一種具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(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撐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(gè)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(gè)正向折桿剪式單元組成，開合膜單元包括四根支撐桿以及附著在支撐桿上的膜材，四根支撐桿的上端鉸接，每根支撐桿的下端鉸接在四棱錐單元的四個(gè)環(huán)向連接節(jié)點(diǎn)上，膜材上部固定在四支撐桿的交點(diǎn)處，膜材下部分別固定在四棱錐單元的四個(gè)環(huán)向連接節(jié)點(diǎn)上。與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)根據(jù)需要開合，開合過程方便，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性好并通過其上具有環(huán)向支撐桿的開合膜結(jié)構(gòu)使得結(jié)構(gòu)自重較輕，開合靈活設(shè)計(jì)和施工方便。
【專利說明】
一種具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)，特別是一種具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]折疊結(jié)構(gòu)頂符合當(dāng)代建筑理念，是大跨空間結(jié)構(gòu)的一個(gè)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(diǎn)，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(diǎn)設(shè)計(jì)一般比較復(fù)雜，目前尚缺乏構(gòu)造簡單且實(shí)用、造價(jià)低廉的適合工程應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；(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(jià)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(diǎn)。

【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膜結(jié)構(gòu)，能較好地滿足臨時(shí)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種具有剛性撐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(gè)四棱錐基本單元沿著結(jié)構(gòu)跨度方向相連組成，η為多2的自然數(shù)，所述四棱錐基本單元由四個(gè)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(gè)正向折桿剪式單元依次首尾通過端部節(jié)點(diǎn)連接成環(huán)狀，四個(gè)折桿剪式單元的中間節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)上;所述膜結(jié)構(gòu)由位于每個(gè)四棱錐單元上的一個(gè)開合膜單元組成，所述開合膜單元包括四根支撐桿以及附著在所述支撐桿上的膜材，所述四根支撐桿上端鉸接，每根支撐桿的下端鉸接在四棱錐單元的四個(gè)環(huán)向連接節(jié)點(diǎn)上，所述膜材上部固定在四支撐桿的交點(diǎn)處，所述膜材下部分別固定在四棱錐單元的四個(gè)環(huán)向連接節(jié)點(diǎn)上。
[0006]所述折桿在中間節(jié)點(diǎn)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]所述的撐桿均為直桿且長度均相同。
[0009]所述的撐桿長度應(yīng)大于折桿中間節(jié)點(diǎn)一側(cè)的長度。
[0010]本發(fā)明的機(jī)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(yuǎn)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(diǎn)；并通過其上具有環(huán)向支撐桿的開合膜結(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(jì)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)置單個(gè)膜在展開時(shí)側(cè)視圖；
圖3為基本四棱錐單元上設(shè)置單個(gè)膜在展開時(shí)俯視圖；
圖4為基本四棱錐單元上設(shè)置單個(gè)膜在收縮時(shí)側(cè)視圖；
圖5為基本四棱錐單元上設(shè)置單個(gè)膜在收縮時(shí)俯視圖；
圖6為基本折疊拱單元上設(shè)置膜示意圖；
圖7為折桿剪式單元正反相連示意圖；
圖8整體結(jié)構(gòu)不意圖；
圖9為四棱錐單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)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(gè)折桿剪式單元I由兩根折桿2組成，彎折處在折桿2中點(diǎn)，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(yùn)動軌跡。
[0014]四個(gè)折疊展開運(yùn)動方向相同的折桿剪式單元I通過環(huán)向相連組成一個(gè)可折疊展開的四棱錐單元3，如圖9所示。固定端部任意一個(gè)折桿剪式單元1，就形成了單自由度體系，可實(shí)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(gè)四棱錐單元3可認(rèn)為是以一個(gè)折桿剪式單元I為對象，該折桿剪式單元I折疊展開運(yùn)動中心為中心點(diǎn)環(huán)形陣列形成的，每個(gè)四棱錐單元3上設(shè)置一個(gè)開合膜單元4。開合膜單元4由上部的交于一點(diǎn)的四根支撐桿41與附著在上面的膜材42構(gòu)成，支撐桿41沿著網(wǎng)架的環(huán)向布置，下端與四棱錐單元3對應(yīng)的環(huán)向節(jié)點(diǎn)相連接，膜材42上部固定在四支撐桿41的交點(diǎn)處，膜材42下部分別固定在四棱錐單元3的四個(gè)節(jié)點(diǎn)上。
[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(gè)這樣的四棱錐單元3首尾相連，沿跨度方向環(huán)繞半個(gè)圓周組成一榀折疊拱單元5如圖6所示。其中η為自然數(shù)η多2。把端部任意一個(gè)折桿剪式單元I的銷接節(jié)點(diǎn)與下部結(jié)構(gòu)相連，就形成了單自由度體系，可實(shí)現(xiàn)整體展開和折疊。將任一折疊拱單元中節(jié)點(diǎn)邊緣節(jié)點(diǎn)作為固定節(jié)點(diǎn)和支座相連，則體系為一單自由度體系，從而達(dá)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(gè)反向折桿剪式單元I相連示意如圖7所示，沿結(jié)構(gòu)長度方向，相鄰折桿剪式單元運(yùn)動方向相反。每榀折疊拱單元間通過(η+1)個(gè)與折疊拱內(nèi)基本折桿剪式單元運(yùn)動方向相反的折桿剪式單元相連，就形成了可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)6如圖8所示，整個(gè)體系可實(shí)現(xiàn)單自由度折疊展開運(yùn)動。
[0017]如圖2、3所示，可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)展開時(shí)，膜材42處于張緊狀態(tài)，承受外界及結(jié)構(gòu)自身的荷載，為結(jié)構(gòu)提供剛度，四支撐桿41的交點(diǎn)之間距離最大;如圖4、5所示，當(dāng)可折疊柱面膜收起時(shí)，四支撐桿41之間的距離網(wǎng)架平面的距離也隨之減小，膜材42處于松弛狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有剛性撐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(gè)四棱錐基本單元沿著結(jié)構(gòu)跨度方向相連組成，11為多2的自然數(shù)，所述四棱錐基本單元由四個(gè)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(gè)正向折桿剪式單元依次首尾通過端部節(jié)點(diǎn)連接成環(huán)狀，四個(gè)折桿剪式單元的中間節(jié)點(diǎn)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，反向折疊剪式單元的端部節(jié)點(diǎn)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(diǎn)上;所述膜結(jié)構(gòu)由位于每個(gè)四棱錐單元上的一個(gè)開合膜單元組成，所述開合膜單元包括四根支撐桿以及附著在所述支撐桿上的膜材，所述四根支撐桿的上端鉸接，每根支撐桿的下端鉸接在四棱錐單元的四個(gè)環(huán)向連接節(jié)點(diǎn)上，所述膜材上部固定在四支撐桿的交點(diǎn)處，所述膜材下部分別固定在四棱錐單元的四個(gè)環(huán)向連接節(jié)點(diǎn)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述折桿在中間節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的長度相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(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所述的具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的撐桿均為直桿且長度均相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可折疊柱面體，其特征在于:所述的撐桿長度應(yīng)大于折桿中間節(jié)點(diǎn)一側(cè)的長度。
【文檔編號】E04B1/343GK105888071SQ201610237181
【公開日】2016年8月24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)