一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構的制作方法

本發明涉及一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構。

背景技術：

開合屋蓋結構是近半個多世紀發展起來的一種新型結構，能夠根據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定的構型：完全閉合狀態和完全展開工作狀態。屋蓋正常使用階段需要運動并且具備多個不同受力狀態，與常規建筑結構相比，設計和施工更加復雜。因此國內外建筑對于開合屋蓋結構的應用十分有限，并且不能良好滿足人們對開合屋蓋結構的建筑功能需求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足，而提供了一種豎向剛度好、收縮率大且結構簡單易于折疊的具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構。滿足建筑對可展屋蓋結構的各項功能要求,還具有設計和施工方便等優點。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構，由下部平面徑向開合屋蓋結構和上部剛性屋面板組成，其特征在于：平面徑向開合屋蓋由兩個以上的環向鏈形剪式機構和兩個以上的徑向鏈形剪式機構組成，環向鏈形剪式機構同心布置，徑向鏈形剪式機構沿所述環向鏈形剪式機構形成的圓環的徑向布置；環向鏈形剪式機構由多個環向對稱剪式鉸單元頭尾相連成環形；徑向鏈形剪式機構由多個徑向對稱剪式鉸單元頭尾相連成線形；所述環向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，所述徑向對稱剪式鉸由兩個長度相等的第二連桿在桿中間鉸接組成；徑向鏈形剪式機構與環向鏈形剪式機構通過徑向對稱剪式鉸單元的第二連桿端部與環向對稱剪式鉸單元的第一連桿端部鉸接實現連接，并且徑向鏈形剪式機構伸出最外圈環向鏈形剪式機構端部并鉸接于只具有豎向轉動自由度的鉸支座；所述平面徑向開合屋蓋結構在投影面上分為由彼此連續的三角形屋面板連接單元和四邊形屋面板連接單元組成的剛性屋面板連接單元；

所述三角形屋面板連接單元沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述三角形屋面板單元的三個頂點包括間隔的兩個徑向鏈形剪式機構和內側的環向鏈形剪式機構鉸接形成的第一頂點、第二頂點，以及位于第一和第二頂點中間的徑向鏈形剪式機構和最內圈相鄰的環向鏈形剪式機構的鉸接點構成的第三頂點。

所述四邊形面板連接單元沿徑向鏈形剪式機構對稱，所述四邊形面板連接單元的四個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上并且都在徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構的鉸接點上；所述四邊形面板連接單元的四個頂點包括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間隔一個環向鏈形剪式機構的兩個環向鏈形剪式機構的鉸接點上的第四頂點和第五頂點，以及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和被相間隔的環向鏈形剪式機構的鉸接點上的第六頂點和第七頂點；

其中三角形屋面板連接單元S個，四邊形屋面板連接單元N個，X為徑向鏈形剪式機構的個數，Y為環向鏈形剪式機構的個數，則滿足

所述上部剛性屋面板由位于所述三角形面板連接單元的第一剛性板折疊單元和位于所述四邊形面板連接單元的第二剛性板折疊單元組成；所述第一剛性板折疊單元由兩對以上的第一剛性板組鉸接而成且展開后成一等腰三角形，每對第一剛性板組為由兩塊剛性板沿所述等腰三角形的高所在位置鉸接的折疊結構，相鄰對第一剛性板組的兩塊剛性板之間的折疊方向相反，相鄰第一剛性板組之間的折疊方向相反；所述第二剛性板折疊單元由四對以上的第二剛性板組鉸接而成且展開后成一對角線垂直的四邊形板，每對第二剛性板組為由兩塊剛性板沿所述對角線所在位置鉸接的折疊結構，相鄰對第二剛性板組的兩塊剛性板之間的折疊方向相反，相鄰第二剛性板組之間的折疊方向相反。

第一剛性板組沿所述等腰三角形的高等距布置；第二剛性板組沿所述四邊形板的對角線等距布置。

所述環向鏈形剪式機構的個數為3～10個，所述徑向鏈形剪式機構的個數為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。

當平面徑向開合屋蓋處于完全展開狀態時，剛性屋面板處于張緊狀態，承受外界及結構自身的荷載，此時剛性屋面板單元的固接角點之間的距離最大；當平面徑向開合屋蓋處于收縮狀態時，剛性屋面板單元的固接角點之間距離縮短。

本發明具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構有許多優點:

1)自重輕。剛性屋面板可采用輕盈的材料，從而使結構重量降低，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，節省費用。剛性屋面板耗材少，并且可以選用有一定透光率的材料，在平面徑向開合屋蓋結構完全展開時可充分利用自然光，白天使用可以減少人工照明。

3)施工速度快。

本發明由徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構同步進行伸縮，上部采用所述的剛性屋面板，從而使得具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構伸縮自由，伸縮率大；剪式鉸單元的折疊方向為豎直面，使具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構具有較大的豎向剛度，而且構造合理、設計和施工簡單，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明進一步詳細說明：

