內部摺疊開合屋蓋結構的製作方法

2023-05-17 11:29:11

專利名稱：內部摺疊開合屋蓋結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種屋蓋結構，尤其是一種開合屋蓋結構。
背景技術：
摺疊網格結構，主要是摺疊網架以及摺疊網殼結構，具有工期短、易搬遷和可重複利用等優點，已引起了現代建築師的極大興趣。國外對摺疊網格結構的研究成果已經相當豐富，並已有應用的工程實例。但其在摺疊開合屋蓋中使用較少，主要原因有(1)摺疊網格結構的節點設計一般比較複雜，目前尚缺乏構造簡單且實用、造價低廉的適合工程應用的節點設計；(2)摺疊網格結構的構件除受軸力外，還受一定彎矩，受力性能不佳，造價較高；(3)摺疊網格結構的剛度很差，位移較難滿足使用要求。
·[0003]目前，已經建成的開合屋蓋機構，大多是剛性網格屋蓋單元的水平移動式或者水平旋轉移動式，而摺疊開合屋蓋也是以索膜屋蓋結構的摺疊開合為主。對於前者，開合屋蓋建築結構形式較為簡單；對於後者其設計和施工均較為複雜，造價極高，一般只能用於意義重大的體育場館中，無法滿足一些中小型跨度建築對屋蓋開啟閉合功能的要求。
發明內容為了克服現有開合屋蓋結構技術的缺陷，本實用新型提供了一種內部摺疊開合屋蓋結構，該結構不僅能滿足建築對屋蓋開合的各項功能要求，還具有設計和施工方便等優點，能較好地滿足中小跨度建築對屋蓋開合功能的要求。為了達到上述目的，本實用新型採用了如下技術方案一種內部摺疊開合屋蓋結構，包括內部摺疊連杆機構及外部環形連杆機構，所述的內部摺疊連杆機構為η個菱形四連杆機構通過對角線上的兩個節點首尾相連構成，菱形四連杆機構另外一個對角線上的兩個節點為內圈節點和外圈節點，其中η不小於3且不大於720，其特徵在於所述的環形連杆機構包括由首尾連接的η根直杆構成的正η邊形杆，在每根直杆上分別設有連杆機構單元，所述的連杆機構單元由內置平行四邊形機構和外置平行四邊形機構組成，所述η根直杆的兩端與支座固定連接，所述的內置平行四邊形機構由第一固定杆、第一邊杆、第一連杆及第一末杆組成，且第一固定杆為二分之一直杆，第一固定杆的一端與第一邊杆的一端轉動連接，第一邊杆的另一端與第一連杆的一端轉動連接，第一連杆的另一端與第一末杆的一端轉動連接，第一末杆的另一端與第一固定杆的另一端轉動連接，所述外置平行四邊形機構由第二固定杆、第二邊杆、第二連杆及第二末杆組成，且第二固定杆為剩餘二分之一直杆，第二固定杆的一端與第二邊杆的一端轉動連接，第二邊杆的另一端與第二連杆的一端轉動連接，第二連杆的另一端與第二末杆的一端轉動連接，第二末杆的另一端與第二固定杆的另一端轉動連接，所述第一末杆與第二末杆固定連接並形成一折杆，第一邊杆的延長線與第二邊杆的延長線在完全閉合狀態時相交於正η邊形杆的中心，一對相鄰連杆機構單元中一個連杆機構單元的第一邊杆與相鄰連杆機構單元中另一個連杆機構單元的第二邊杆連接並形成一根直線型杆件，所述內部摺疊連杆機構的外圈節點與環形連杆機構中的第一連杆和第一邊杆的鉸接點轉動連接。所述的內部摺疊連杆機構可以為單層網格或雙層網格或多層網格。本實用新型的有益效果是，本實用新型由內部摺疊連杆機構和外部環形連杆機構進行伸縮，實現屋蓋的開合，而在屋蓋的開合過程中，位於外部環形連杆機構的正η邊形杆始終處於靜止狀態，因此，開合屋蓋結構的正η邊形杆上的支撐點在屋蓋結構運動過程中沒有運動，從而使得支承條件簡單；本實用新型設置在正η邊形杆上的單自由度環形連杆機構增加了和支座連接處結構的剛度，克服了傳統摺疊網架結構受力性能較差和剛度較弱的缺點；而且由於外部環形連杆機構的單自由度特性，減小了驅動裝置的數量；另外，由於內部使用了菱形四連杆機構首尾相連構成的連杆機構，增大了屋蓋的開啟範圍，而且本實用新型構造合理、設計和施工簡單，特別適合中小跨度的建築。


