本發(fā)明涉及一種徑向開合屋蓋-膜組合結構，尤其是一種具有徑向和環(huán)向鏈形剪式機構和上部豎桿的徑向開合屋蓋-膜組合結構。

背景技術：

開合屋蓋結構是近半個多世紀發(fā)展起來的一種新型結構，能夠根據(jù)大氣的變化和建筑的使用需求部分或全部開啟和關閉屋蓋。開合屋蓋結構的主要特征是具有兩種穩(wěn)定的構型：完全閉合狀態(tài)和完全展開工作狀態(tài)。屋蓋正常使用階段需要運動并且具備多個不同受力狀態(tài)，與常規(guī)建筑結構相比，設計和施工更加復雜。

開合屋蓋-膜組合結構糅合了開合屋蓋結構和膜結構的特點。開合屋蓋-膜組合結構采用膜材料有許多優(yōu)點:

1)自重輕。膜材的重量只有1.3-1.5kN/m²，屋蓋結構重量的降低，使下部的支撐結構和基礎的斷面尺寸也可以相應縮小，大大降低工程造價。

2)減少能源消耗，節(jié)省費用。膜材透光率一般取決于材質和涂層，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)殼結構完全展開時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。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了建造出便于開合的環(huán)形屋蓋，并要求該開合屋蓋不僅能滿足建筑對屋蓋開合的各項功能要求，還具有設計和施工方便等優(yōu)點，能夠較好的滿足中小跨度建筑對屋蓋開合功能的要求。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種徑向開合屋蓋-膜組合結構，該組合結構由下部徑向開合屋蓋結構和上部膜結構組成，其特征在于，所述徑向開合屋蓋結構由兩個以上的環(huán)向鏈形剪式機構和兩個以上的徑向鏈形剪式機構組成，環(huán)向鏈形剪式機構同心布置，徑向鏈形剪式機構沿所述環(huán)向鏈形剪式機構形成的圓環(huán)的徑向布置；環(huán)向鏈形剪式機構由多個對稱剪式鉸單元頭尾相連成環(huán)形；徑向鏈形剪式機構由多個非對稱剪式鉸單元頭尾相連成線形；所述對稱剪式鉸由兩個長度相等的第一連桿在桿中間鉸接組成，所述非對稱剪式鉸由兩個長度不等的第二連桿在桿中間鉸接組成；徑向鏈形剪式機構與環(huán)向鏈形剪式機構通過非對稱剪式鉸單元的第二連桿端部與對稱剪式鉸單元的第一連桿端部鉸接實現(xiàn)連接；并且徑向鏈形剪式機構伸出最外圈環(huán)向鏈形剪式機構的端部，并固定于只具有豎向轉動自由度的鉸支座；

所述徑向開合屋蓋結構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；

所述內四邊形沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述內四邊形的四個頂點包括相鄰的三個徑向鏈形剪式機構和內側的環(huán)向鏈形剪式機構鉸接形成的第一頂點、第二頂點和第三頂點，以及位于第二頂點和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機構和環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點的中點構成的第四頂點；

所述外四邊形沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述外四邊形的四個頂點包括相鄰的三個徑向鏈形剪式機構和外側的環(huán)向鏈形剪式機構鉸接形成的第五頂點、第六頂點和第七頂點，以及位于第六頂點和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機構和環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點的中點構成的第八頂點；

所述第一中間四邊形沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述中間四邊形的四個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，兩個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中兩側的徑向鏈形剪式機構上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機構上，另兩個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中間的一個徑向鏈形剪式機構上且分別與另外兩個頂點所在的環(huán)向鏈形剪式機構的間距為相隔環(huán)向鏈形剪式機構之間距離的一半；

所述第二中間四邊形沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述第二中間四邊形的四個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，兩個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構的中間徑向鏈形剪式機構與相鄰兩個環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點上，另外兩個頂點分別位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中兩側的徑向鏈形剪式機構上且位于相鄰兩個環(huán)向鏈形剪式機構之間的中點；

其中內四邊形S個，第一中間四邊形N個，第二中間四邊形為M個，外四邊形P個， S=X/2，N=（Y-2）X/2，M= （Y-1）X/2，P= X/2，X為徑向鏈形剪式機構的個數(shù)，Y為環(huán)向鏈形剪式機構的個數(shù)；

