本發(fā)明涉及一種平面徑向開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)，尤其是一種具有徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和上部豎桿的平面開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)是近半個(gè)多世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)大氣的變化和建筑的使用需求部分或全部開(kāi)啟和關(guān)閉屋蓋。開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的主要特征是具有兩種穩(wěn)定的構(gòu)型：完全閉合狀態(tài)和完全展開(kāi)工作狀態(tài)。屋蓋正常使用階段需要運(yùn)動(dòng)并且具備多個(gè)不同受力狀態(tài)，與常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)相比，設(shè)計(jì)和施工更加復(fù)雜。

平面徑向開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)糅合了開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)采用膜材料有許多優(yōu)點(diǎn):

1)自重輕。膜材的重量只有1.3-1.5kN/m²，屋蓋結(jié)構(gòu)重量的降低，可以使下部的支撐結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的斷面尺寸也相應(yīng)縮小，大大降低工程造價(jià)。

2)減少能源消耗，節(jié)省費(fèi)用。膜材透光率一般取決于材質(zhì)和涂層，使用范圍從幾乎100%透明到完全不透明。一般建筑膜材的透光率在15%左右，所以即使在可展網(wǎng)架結(jié)構(gòu)完全展開(kāi)時(shí)也可充分利用自然光，白天使用可以減少人工照明。

3)施工速度快。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了建造出便于開(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)，能夠較好的滿足中小跨度建筑對(duì)屋蓋開(kāi)合功能的要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種平面開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)，該組合結(jié)構(gòu)由下部平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)和上部膜結(jié)構(gòu)組成，其特征在于，所述平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)由兩個(gè)以上的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和兩個(gè)以上的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)組成，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)同心布置，徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)沿所述環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)形成的圓環(huán)的徑向布置；環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)由多個(gè)環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸單元頭尾相連成環(huán)形；徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)由多個(gè)徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元頭尾相連成線形；所述環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸由兩個(gè)長(zhǎng)度相等的第一連桿在桿中間鉸接組成，所述徑向?qū)ΨQ剪式鉸由兩個(gè)長(zhǎng)度相等的第二連桿在桿中間鉸接組成；徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)通過(guò)徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元的第二連桿端部與環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸單元的第一連桿端部鉸接實(shí)現(xiàn)連接，并且徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)伸出最外圈環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)一定的長(zhǎng)度，并固定于只具有豎向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸支座；

所述徑向伸縮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在投影面上分為彼此連續(xù)的布膜區(qū)，所述布膜區(qū)包括內(nèi)四邊形、第一中間四邊形、第二中間四邊形以及外四邊形；

所述內(nèi)四邊形沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述內(nèi)四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)包括相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和內(nèi)側(cè)的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接形成的第一頂點(diǎn)、第二頂點(diǎn)和第三頂點(diǎn)，以及位于第二頂點(diǎn)和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)的中點(diǎn)構(gòu)成的第四頂點(diǎn)；

所述外四邊形沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述外四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)包括相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和外側(cè)的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接形成的第五頂點(diǎn)、第六頂點(diǎn)和第七頂點(diǎn)，以及位于第六頂點(diǎn)和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)的中點(diǎn)構(gòu)成的第八頂點(diǎn)；

所述第一中間四邊形沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述中間四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，兩個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，另兩個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中間的一個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且分別與另外兩個(gè)頂點(diǎn)所在的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的間距為相隔環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)之間距離的一半；

所述第二中間四邊形沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述第二中間四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，兩個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與相鄰兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上，另外兩個(gè)頂點(diǎn)分別位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于相鄰兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)之間的中點(diǎn)；

其中內(nèi)四邊形S個(gè)，第一中間四邊形N個(gè)，第二中間四邊形為M個(gè)，外四邊形P個(gè)， S=X/2，N=（Y-2）X/2，M= （Y-1）X/2，P= X/2，X為徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)，Y為環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)；

