一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，由剪式單元圈與屋面板構(gòu)成；剪式單元圈至少為三圈，每圈剪式單元圈由一圈剪式單元構(gòu)成，剪式單元由兩塊條形板在條形板中部的中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)接而成，相鄰兩剪式單元之間在條形板端部通過(guò)銷(xiāo)釘銷(xiāo)接在一起；屋面板由同樣大小的扇形板構(gòu)成，其中：相鄰兩塊扇形板的在側(cè)面銷(xiāo)接形成一個(gè)折疊單元；相鄰兩塊扇形板在空間里屋蓋的交界線(xiàn)分別形成峰線(xiàn)和谷線(xiàn)；至少三圈剪式單元圈間隔布置于峰線(xiàn)和谷線(xiàn)上，且位于距屋面板圓心不同半徑的位置。本發(fā)明提供的屋蓋結(jié)構(gòu)，通過(guò)剪式單元圈的展開(kāi)與閉合，實(shí)現(xiàn)了屋蓋體系的環(huán)向開(kāi)啟和閉合；同時(shí)，由于冗余約束的存在，使得屋蓋可靠性得到了保障。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)，特別是一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]可展結(jié)構(gòu)是近半個(gè)多世紀(jì)來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)，在宇航、建筑結(jié)構(gòu)和軍事工程等領(lǐng)域起著重要作用?？烧菇Y(jié)構(gòu)的主要特征是具有兩種穩(wěn)定的構(gòu)型:完全折疊狀態(tài)和完全展開(kāi)工作狀態(tài)。在折疊狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)收攏在某一特定形狀，在外界驅(qū)動(dòng)力的作用下，結(jié)構(gòu)逐步展開(kāi)，達(dá)到完全展開(kāi)的工作狀態(tài)，然后鎖定為穩(wěn)定狀態(tài)。
[0003]可展剪式鉸結(jié)構(gòu)是一種基于剪式鉸單元的空間結(jié)構(gòu)，能夠設(shè)計(jì)出豐富多彩的幾何外形。這種結(jié)構(gòu)完全折疊后成為緊密的捆狀，充分展開(kāi)固定后達(dá)到初始工作狀態(tài)，能夠覆蓋較大的空間。同時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)可以在工廠成批生產(chǎn)，制作完成后折疊成捆狀運(yùn)輸?shù)焦さ卣归_(kāi)使用；此外，這類(lèi)結(jié)構(gòu)極其便于拆遷。利用此特點(diǎn)，這結(jié)構(gòu)可以廣泛的應(yīng)用于軍事建筑，短期性建筑，以及體育場(chǎng)大劇院等大跨度空間結(jié)構(gòu)中。
[0004]在已有的結(jié)構(gòu)中，剪式鉸結(jié)構(gòu)多是作為豎向提升裝置而存在的，利用剪式鉸結(jié)構(gòu)打開(kāi)前和打開(kāi)后在形狀和高度上的巨大區(qū)別，其會(huì)有很好的提升效果。
[0005]開(kāi)合屋蓋是在建筑理念中引入可展結(jié)構(gòu)思想的結(jié)果，是現(xiàn)代體育建筑的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)，它越來(lái)越受到人們的青睞。我國(guó)在最近十幾年興起了建造開(kāi)合結(jié)構(gòu)的熱潮，小規(guī)模的開(kāi)合式屋頂建筑已經(jīng)有數(shù)十座，目前運(yùn)行狀況良好，大型開(kāi)合結(jié)構(gòu)的建造也有了一定的成就。但國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已建成的數(shù)百座開(kāi)合屋蓋建筑結(jié)構(gòu)形式和開(kāi)合機(jī)理較為簡(jiǎn)單，而且開(kāi)合屋蓋的研究滯后于工程實(shí)踐狀態(tài)。如何將可展剪式鉸結(jié)構(gòu)和開(kāi)合屋蓋結(jié)合起來(lái)更是急需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了制造出便于開(kāi)合的環(huán)形屋蓋，并要求該開(kāi)合屋蓋不僅能滿(mǎn)足建筑對(duì)屋蓋開(kāi)合的各項(xiàng)功能要求，還具有設(shè)計(jì)和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿(mǎn)足中小跨度建筑對(duì)屋蓋開(kāi)合功能的要求，同時(shí)還可以給下部場(chǎng)地提供更大的空間，也能提高結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0007]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于:由剪式單元圈與屋面板構(gòu)成；