所述膜結構由第一膜單元、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；在所述內四邊形上連接所述第一膜單元，在所述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成所述內四邊形的第二頂點上，所述第二膜單元的豎桿下端均連接在構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構上兩個頂點的中點上；所述第三膜單元的豎桿下端均連接在構成所述外四邊形的第六頂點上，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固定，相鄰布膜區(qū)之間的膜材在邊界處平滑過渡連接。

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

所述環(huán)向鏈形剪式機構的個數(shù)為3～10個，所述徑向鏈形剪式機構的個數(shù)為10～40個。

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。

所述豎桿為直桿。

有益效果：本發(fā)明由徑環(huán)向鏈形剪式機構同步伸縮實現(xiàn)徑向開合屋蓋結構的開合功能，從而使得徑向開合屋蓋結構伸縮自由，伸縮率大，而且其構造合理、設計和施工簡單，剪式鉸單元的折疊方向為豎直面，使開合屋蓋結構具有較大的豎向剛度。開合膜材的使用滿足了建筑的功能要求，并且使屋蓋結構自重輕，施工方便快捷，特別適合中小跨度的建筑。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進一步詳細說明：

圖1是本發(fā)明徑向開合屋蓋-膜組合結構示意圖。

圖2是徑向開合屋蓋-膜組合結構的徑向和環(huán)向鏈形剪式機構鉸接示意圖。

圖3是組成環(huán)向鏈形剪式機構的對稱剪式鉸單元示意圖。

圖4是組成徑向鏈形剪式機構的非對稱剪式鉸單元示意圖。

圖5是組成膜結構的3種膜單元布置示意圖。

圖6是組成膜結構的第一膜單元示意圖。

圖7是組成膜結構的第二膜單元示意圖。

圖8是組成膜結構的第三膜單元示意圖。

具體實施方式

下面參照說明書附圖，對本發(fā)明作出更為詳細的說明：

如圖1所示，一種徑向開合屋蓋-膜組合結構1。該組合結構由下部徑向開合屋蓋結構和上部膜結構組成，其中開合屋蓋結構是由3個環(huán)向鏈形剪式機構2和16個徑向鏈形剪式機構4組成。其中，環(huán)向鏈形剪式機構2由48個對稱剪式鉸單元3組成，環(huán)向鏈形剪式機構2沿徑向均勻間隔布置；徑向鏈形剪式機構4由12個非對稱剪式鉸單元5組成，徑向鏈形剪式機構4沿環(huán)向均勻間隔布置。并且徑向鏈形剪式機構伸出最外圈環(huán)向鏈形剪式機構一定的長度，并固定于只具有豎向轉動自由度的鉸支座。

所述徑向開合屋蓋結構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。所述內四邊形的中三個頂點FGH是相鄰的三個徑向鏈形剪式機構和內側的環(huán)向鏈形剪式機構鉸接點，以及位于第二頂點H和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機構和環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點的中點構成的第四頂點A；所述外四邊形的的頂點IJK是相鄰的三個徑向鏈形剪式機構和外側的環(huán)向鏈形剪式機構鉸接形成的點，以及位于第六頂點K和徑向相鄰的徑向鏈形剪式機構和環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點的中點構成的第八頂點B；所述第一中間四邊形沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述第一中間四邊形的四個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，C、D頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中兩側的徑向鏈形剪式機構上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機構上，另兩個頂點A、B位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中間的一個徑向鏈形剪式機構上且分別與另外兩個頂點所在的環(huán)向鏈形剪式機構的間距為相隔環(huán)向鏈形剪式機構之間距離的一半；所述第二中間四邊形沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述第二中間四邊形的四個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，C、F頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構的中間徑向鏈形剪式機構與相鄰兩個環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點上，另外兩個頂點A、E分別位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中兩側的徑向鏈形剪式機構上且位于相鄰兩個環(huán)向鏈形剪式機構之間的中點；

