平板式開合屋蓋結構的製作方法
2023-05-17 11:34:36
專利名稱：平板式開合屋蓋結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開合屋蓋結構，特別是一種平板式開合屋蓋結構。
背景技術：
開合屋蓋是在建築理念中引入可展結構思想的結果，是現代體育建築的一個主要發展趨勢，它越來越受到人們的青睞。我國在最近十幾年興起了建造開合結構的熱潮，小規模的開合式屋頂建築已經有數十座，目前運行狀況良好，大型開合結構的建造也有了一定的成就。但國內外現已建成的數百座開合屋蓋建築結構形式和開合機理較為簡單，而且開合屋蓋的研究滯後於工程實踐狀態。近年來，國際上有一些學者將摺疊板殼結構和開合屋蓋結合起來，形成了一種新的開合屋蓋形式。其摺疊板殼形式一般來源於摺紙藝術。加州理工學院Pellegrino教授 等提出了一種基於球形四連杆機構的開合屋蓋結構，其屋面材料為輕質材料，這樣可以減輕自重；而該體系的缺點是由於各個單元之間存在不相容性，所以為在運動過程中其應力較大；而且體系中各個單元是獨立的，其自由度較多，其運動控制依賴與板殼結構下部的剪式單元。
發明內容為了克服現有板殼式開合屋蓋結構的缺陷，本實用新型提供了一種平板式開合屋蓋結構，該開合屋蓋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平板式開合屋蓋結構，其特徵在於由多榀四塊平板組成的四連板機構沿屋蓋長度方向相互連接構成，所述的四連板機構由第一平板、第二平板、第三平板及第四平板組成，所述的第一平板、第二平板、第三平板以及第四平板形狀均為長方體，所述的第四平板的第一側面和第一平板的第一側面通過公共邊滾動節點連接，所述的第二平板的第一側面和第三平板的第一側面通過其公共邊滾動節點連接，在第一平板與第一側面相交的第二側面中部設置有一第一中部鉸，所述的第二平板與第一側面相交的第二側面也連接在所述的第一中部鉸上，在第四平板與第一側面相交的第二側面中部設置有一第二中部鉸，所述的第三平板與第一側面相交的第二側面也連接在所述的第二中部鉸上。—個四連板機構的第一平板和相鄰四連板機構的第四平板滾動節點連接，且其第二平板和相鄰四連板機構的第三平板也是滾動節點連接；位於端部的一榀四連板機構的第一平板的兩個端點與屋蓋支撐結構鉸接，其餘各榀四連板機構第一平板和第四平板的交線的兩個端點與屋蓋支撐結構滑動連接。一個四連板機構的第一平板和相鄰四連板機構的第四平板兩平板的連接面為圓弧形面，且其第二平板和相鄰四連板機構的第三平板兩平板的連接面也為圓弧形面。所述的第一平板和第四平板之間、所述的第二平板和第三平板之間存採用滾動節點連接，該滾動節點包括兩個固定端和中間的柔性連接段，兩個固定端分別連接在第一平板和第四平板上或第二平板和第三平板上。所述的四連板機構的第一平板和第四平板位於屋蓋支撐結構的內側，第二平板和第四平板位於屋蓋支撐結構的外側。所述的平板可以是鋼結構、混凝土結構或者木結構。所述的平板可以是相同截面的或者變截面的。本實用新型的有益效果是，本實用新型由四連板機構組合而成，在屋蓋開合過程中，各個四連板機構之間是運動相容的，不會產生額外的內力，其受力性能優越；而且本實用新型的平板式開合屋蓋機構為單自由度體系，減小了屋蓋驅動裝置的數量；採用滾動節點連接相鄰平板，可以避免運動過程中相鄰構件的碰撞，增大了四連板機構的運動行程，從而提高了開合屋蓋的收縮率；另外，由於本實用新型構成的構件數遠少於一般的摺疊網格 結構，因此給人們一種簡潔明快的效果，克服了網格結構感觀上杆件繁多凌亂的缺點；而且其構造合理、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是平板式開合屋蓋結構示意圖。圖2是四連板機構基本單元示意圖。圖3是第一平板和第二平板連接側視圖。圖4是第一平板和第二平板連接俯視圖。圖5是典型銷接節點示意圖。圖6是考慮拓撲幹涉的四連杆設計示意圖其中(a)為側視圖，(b)為俯視圖。圖7是滾動節點運動過程示意圖。圖8是滾動節點製作示意圖一。圖9是滾動節點製作示意圖二。
具體實施方式
