一種具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有剛性壓桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上的膜結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由多榀折疊拱單元連接構(gòu)成，每榀折疊拱單元由n個四棱錐基本單元沿著結(jié)構(gòu)跨度方向相連組成，四棱錐基本單元由四個正向折桿剪式單元組成；膜結(jié)構(gòu)由設(shè)置在每個四棱錐單元上的一個開合膜單元組成，該開合膜單元包括一根剛性壓桿、附著在剛性壓桿上的膜材以及四根拉索，剛性壓桿的上部與膜材上部連接，剛性壓桿的下部與四根拉索一端連接，膜材下部分別固定在四棱錐單元的四個節(jié)點上，四根拉索的另一端連接在四棱錐單元的四個環(huán)向連接點上。與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明不僅開合過程方便，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性好，結(jié)構(gòu)自重較輕，開合靈活，設(shè)計和施工方便。
【專利說明】
一種具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，特別是一種具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]折疊結(jié)構(gòu)頂符合當代建筑理念，是大跨空間結(jié)構(gòu)的一個主要發(fā)展趨勢，它越來越受到人們的青睞。折疊結(jié)構(gòu)因其具有工期短、易搬迀和可重復(fù)利用等優(yōu)點，已引起了現(xiàn)代建筑師的極大興趣。但其在大跨結(jié)構(gòu)中使用較少，主要原因有:(I)折疊網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計一般比較復(fù)雜，目前尚缺乏構(gòu)造簡單且實用、造價低廉的適合工程應(yīng)用的節(jié)點設(shè)計；(2)折疊網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的構(gòu)件除受軸力外，還受一定彎矩，受力性能不佳，造價較高；(3)折疊網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的剛度很差，位移較難滿足使用要求。
[0003]只有可折疊柱面網(wǎng)殼而則會結(jié)構(gòu)剛度不足，若采用平面膜，則無法提供來自幾何形狀的剛度，而且平面膜還容易發(fā)生褶皺和撕裂，既影響美觀又影響使用，空間膜有效地避免了平面膜的這些缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決得技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本低且受力性好的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，能較好地滿足臨時性建筑方便搭建和移動及大跨度建筑對折疊功能的要求，更加可以滿足膜結(jié)構(gòu)的剛度需求。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上的膜結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由多棉I折疊拱單元連接構(gòu)成，其特征在于:所述每棉I折疊拱單元由η個四棱錐基本單元沿著結(jié)構(gòu)跨度方向相連組成，η為? 2的自然數(shù)，所述四棱錐基本單元由四個正向折桿剪式單元組成，所述正向折桿剪式單元由兩根折桿組成，所述正向折桿剪式單元的兩根折桿之間上端的夾角大于下端的夾角，四個正向折桿剪式單元依次首尾通過端部節(jié)點連接成環(huán)狀，四個折桿剪式單元的中間節(jié)點位于同一平面內(nèi)，相鄰兩榀折疊拱單元之間采用反向折疊剪式單元連接，所述反向折桿剪式單元也由兩根折桿組成，所述反向折桿剪式單元的兩根折桿之間上端的夾角小于下端的夾角，反向折疊剪式單元的端部節(jié)點連接在所述每榀折疊拱單元沿結(jié)構(gòu)長度方向上的正向折疊剪式單元的端部節(jié)點上;所述膜結(jié)構(gòu)由設(shè)置在每個四棱錐單元上的一個開合膜單元組成，該開合膜單元包括一根剛性壓桿、附著在所述剛性壓桿上的膜材以及四根拉索，所述的剛性壓桿沿四棱錐高線布置，所述剛性壓桿的上部與膜材上部連接，所述剛性壓桿的下部與四根拉索一端鉸接，所述膜材下部分別固定在四棱錐單元的四個節(jié)點上，所述四根拉索的另一端鉸接在四棱錐單元的四個環(huán)向連接點上。
[0006]所述折桿在中間節(jié)點兩側(cè)的長度相等。
[0007]所述折桿為平面桿或空間結(jié)構(gòu)的桿件。
[0008]所述的剛性壓桿均為直桿且長度均相同。
[0009]所述的剛性壓桿長度應(yīng)大于折桿中間節(jié)點一側(cè)的長度。
[0010]本發(fā)明的機構(gòu)為單自由度體系，減小了驅(qū)動裝置的數(shù)量;另外，由于本發(fā)明構(gòu)成的構(gòu)件數(shù)遠少于一般的折疊網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因此給人們一種簡潔明快的效果，克服了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)感觀上桿件繁多凌亂的缺點；并通過其上具有剛性壓桿的開合膜結(jié)構(gòu)使得結(jié)構(gòu)自重較輕，開合靈活，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，設(shè)計和施工方便，特別適合中小跨度的建筑。
【附圖說明】
[0011]圖1為折桿剪式單示意圖；