所述剪式單元圈至少為三圈，每圈剪式單元圈由一圈剪式單元構(gòu)成，剪式單元由兩塊條形板在條形板中部的中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)接而成，相鄰兩剪式單元之間在條形板端部通過(guò)銷(xiāo)釘銷(xiāo)接在一起；
所述屋面板由在同一空間相互銷(xiāo)接、同樣大小的扇形板構(gòu)成，其中:相鄰兩塊扇形板的在側(cè)面銷(xiāo)接形成一個(gè)折疊單元；相鄰兩塊扇形板在空間里屋蓋的交界線(xiàn)分別形成峰線(xiàn)和谷線(xiàn).-^4 ， 所述的至少三圈剪式單元圈間隔布置于峰線(xiàn)和谷線(xiàn)上，且位于距屋面板圓心不同半徑的位置。
[0008]所述的剪式單元圈位于所述的屋面的平面內(nèi)。
[0009]所述折疊單元的兩個(gè)扇形板在側(cè)面通過(guò)銷(xiāo)軸連接，所述剪式單元的兩塊條形板設(shè)置在所述的銷(xiāo)軸上，在銷(xiāo)軸上對(duì)應(yīng)銷(xiāo)釘?shù)奈恢锰幵O(shè)置銷(xiāo)接孔，并形成所述的中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)。
[0010]在所述扇形板的一側(cè)設(shè)置有第一銷(xiāo)軸孔，在扇形板的另一側(cè)設(shè)置有第二銷(xiāo)軸孔，所述第一銷(xiāo)軸孔和第二銷(xiāo)軸孔位于扇形板側(cè)面長(zhǎng)度方向的不同位置，所述銷(xiāo)軸穿過(guò)一個(gè)扇形板的第一銷(xiāo)軸孔和另一扇形板的第二銷(xiāo)軸孔形成一個(gè)折疊單元。
[0011]在扇形板的第一銷(xiāo)軸孔和第二銷(xiāo)軸孔對(duì)應(yīng)于剪式單元中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)的銷(xiāo)釘處設(shè)有不阻礙銷(xiāo)釘運(yùn)動(dòng)的預(yù)留孔。
[0012]本發(fā)明一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，每塊扇形板都是同樣尺寸的，銷(xiāo)接之后連起來(lái)同樣形成一個(gè)空間環(huán)，并且都指向同一個(gè)圓心。
[0013]有益效果:本發(fā)明提供的屋蓋結(jié)構(gòu)，通過(guò)剪式單元展開(kāi)與閉合，實(shí)現(xiàn)了屋蓋體系的環(huán)向開(kāi)啟和閉合；由于共存在多圈(三圈及以上)剪式單元，因此在屋蓋中心不需要用柱子來(lái)支撐，而且增加了結(jié)構(gòu)的冗余度，提高了結(jié)構(gòu)的安全度，剪式單元設(shè)置在屋蓋平面內(nèi)，為屋蓋下面的場(chǎng)地節(jié)省了空間。剪式單元于面內(nèi)的好處是節(jié)省空間，使得結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔明了。在屋蓋開(kāi)合過(guò)程中，由于剪式單元體系的存在，可以避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相鄰構(gòu)件的碰撞，可以得到較大的開(kāi)合屋蓋的收縮率；另外，由于本發(fā)明的構(gòu)件數(shù)遠(yuǎn)少于一般的折疊網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因此給人們一種簡(jiǎn)潔明快的效果，克服了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)感官上桿件繁多凌亂的缺點(diǎn)；而且其構(gòu)造合理、設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，特別適合中小跨度的建筑；同時(shí)，由于冗余約束的存在，使得屋蓋可靠性得到了保障。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的半折疊狀態(tài)示意圖；
圖3為扇形板板的不意圖；
圖4為折疊單元與剪式單元的裝配示意圖；
其中:1、扇形板，2、剪式單元，3、銷(xiāo)釘，4、銷(xiāo)軸，5、峰線(xiàn)，6、谷線(xiàn)，7、第一銷(xiāo)軸孔，8、第二銷(xiāo)軸孔，9、銷(xiāo)接孔。
[0015]【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]如圖1所示為基于本發(fā)明思想的一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋的結(jié)構(gòu)示意圖，包括剪式單元圈、屋面板等。剪式單元圈與屋面板通過(guò)銷(xiāo)釘銷(xiāo)接而成。