所述膜結(jié)構(gòu)由第一膜單元、第二膜單元以及第三膜單元組成，所述第一膜單元、第二膜單元和第三膜單元均由豎桿和上覆的膜材組成；在所述內(nèi)四邊形上連接所述第一膜單元，在所述第一中間四邊形和第二中間四邊形上連接所述第二膜單元，在所述外四邊形上連接所述第三膜單元；所述第一膜單元的豎桿下端均連接在構(gòu)成所述內(nèi)四邊形的第二頂點(diǎn)上，所述第二膜單元的豎桿下端均連接在構(gòu)成所述第一中間四邊形和第二中間四邊形的位于徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上兩個(gè)頂點(diǎn)的中點(diǎn)上；所述第三膜單元的豎桿下端均連接在構(gòu)成所述外四邊形的第六頂點(diǎn)上；所述豎桿的另一端與所述膜材固定，膜材的四周與所述內(nèi)四邊形、第一中間四邊形、第二中間四邊形以及外四邊形的其余頂點(diǎn)固定，相鄰布膜區(qū)之間的膜材在邊界處平滑過(guò)渡連接。

所述徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)在所述圓環(huán)上均勻布置，所述環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)在圓環(huán)的徑向上等距布置。

所述環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)為3～10個(gè)，所述徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)為10～40個(gè)。

所述第一連桿為直桿。

所述第一連桿為平面直桿。

所述第二連桿為直桿。

所述第二連桿為平面直桿。

有益效果：本發(fā)明由徑環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)同步伸縮實(shí)現(xiàn)平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的開(kāi)合功能，從而使得平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)伸縮自由，伸縮率大，而且其構(gòu)造合理、設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，剪式鉸單元的折疊方向?yàn)樨Q直面，使開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)具有較大的豎向剛度，特別適合中小跨度的建筑。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明平面徑向開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的徑向和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接示意圖。

圖3是組成徑向和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的對(duì)稱剪式鉸單元示意圖。

圖4是組成膜結(jié)構(gòu)的3種膜單元布置示意圖。

圖5是組成膜結(jié)構(gòu)的第一膜單元示意圖。

圖6是組成膜結(jié)構(gòu)的第二膜單元示意圖。

圖7是組成膜結(jié)構(gòu)的第三膜單元示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作出更為詳細(xì)的說(shuō)明：

如圖1所示，一種平面徑向開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)1。該組合結(jié)構(gòu)由下部平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)和上部膜結(jié)構(gòu)組成，其中平面徑向開(kāi)合屋蓋是由3個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2和16個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4組成。其中，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2由48個(gè)環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸單元3組成，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2沿徑向均勻間隔布置；徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4由14個(gè)徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元5組成，徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4沿環(huán)向均勻間隔布置。徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)伸出最外圈環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)一定的長(zhǎng)度，并且鉸接于只具有豎向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸支座11。

所述平面徑向開(kāi)合屋蓋在投影面上分為彼此連續(xù)的布膜區(qū)，所述布膜區(qū)包括內(nèi)四邊形AFGH、第一中間四邊形ABCD、第二中間四邊形ACEF以及外四邊形BIJK。所述內(nèi)四邊形的中三個(gè)頂點(diǎn)FGH是相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和內(nèi)側(cè)的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)，以及位于第二頂點(diǎn)H和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)的中點(diǎn)構(gòu)成的第四頂點(diǎn)A；所述外四邊形的的頂點(diǎn)IJK是相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和外側(cè)的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接形成的點(diǎn)，以及位于第六頂點(diǎn)K和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)的中點(diǎn)構(gòu)成的第八頂點(diǎn)B；所述第一中間四邊形沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述第一中間四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，C、D頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，另兩個(gè)頂點(diǎn)A、B位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中間的一個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且分別與另外兩個(gè)頂點(diǎn)所在的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的間距為相隔環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)之間距離的一半；所述第二中間四邊形沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述第二中間四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，C、F頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與相鄰兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上，另外兩個(gè)頂點(diǎn)A、E分別位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于相鄰兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)之間的中點(diǎn)；

膜結(jié)構(gòu)是由8個(gè)第一膜結(jié)構(gòu)單元7，16個(gè)第二膜結(jié)構(gòu)單元8，8個(gè)第三膜結(jié)構(gòu)單元9組成。所述第一膜單元7、第二膜單元8和第三膜單元9均由豎桿和上覆的膜材10組成。在所述內(nèi)四邊形AFGH上布置所述第一膜單元，在所述第一中間四邊形ABCD、第二中間四邊形ACEF上布置所述第二膜單元8，在所述外四邊形BIJK上布置所述第三膜單元9。所述第一膜單元7的豎桿下端連接在構(gòu)成所述內(nèi)四邊形AFGH的第二頂點(diǎn)H上，所述第二膜單元8的豎桿下端均連接在構(gòu)成所述第一中間四邊形ABCD和第二中間四邊形ACEF的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上兩個(gè)頂點(diǎn)的中點(diǎn)上；所述第三膜單元9的豎桿下端連接在構(gòu)成所述外四邊形BIJK的第六頂點(diǎn)K上。所述豎桿的另一端與所述膜材固定，膜材的四周與所述內(nèi)四邊形、第一中間四邊形、第二中間四邊形以及外四邊形的其余頂點(diǎn)固定，相鄰布膜區(qū)之間的膜材在邊界處平滑過(guò)渡連接。