圖2為基本四棱錐單元上設(shè)置的單個膜在展開時側(cè)視圖；
圖3為基本四棱錐單元上設(shè)置的單個膜在展開時俯視圖；
圖4為基本折疊拱單元上設(shè)置膜示意圖；
圖5為折桿剪式單元正反相連示意圖；
圖6整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為四棱錐單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的基本單元是折桿剪式單元I。每個折桿剪式單元I由兩根折桿2的組成，彎折處在折桿2中點，折桿剪式單元I的兩根折桿2在彎折處銷接連接，虛線是折疊展開過程中折桿剪式單元的運動軌跡。
[0014]四個折疊展開運動方向相同的折桿剪式單元I通過環(huán)向相連組成一個可折疊展開的四棱錐單元3，如圖7所示。固定端部任意一個折桿剪式單元1，就形成了單自由度體系，可實現(xiàn)整體展開和折疊。確定結(jié)構(gòu)跨度后為避免幾何不相容折桿尺寸都通過做輔助線來確定。一個四棱錐單元3可認為是以一個折桿剪式單元I為對象，該折桿剪式單元I折疊展開運動中心為中心點環(huán)形陣列形成的，每個四棱錐單元3上設(shè)置一個開合膜單元4，如圖2-3所示。開合膜單元4由上部的交于一點的一根剛性壓桿41、附著在上面的膜材42及四根拉索43構(gòu)成，所述的剛性壓桿沿四棱錐從頂點出發(fā)的高線布置，上部與膜材連接，下部與四根拉索鉸接，所述的膜材上部固定在剛性壓桿處，下部分別固定在四棱錐單元的四個節(jié)點上，所述的四根拉索上端鉸接在四棱錐單元的四個環(huán)向連接點上，下部固定在剛性壓桿處。
[0015]開合膜單元4之間形狀相似，彼此之間組成構(gòu)件相同，開合膜單元之間平滑過渡連接。η個這樣的四棱錐單元3首尾相連，沿跨度方向環(huán)繞半個圓周組成一榀折疊拱單元5如圖4所示。其中η為自然數(shù)η 2 2。把端部任意一個折桿剪式單元I的銷接節(jié)點與下部結(jié)構(gòu)相連，就形成了單自由度體系，可實現(xiàn)整體展開和折疊。將任一折疊拱單元中節(jié)點邊緣節(jié)點作為固定節(jié)點和支座相連，則體系為一單自由度體系，從而達到減小驅(qū)動裝置數(shù)量的目的。
[0016]正向折桿剪式單元I和一個反向折桿剪式單元I相連示意如圖5所示，沿結(jié)構(gòu)長度方向，相鄰折桿剪式單元運動方向相反。每榀折疊拱單元間通過(η+1)個與折疊拱內(nèi)基本折桿剪式單元運動方向相反的折桿剪式單元相連，就形成了可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)6如圖6所示，整個體系可實現(xiàn)單自由度折疊展開運動。
[0017]如圖2-3所示，可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)展開過程中時，剛性壓桿41沿徑向帶動膜材42向上運動，直到膜材42處于張緊狀態(tài)，結(jié)構(gòu)完全展開，開始承受外界及結(jié)構(gòu)自身的荷載，為結(jié)構(gòu)提供剛度;當可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)收起時，膜材42處于松弛狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上的膜結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由多榀折疊拱單元連接構(gòu)成，其特征在于:所述每榀折疊拱單元由η個四棱錐基本單元沿著結(jié)構(gòu)跨度方向相連組成，η為? 2的自然數(shù)，所述四棱錐基本單元由四個正向折桿剪式單元組成，所述正向折桿剪式單元由兩根折桿組成，所述正向折桿剪式單元的兩根折桿之間上端的夾角大于下端的夾角，四個正向折桿剪式單元依次首尾通過端部節(jié)點連接成環(huán)狀，四個折桿剪式單元的中間節(jié)點位于同一平面內(nèi)，相鄰兩榀折疊拱單元之間采用反向折疊剪式單元連接，所述反向折桿剪式單元也由兩根折桿組成，所述反向折桿剪式單元的兩根折桿之間上端的夾角小于下端的夾角，反向折疊剪式單元的端部節(jié)點連接在所述每榀折疊拱單元沿結(jié)構(gòu)長度方向上的正向折疊剪式單元的端部節(jié)點上;所述膜結(jié)構(gòu)由設(shè)置在每個四棱錐單元上的一個開合膜單元組成，該開合膜單元包括一根剛性壓桿、附著在所述剛性壓桿上的膜材以及四根拉索，所述剛性壓桿沿四棱錐頂點所在的高線布置，所述剛性壓桿的上部與膜材上部連接，所述剛性壓桿的下部與四根拉索一端連接，所述膜材下部分別固定在四棱錐單元的四個節(jié)點上，所述四根拉索的另一端連接在所述四棱錐單元的四個環(huán)向連接點上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有剛性壓桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)體，其特征在于:所述折桿在中間節(jié)點兩側(cè)的長度相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述折桿為平面桿或空間結(jié)構(gòu)的桿件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的剛性壓桿均為直桿且長度均相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有剛性壓桿的可折疊柱面索膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的剛性壓桿長度應(yīng)大于折桿中間節(jié)點一側(cè)的長度。
【文檔編號】E04B1/343GK105863061SQ201610237054
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】蔡建國, 王馨玉, 馮健, 周宇航
【申請人】東南大學(xué)