[0017]其中，剪式單元圈一共多圈(三圈及以上)，剪式單元2由兩塊條形板通過(guò)銷(xiāo)釘3銷(xiāo)接而成，在中部形成中部鉸接節(jié)點(diǎn)，在剪式單元2之間分別在端部通過(guò)銷(xiāo)釘3銷(xiāo)接在一起，展開(kāi)以后形成一個(gè)環(huán)形的剪式單元圈。
[0018]屋面板由均布在同一空間上的一圈折疊單元構(gòu)成，折疊單元之間也通過(guò)銷(xiāo)接的方式連接，首尾的兩個(gè)折疊單元之間在展開(kāi)或折疊時(shí)候打開(kāi)，參見(jiàn)圖2。每一個(gè)折疊單元由兩塊扇形板I相互銷(xiāo)接而成，相鄰兩塊扇形板I在空間里屋蓋的交界線(xiàn)分別形成峰線(xiàn)5和谷線(xiàn)6 ;多圈(三圈及以上)剪式單元圈間隔布置在峰線(xiàn)5和谷線(xiàn)6上；折疊單元與剪式單元2之間在單個(gè)剪式單元2的中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)處通過(guò)不同的銷(xiāo)軸4形成銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)。
[0019]每塊扇形板I都是同樣尺寸的，銷(xiāo)接之后連起來(lái)同樣形成一個(gè)空間環(huán)，并且都指向同一個(gè)圓心。
[0020]所有剪式單元2與剪式單元2之間，扇形板I與扇形板I之間，剪式單元2與扇形板I之間的連接均為銷(xiāo)接，方便開(kāi)啟與閉合。
[0021]實(shí)施程序:首先利用計(jì)算機(jī)擬定屋面板展開(kāi)后的位置，之后在指定位置布置剪式單元，將各個(gè)剪式單元連接起來(lái)，便形成了環(huán)形展開(kāi)屋蓋。
[0022]應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于:由剪式單元圈與屋面板構(gòu)成； 所述剪式單元圈至少為三圈，每圈剪式單元圈由一圈剪式單元(2)構(gòu)成，剪式單元(2)由兩塊條形板在條形板中部的中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)接而成，相鄰兩剪式單元之間在條形板端部通過(guò)銷(xiāo)釘(3)銷(xiāo)接在一起； 所述屋面板由在同一空間相互銷(xiāo)接、同樣大小的扇形板(I)構(gòu)成，其中:相鄰兩塊扇形板(I)的在側(cè)面銷(xiāo)接形成一個(gè)折疊單元；相鄰兩塊扇形板(I)在空間里屋蓋的交界線(xiàn)分別形成峰線(xiàn)(5)和谷線(xiàn)(6); 所述的至少三圈剪式單元圈間隔布置于線(xiàn)峰和谷線(xiàn)上，且位于距屋面板圓心不同半徑的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的剪式單元圈位于所述的屋面平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述折疊單元的兩個(gè)扇形板(I)在側(cè)面通過(guò)銷(xiāo)軸(4)連接，所述剪式單元(2)的兩塊條形板設(shè)置在銷(xiāo)釘(3)上，在銷(xiāo)軸(4)上對(duì)應(yīng)銷(xiāo)釘(3)的位置處設(shè)置銷(xiāo)接孔(9)，并形成所述的中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述扇形板(I)的一側(cè)設(shè)置有第一銷(xiāo)軸孔(7)，在扇形板(I)的另一側(cè)設(shè)置有第二銷(xiāo)軸孔(8)，所述第一銷(xiāo)軸孔(7)和第二銷(xiāo)軸孔(8)位于扇形板(I)側(cè)面長(zhǎng)度方向的不同位置，所述銷(xiāo)軸(4)穿過(guò)一個(gè)扇形板(I)的第一銷(xiāo)軸孔(7)和另一扇形板(I)的第二銷(xiāo)軸孔(8)形成一個(gè)折疊單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有冗余約束的空間多環(huán)剪式單元可開(kāi)啟屋蓋結(jié)構(gòu)，其特征在于:在扇形板(I)的第一銷(xiāo)軸孔(7)和第二銷(xiāo)軸孔(8)對(duì)應(yīng)于剪式單元(2)中部銷(xiāo)接節(jié)點(diǎn)的銷(xiāo)釘(3 )處設(shè)有不阻礙銷(xiāo)釘(3 )運(yùn)動(dòng)的預(yù)留孔。
【文檔編號(hào)】E04B7/16GK103883055SQ201410139018
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】蔡建國(guó), 丁一凡, 馮健 申請(qǐng)人:東南大學(xué)