以下結合附圖及實施例對本實用新型進一步詳細說明圖I是本實用新型結構示意圖。圖2是外部環形連杆機構中四連杆機構示意圖。圖3是外部環形連杆機構示意圖。圖4是外部環形連杆機構運動過程示意圖。圖5是內部摺疊開合屋蓋閉合狀態示意圖。圖6是外部連杆機構運動界線示意圖。
具體實施方式
一種內部摺疊開合屋蓋結構，包括內部摺疊連杆機構，在內部摺疊連杆機構的外部設有單自由度環形連杆機構，所述的單自由度環形連杆機構包括由首尾連接的η根直杆I構成的正η邊形杆，η不小於3且不大於720，在每根直杆I上分別設有連杆機構單元，所述的連杆機構單元由內置平行四邊形機構I和外置平行四邊形機構II組成，所述η根直杆I的兩端與支座固定連接，所述的內置平行四邊形機構I由第一固定杆、第一邊杆3、第一連杆4及第一末杆組成，且第一固定杆為二分之一直杆1，第一固定杆的一端與第一邊杆3的一端轉動連接，第一邊杆3的另一端與第一連杆4的一端轉動連接,第一連杆4的另一端與第一末杆的一端轉動連接，第一末杆的另一端與第一固定杆的另一端轉動連接，所述外置平行四邊形機構II由第二固定杆、第二邊杆6、第二連杆5及第二末杆組成，且第二固定杆為剩餘二分之一直杆1，第二固定杆的一端與第二邊杆6的一端轉動連接，第二邊杆6的另一端與第二連杆5的一端轉動連接，第二連杆5的另一端與第二末杆的一端轉動連接，第二末杆的另一端與第二固定杆的另一端轉動連接，並且，所述第一末杆的另一端與第二末杆的另一端連接並形成折杆2,第一邊杆3的延長線與第二邊杆6的延長線在屋蓋完全閉合狀態時相交於正η邊形杆的中心，一對相鄰連杆機構單元中一個連杆機構單元的第一邊杆3與相鄰連杆機構單元中另一個連杆機構單元的第二邊杆6連接並形成一根直線型杆件，[0021]所述的內部摺疊連杆機構為η個菱形四連杆機構通過節點首尾相連構成，其最外圈節點與單自由度環形連杆機構中的第一連杆4的任意一端的節點轉動連接，在完全閉合狀態時，η個菱形四連杆機構的最內圈節點均集中於正η邊形杆的中心，所述的內部摺疊連杆機構可以為單層網格或雙層網格或多層網格。下面參照說明書附圖，對本實用新型的具體實施方式
作出更為詳細的說明如圖I所示，內部摺疊開合屋蓋結構包括摺疊連杆機構和外部環形連杆機構。內部摺疊連杆機構通過其最外圈所有節點與外部環形連杆機構相鉸接。外部環形連杆機構的形成過程如下本實施例的外部連杆機構包括8根直杆首尾相連組成的正8邊形杆，以及每根直杆上設置的內置平行四邊形機構。由於結構為極線對稱結構，取其中一個單元分析，如圖2所示，AB⑶為一四連杆機構，DEFG為另一四連杆機構， 如果將AD和ED連結為一根杆，CD和DG也連結為一根杆，則剪式單元AE-D-CG即為折杆剪式單元的特例，即一根為直杆，一根為折杆。這樣，如果A點和E點固定，則圖示連杆機構為單自由度連杆機構。利用結構的極對稱性，鏡像可以得到如圖3所示的體系。需要指出的是，為了得到單自由度體系，鏡像完成後，應將AB和AM連接為一根杆，同理將EF和EN連接為一根杆，其餘杆件類似。將節點A、E等與和外切圓相交的節點作為固定節點和支座相連，則體系為一單自由度體系，從而達到減小驅動裝置數量的目的，其運動後的示意如圖4所示。