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，一種平板式開合屋蓋結構，由四塊平板組成的四連板機構沿屋蓋長度方向相互連接構成。所述的四連板機構，如圖2所示，是由第一平板I、第二平板2、第三平板3及第四平板4組成，且第一平板I和第二平板2通過中部柱鉸連接(如圖3和4所示)，第二平板2和第三平板3通過其公共邊滾動節點連接，第三平板3和第四平板4通過中部柱鉸連接，第四平板4和第一平板I通過公共邊滾動節點連接，所述的四連板機構有多榀，位於屋蓋固定端的一榀的第四平板4的兩個下部節點與屋蓋支撐結構5轉動連接，其餘各榀四連板機構第四平板4的下部節點和所有四連板機構第二平板2的下部節點與屋蓋支撐結構5滑動連接，也即這些節點可以沿著屋蓋長度方向滑移。一個四連板機構的第一平板I和相鄰四連板機構的第四平板4滾動節點連接，且其第二平板2和相鄰四連板機構的第三平板3也是滾動節點連接。所述的四連板機構的第一平板I和第四平板4位於屋蓋支撐結構的內側，第二平板2和第四平板4位於屋蓋支撐結構的外側。 所述的平板可以是鋼結構、混凝土結構或者木結構。所述的平板可以是相同截面的或者變截面的。四連杆機構以及摺疊板殼體系中最常用的銷接節點如圖5所示。該節點擁有一個旋轉自由度，其可以連接兩根杆件，也可以連接兩塊板。但其缺點是由於節點的尺寸問題，兩個構件在摺疊時，會產生碰撞，從而限制其運動，機構學中稱之為「拓撲幹涉」。圖6為常用的考慮拓撲幹涉的平面四連杆機構設計示意圖，從圖中可以看出，其主要思路是將兩根杆件放置在不同平面，從而避免相鄰杆件間的碰撞。本實用新型第一平 板I和第二平板2的連接方式即是通過將兩塊板放置在不同平面，避免杆件在運動過程中的碰撞，但是本實用新型中第二平板2和第三平板3的連接不能錯位。所以在該處本實用新型使用了滾動節點連接，如圖7所示。由圖中可以看出，滾動節點連接相鄰平板的端部均為半圓柱，其半圓柱的直徑可以相等也可以不相等，圖7所示為半徑相等的案例。兩個半圓柱的接觸方式為滾動接觸，其運動過程如圖中所示。當機構運動時，其中一個半圓柱繞著另外一個半圓柱旋轉，兩個面之間沒有滑動；兩個半圓柱軸心線之間的距離始終保持相等，為兩個半圓柱半徑之和。滾動節點的製作方法如圖8所示，用薄板將節點連接平板端部的兩個半圓柱面相連。其中AB和DE部分固定在平板上，而BC和CD部分和平板分離。圖9所示為滾動節點運動後的不意圖。
權利要求1.一種平板式開合屋蓋結構，其特徵在於由多榀四塊平板組成的四連板機構沿屋蓋長度方向相互連接構成，所述的四連板機構由第一平板、第二平板、第三平板及第四平板組成，所述的第一平板、第二平板、第三平板以及第四平板形狀均為長方體，所述的第四平板的第一側面和第一平板的第一側面通過公共邊滾動節點連接，所述的第二平板的第一側面和第三平板的第一側面通過其公共邊滾動節點連接，在第一平板與第一側面相交的第二側面中部設置有一第一中部鉸，所述的第二平板與第一側面相交的第二側面也連接在所述的第一中部鉸上，在第四平板與第一側面相交的第二側面中部設置有一第二中部鉸，所述的第三平板與第一側面相交的第二側面也連接在所述的第二中部鉸上； 一個四連板機構的第一平板和相鄰四連板機構的第四平板滾動節點連接，且其第二平板和相鄰四連板機構的第三平板也是滾動節點連接； 位於端部的一榀四連板機構的第一平板的兩個端點與屋蓋支撐結構鉸接，其餘各榀四連板機構第一平板和第四平板的交線的兩個端點與屋蓋支撐結構滑動連接。
2.根據權利要求I所述的平板式開合屋蓋結構，其特徵在於一個四連板機構的第一平板和相鄰四連板機構的第四平板兩平板的連接面為圓弧形面，且其第二平板和相鄰四連板機構的第二平板兩平板的連接面也為圓弧形面。
3.根據權利要求2所述的平板式開合屋蓋結構，其特徵在於所述的第一平板和第四平板之間、所述的第二平板和第三平板之間存採用滾動節點連接，該滾動節點包括兩個固定端和中間的柔性連接段，兩個固定端分別連接在第一平板和第四平板上或第二平板和第二平板上。
4.根據權利要求I或2所述的平板式開合屋蓋結構，其特徵在於，所述的四連板機構的第一平板(I)和第四平板(4)位於屋蓋支撐結構的內側，第二平板(2)和第四平板(4)位於屋蓋支撐結構的外側。
5.根據權利要求4所述的平板式開合屋蓋結構，其特徵在於，所述的平板是鋼結構、混凝土結構或者木結構。
專利摘要本實用新型公開了一種平板式開合屋蓋結構，由多榀四塊平板組成的四連板機構沿屋蓋長度方向相互連接構成，四連板機構由第一平板、第二平板、第三平板及第四平板組成；一個四連板機構的第一平板和相鄰四連板機構的第四平板滾動節點連接，且其第二平板和相鄰四連板機構的第三平板也是滾動節點連接；位於端部的一榀四連板機構的第一平板的兩個端點與屋蓋支撐結構鉸接，其餘各榀四連板機構第一平板和第四平板的交線的兩個端點與屋蓋支撐結構滑動連接。由於本實用新型構成的構件數遠少於一般的摺疊網格結構，因此給人們一種簡潔明快的效果，克服了網格結構感觀上杆件繁多凌亂的缺點；而且其構造合理、設計和施工簡單，特別適合中小跨度的建築。
文檔編號E04B7/16GK202611063SQ20122008468
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