如圖2所示，徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)成如下：環(huán)向鏈形機(jī)構(gòu)2和徑向鏈形機(jī)構(gòu)4通過(guò)上下兩個(gè)剪式鉸單元連桿端部鉸節(jié)點(diǎn)6連接。由此，通過(guò)該鉸節(jié)點(diǎn)的作用，實(shí)現(xiàn)平面徑向開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)開(kāi)合過(guò)程中徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的同步伸縮。

如圖3所示的組成徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的對(duì)稱剪式鉸單元是目前應(yīng)用最為廣泛的平行剪式鉸單元。對(duì)稱剪式鉸單元的連桿長(zhǎng)度相等，且通過(guò)連桿中間的一個(gè)銷接節(jié)點(diǎn)相連，連桿僅能繞垂直與該對(duì)連桿所在平面的軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而其它自由度完全受到了限制；同時(shí)對(duì)稱剪式鉸單元之間的連接是通過(guò)桿端部鉸節(jié)點(diǎn)鉸接實(shí)現(xiàn)。該單元在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其端部鉸節(jié)點(diǎn)的連線保持平行。

如圖4所示，平面徑向開(kāi)合屋蓋-膜組合結(jié)構(gòu)完全展開(kāi)時(shí)3種膜單元布滿整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)。其中8個(gè)第一膜結(jié)構(gòu)單元7布置在內(nèi)四邊形布膜區(qū)，沿環(huán)向均勻布置；16個(gè)第二膜結(jié)構(gòu)單元8布置在第一中間四邊形和第二中間四邊形組成的布膜區(qū)內(nèi)；8個(gè)第三膜結(jié)構(gòu)單元9布置在外四邊形布膜區(qū)，沿環(huán)向均勻布置。

如圖5所示，最內(nèi)圈的第一膜結(jié)構(gòu)單元7布置在內(nèi)四邊形AFGH上，其中頂點(diǎn)F、H、G在相鄰的最內(nèi)圈環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2和徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4的鉸接點(diǎn)處；頂點(diǎn)A在徑向?qū)ΨQ軸所在的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4上，并且處在和相鄰環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間處。第一豎桿設(shè)置在頂點(diǎn)H點(diǎn)處，膜材11上端固定在第一豎桿上端，下部與頂點(diǎn)F、G、H相固結(jié)。

如圖6所示，第二膜結(jié)構(gòu)單元8布置在第一中間四邊形和第二中間四邊形布膜區(qū)內(nèi)。所述第一中間四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)ABCD位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，頂點(diǎn)CD位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，另兩個(gè)頂點(diǎn)AB位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中間的一個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且分別與頂點(diǎn)CD所在的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的間距為相隔環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)之間距離的一半；所述第二中間四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)ACEF位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，頂點(diǎn)CF位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與相鄰兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上，另外兩個(gè)頂點(diǎn)AE分別位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于相鄰兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)之間的中點(diǎn)；第二豎桿下端均布置在第一中間四邊形和第二中間四邊形的中間徑向剪式鉸機(jī)構(gòu)的中點(diǎn)處，上部附著的膜材11上部固定在豎桿上端，下部與四邊形投影的頂點(diǎn)相固結(jié)。

如圖7所示，最外圈的第三膜結(jié)構(gòu)單元9布置在外四邊形BIJK上，頂點(diǎn)I、J、K在相鄰的最外圈環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2和徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4的鉸接點(diǎn)處；頂點(diǎn)B在徑向?qū)ΨQ軸所在的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4上，并且處在和相鄰環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間處。第三豎桿設(shè)置在頂點(diǎn)K點(diǎn)處，膜材11上端固定在第三豎桿上端，下部與頂點(diǎn)I、J、K相固結(jié)。