膜結構是由8個第一膜結構單元7，16個第二膜結構單元8，8個第三膜結構單元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成所述內四邊形AFGH的第二頂點H上，所述第二膜單元8的豎桿下端均連接在構成所述第一中間四邊形ABCD和第二中間四邊形ACEF的徑向鏈形剪式機構上兩個頂點的中點上；所述第三膜單元9的豎桿下端連接在構成所述外四邊形BIJK的第六頂點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固定，相鄰布膜區(qū)之間的膜材在邊界處平滑過渡連接。

如圖2所示，徑向鏈形剪式機構和環(huán)向鏈形剪式機構的連接節(jié)點構成如下：環(huán)向鏈形機構2和徑向鏈形機構4通過剪式鉸單元連桿端部鉸節(jié)點6連接。由此，通過該鉸節(jié)點的作用，實現(xiàn)網(wǎng)殼結構開合過程中徑向鏈形剪式機構和環(huán)向鏈形剪式機構的同步伸縮。

如圖3所示的組成環(huán)向鏈形剪式機構的對稱剪式鉸單元3是目前應用最為廣泛的平行剪式鉸單元。對稱剪式鉸單元3的第一連桿長度相等，且通過第一連桿中間的一個銷接節(jié)點相連，連桿僅能繞垂直與該對連桿所在平面的軸線作相對轉動，而其它自由度完全受到了限制；同時對稱剪式鉸單元3之間的連接是通過第一連桿端部鉸節(jié)點鉸接實現(xiàn)。該單元在運動過程中其端部鉸節(jié)點的連線保持平行。

如圖4所示的組成徑向鏈形剪式機構的非對稱剪式鉸單元5是目前應用最為廣泛的平行剪式鉸單元。所述非對稱剪式鉸單元5的第二連桿長度不相等，且通過第二連桿中間的一個銷接節(jié)點相連，連桿僅能繞垂直與該對連桿所在平面的軸線作相對轉動，而其它自由度完全受到了限制；同時非對稱剪式鉸單元5之間的連接是通過第二連桿端部鉸節(jié)點鉸接實現(xiàn)。該單元在運動過程中其端部鉸節(jié)點的連線保持平行。

如圖5所示，徑向開合屋蓋-膜組合結構完全展開時3種膜單元布滿整個屋蓋結構。其中8個第一膜結構單元7布置在內四邊形布膜區(qū)，沿環(huán)向均勻布置；16個第二膜結構單元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；8個第三膜結構單元9布置在外四邊形布膜區(qū)，沿環(huán)向均勻布置。

如圖6所示，最內圈的第一膜結構單元7布置在內四邊形AFGH上，其中頂點F、H、G在相鄰的最內圈環(huán)向鏈形剪式機構2和徑向鏈形剪式機構4的鉸接點處；頂點A在徑向對稱軸所在的徑向鏈形剪式機構4上，并且處在和相鄰環(huán)向鏈形剪式機構的中間處。第一豎桿設置在頂點H點處，膜材11上端固定在第一豎桿上端，下部與頂點F、G、H相固結。

如圖7所示，第二膜結構單元8布置在第一中間四邊形和第二中間四邊形布膜區(qū)內。所述第一中間四邊形的四個頂點ABCD位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，頂點CD位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中兩側的徑向鏈形剪式機構上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機構上，另兩個頂點AB位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中間的一個徑向鏈形剪式機構上且分別與頂點CD所在的環(huán)向鏈形剪式機構的間距為相隔環(huán)向鏈形剪式機構之間距離的一半；所述第二中間四邊形的四個頂點ACEF位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，頂點CF位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構的中間徑向鏈形剪式機構與相鄰兩個環(huán)向鏈形剪式機構的鉸接點上，另外兩個頂點AE分別位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構中兩側的徑向鏈形剪式機構上且位于相鄰兩個環(huán)向鏈形剪式機構之間的中點；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構的中點處，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相固結。

如圖8所示，最外圈的第三膜結構單元9布置在外四邊形BIJK上，頂點I、J、K在相鄰的最外圈環(huán)向鏈形剪式機構2和徑向鏈形剪式機構4的鉸接點處；頂點B在徑向對稱軸所在的徑向鏈形剪式機構4上，并且處在和相鄰環(huán)向鏈形剪式機構的中間處。第三豎桿設置在頂點K點處，膜材10上端固定在第三豎桿上端，下部與頂點I、J、K相固結。