梁，該橋梁的跨徑達到了 120 米。這座橋是Cox Rayner Architects與Arup共同設計的。橋一共三跨，兩個橋墩上各有4個主桿，中間部分兩側有一堆次桿（minor masts），橫著的有一些flying struts，然后用cables把它們都連在一起。根據Arup公司的說法，這一套系統起著三個功能：
懸掛上方的遮蓬
防止由于風荷載等造成主桿和次桿buckling
提供torsional rigidity
在國內的應用也還是以雕塑為主，如李少航、袁鑫等設計的懸浮系列雕塑，似乎懸浮在空中，給人一種驚艷的感覺。
我們利用rhino平臺中kangaroo可以很方便的模擬一些簡單張拉整體情況。下圖我們文章開篇里面的小案例的模擬。