內部摺疊連杆機構為8個菱形四連杆機構通過節點首尾相連構成，其最外圈節點與單自由度環形連杆機構中的第一連杆4和第一邊杆3的交點處的節點轉動連接，在完全閉合狀態時，8個菱形四連杆機構的最內圈節點均集中於正8邊形杆的中心，如圖5所示。將內部部摺疊連杆機構的最外圈節點與圖4所示外部環形連杆機構的Β、Ν等內圈節點相連，即可得到具有固定支座的內部摺疊開合屋蓋結構，如圖I所示。固定支座連杆機構運動界線如圖6所示，本節討論以節點B為例，初始狀態時，其與中心原點的距離為r。B點的運動路徑，如圖6所示，是以A為圓心，AB為半徑的圓。而實際結構中，一根杆件不能「穿越」另外一根杆件，所以B點的運動界線即為運動路徑與AD的交點B'。假定點B'與體系中心原點的距尚為R，則B點能夠在徑向運動的沮圍即為R — r。
權利要求1.一種內部摺疊開合屋蓋結構，包括內部摺疊連杆機構及外部環形連杆機構，所述的內部摺疊連杆機構為η個菱形四連杆機構通過對角線上的兩個節點首尾相連構成，菱形四連杆機構另外一個對角線上的兩個節點為內圈節點和外圈節點，其中η不小於3且不大於720，其特徵在於 所述的環形連杆機構包括由首尾連接的η根直杆(I)構成的正η邊形杆，在每根直杆(I)上分別設有連杆機構單元，所述的連杆機構單元由內置平行四邊形機構和外置平行四邊形機構組成，所述η根直杆(I)的兩端與支座固定連接， 所述的內置平行四邊形機構由第一固定杆、第一邊杆(3)、第一連杆(4)及第一末杆組成，且第一固定杆為二分之一直杆(I)，第一固定杆的一端與第一邊杆(3)的一端轉動連接，第一邊杆(3)的另一端與第一連杆(4)的一端轉動連接，第一連杆(4)的另一端與第一末杆的一端轉動連接，第一末杆的另一端與第一固定杆的另一端轉動連接， 所述外置平行四邊形機構由第二固定杆、第二邊杆(6)、第二連杆(5)及第二末杆組成，且第二固定杆為剩餘二分之一直杆(1)，第二固定杆的一端與第二邊杆(6)的一端轉動連接，第二邊杆(6)的另一端與第二連杆(5)的一端轉動連接，第二連杆(5)的另一端與第二末杆的一端轉動連接，第二末杆的另一端與第二固定杆的另一端轉動連接， 所述第一末杆與第二末杆固定連接並形成一折杆(2),第一邊杆(3)的延長線與第二邊杆(6)的延長線在屋蓋完全閉合狀態時相交於正η邊形杆的中心，一對相鄰連杆機構單元中一個連杆機構單元的第一邊杆(3)與相鄰連杆機構單元中另一個連杆機構單元的第二邊杆(6)連接並形成一根直線型杆件， 所述內部摺疊連杆機構的外圈節點與環形連杆機構中的第一連杆(4)和第一邊杆(3)的鉸接點轉動連接。
2.根據權利要求I所述的內部摺疊開合屋蓋結構，其特徵在於，所述的內部摺疊連杆為單層網格或雙層網格或多層網格。
專利摘要本實用新型公開了一種內部摺疊開合屋蓋結構，包括內部摺疊連杆機構及外部環形連杆機構，內部摺疊連杆機構為n個菱形四連杆機構通過對角線上的兩個節點首尾相連構成，環形連杆機構包括由首尾連接的n根直杆構成的正n邊形杆，在每根直杆上分別設有連杆機構單元，連杆機構單元由內置平行四邊形機構和外置平行四邊形機構組成，n根直杆的兩端與支座固定連接。本實用新型在正n邊形杆上的單自由度環形連杆機構增加了和支座連接處結構的剛度，克服了傳統摺疊網架結構受力性能較差和剛度較弱的缺點；而且由於外部環形連杆機構的單自由度特性，減小了驅動裝置的數量；另外，由於內部使用了菱形四連杆機構首尾相連構成的連杆機構，增大了屋蓋的開啟範圍。
文檔編號E04B7/16GK202611062SQ201220084618
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者蔡建國, 馮健 申請人:東南大學