圖1是本發明具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構示意圖。

圖2是本發明具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構的俯視圖。

圖3是徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構鉸接示意圖。

圖4是組成鏈形剪式機構的對稱剪式鉸單元示意圖。

圖5是三角形面板連接單元上的第一剛性板折疊單元展開狀態示意圖。

圖6是三角形面板連接單元上的第一剛性板折疊單元展開狀態示意圖。

圖7是四邊形面板連接單元上的第二剛性板折疊單元展開狀態示意圖。

圖8是四邊形面板連接單元上的第二剛性板折疊單元展開狀態示意圖。

具體實施方式

下面參照說明書附圖，對本發明作出更為詳細的說明：

如圖1所示，一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結構1。該結構由下部平面徑向開合屋蓋和上部剛性屋面板組成，其中平面徑向開合屋蓋是由3個環向鏈形剪式機構2和16個徑向鏈形剪式機構4組成。其中，環向鏈形剪式機構2由48個環向對稱剪式鉸單元3組成，環向鏈形剪式機構2沿徑向均勻間隔布置；徑向鏈形剪式機構4由14個徑向對稱剪式鉸單元5組成，徑向鏈形剪式機構4沿環向均勻間隔布置，并且有兩個徑向對稱剪式鉸單元伸出最外圈的環向鏈形剪式機構，鉸接于只具有豎向轉動自由度的鉸支座7。

平面徑向開合屋蓋在投影面上分為彼此連續的剛性屋面板連接單元，包括三角形屋面板連接單元ACE、四邊形屋面板連接單元ABCD。三角形屋面板連接單元中的兩個頂點A、E位于相鄰的兩個間隔的徑向鏈形剪式機構和內側的環向鏈形剪式機構鉸接形成的第一頂點、第二頂點，以及位于第一和第二頂點中間的徑向鏈形剪式機構和內側相鄰的環向鏈形剪式機構的鉸接點構成的第三頂點C；

四邊形屋面板連接單元沿徑向鏈形剪式機構對稱，四邊形屋面板連接單元的四個頂點位于相鄰的三個徑向鏈形剪式機構上，其中，A、B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兩個環向鏈形剪式機構的鉸接點上，另外兩個頂點C、D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和環向鏈形剪式機構的鉸接點上；

如圖2所示，在平面徑向開合屋蓋的投影面上連續分布著三角形面板連接單元8和四邊形面板連接單元9。具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋是由8個三角形屋面板連接單元8，16個四邊形屋面板連接單元9組成。

如圖3所示，徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構的連接節點構成如下：環向鏈形機構2和徑向鏈形機構4通過上下兩個剪式鉸單元連桿端部鉸節點6連接。由此，通過該鉸節點的作用，實現網架結構開合過程中徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構的同步伸縮。

如圖4所示的組成徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構的對稱剪式鉸單元是目前應用最為廣泛的平行剪式鉸單元。對稱剪式鉸單元的連桿長度相等，且通過連桿中間的一個銷接節點相連，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之間的連接是通過桿端部鉸節點鉸接實現。該單元在運動過程中其端部鉸節點的連線保持平行。

如圖5和圖6所示是三角形面板連接單元上的第一剛性板折疊單元示意圖。三角形屋面板連接單元8布置在三角形ACE上，其中頂點A、E在間隔的兩個徑向鏈形剪式機構4和最內側環向鏈形剪式機構2的鉸接點處；頂點C在徑向對稱軸所在的徑向鏈形剪式機構4和內側相鄰的環向鏈形剪式機構2的鉸接點上。在本實施例中，三角形面板單元是由6對第一剛性板組相互鉸接而成，其中第一對板組和最后一堆板組為三角形板單元鉸接而成，中間4對板組由梯形剛性板單元鉸接而成，各剛性板連接處的公共邊為邊界線，邊界線分為峰線和谷線，分別代表向外和向內的折疊方向。向外折疊是指相鄰的剛性板的外法線之間的夾角變大，向內折疊是指相鄰剛性板的內法線之間的夾角變大。點81、83是峰線的交點，點80、82、84是谷線的交點，并且峰線的交點和谷線的交點在徑向對稱軸上交替等距分布。

如圖7和圖8所示是四邊形面板連接單元上的第二剛性板折疊單元示意圖。四邊形面板連接單元8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C、D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位于徑向鏈形剪式機構和環向鏈形剪式機構的鉸接點上。在四邊形面板連接單元兩條對角線上，分別對稱的布置有相互鉸接的第二剛性板組，第二剛性板組與第一剛性板組的結構相同，也有若干組三角形板和梯形板組成。在本實施例中，第二剛性板組為15對，包括11對由梯形剛性板單元組成的剛性板組和4對由三角形剛性板單元組成的剛性板組。各剛性板連接處的公共邊為邊界線，邊界線分為峰線和谷線，分別代表向外和向內的折疊方向。向外折疊是指相鄰的剛性板的外法線之間的夾角變大，向內折疊是指相鄰剛性板的內法線之間的夾角變大。對角線的交點91處有四條峰線和四條谷線相交，其中谷線分布在對角線AB、CD上，峰線是點91和四邊形各邊中點92、93、94、95的連線。峰線的交點和谷線的交點均分布在對角線AB、CD的N1等分點和N2等分點上(N1和N2是大于2的整數)。