一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖

摘要

本发明公开了一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，由剪式单元圈与屋面板构成；剪式单元圈至少为三圈，每圈剪式单元圈由一圈剪式单元构成，剪式单元由两块条形板在条形板中部的中部销接节点销接而成，相邻两剪式单元之间在条形板端部通过销钉销接在一起；屋面板由同样大小的扇形板构成，其中：相邻两块扇形板的在侧面销接形成一个折叠单元；相邻两块扇形板在空间里屋盖的交界线分别形成峰线和谷线；至少三圈剪式单元圈间隔布置于峰线和谷线上，且位于距屋面板圆心不同半径的位置。本发明提供的屋盖结构，通过剪式单元圈的展开与闭合，实现了屋盖体系的环向开启和闭合；同时，由于冗余约束的存在，使得屋盖可靠性得到了保障。

权利要求

1.一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，其特征在于：由剪式单元圈与屋面板构成；

所述剪式单元圈至少为三圈，每圈剪式单元圈由一圈剪式单元（2）构成，剪式单元（2）由两块条形板在条形板中部的中部销接节点销接而成，相邻两剪式单元之间在条形板端部通过销钉（3）销接在一起；

所述屋面板由在同一空间相互销接、同样大小的扇形板（1）构成，其中：相邻两块扇形板（1）在侧面销接形成一个折叠单元；相邻两块扇形板（1）在空间里屋盖的交界线分别形成峰线（5）和谷线（6）；

所述的至少三圈剪式单元圈间隔布置于峰线和谷线上，且位于距屋面板圆心不同半径的位置。

2.根据权利要求1所述的具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，其特征在于：所述的剪式单元圈位于所述屋面板的平面内。

3.根据权利要求1或2所述的具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，其特征在于：所述折叠单元的两个扇形板（1）在侧面通过销轴（4）连接，所述剪式单元（2）的两块条形板设置在销钉（3）上，在销轴（4）上对应销钉（3）的位置处设置销接孔（9），并形成所述的中部销接节点。

4.根据权利要求3所述的具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，其特征在于：在所述扇形板（1）的一侧设置有第一销轴孔（7），在扇形板（1）的另一侧设置有第二销轴孔（8），所述第一销轴孔（7）和第二销轴孔（8）位于扇形板（1）侧面长度方向的不同位置，所述销轴（4）穿过一个扇形板（1）的第一销轴孔（7）和另一扇形板（1）的第二销轴孔（8）形成一个折叠单元。

5.根据权利要求3所述的具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，其特征在于：在扇形板（1）的第一销轴孔（7）和第二销轴孔（8）对应于剪式单元（2）中部销接节点的销钉（3）处设有不阻碍销钉（3）运动的预留孔。

说明书

一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖

技术领域

[0001] 本发明涉及一种开合屋盖结构，特别是一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构。

背景技术

[0002] 可展结构是近半个多世纪来发展起来的一种新型结构，在宇航、建筑结构和军事工程等领域起着重要作用。可展结构的主要特征是具有两种稳定的构型：完全折叠状态和完全展开工作状态。在折叠状态时，结构收拢在某一特定形状，在外界驱动力的作用下，结构逐步展开，达到完全展开的工作状态，然后锁定为稳定状态。

[0003] 可展剪式铰结构是一种基于剪式铰单元的空间结构，能够设计出丰富多彩的几何外形。这种结构完全折叠后成为紧密的捆状，充分展开固定后达到初始工作状态，能够覆盖较大的空间。同时整个结构可以在工厂成批生产，制作完成后折叠成捆状运输到工地展开使用；此外，这类结构极其便于拆迁。利用此特点，这结构可以广泛的应用于军事建筑，短期性建筑，以及体育场大剧院等大跨度空间结构中。

[0004] 在已有的结构中，剪式铰结构多是作为竖向提升装置而存在的，利用剪式铰结构打开前和打开后在形状和高度上的巨大区别，其会有很好的提升效果。

[0005] 开合屋盖是在建筑理念中引入可展结构思想的结果，是现代体育建筑的一个主要发展趋势，它越来越受到人们的青睐。我国在最近十几年兴起了建造开合结构的热潮，小规模的开合式屋顶建筑已经有数十座，目前运行状况良好，大型开合结构的建造也有了一定的成就。但国内外现已建成的数百座开合屋盖建筑结构形式和开合机理较为简单，而且开合屋盖的研究滞后于工程实践状态。如何将可展剪式铰结构和开合屋盖结合起来更是急需解决的问题。

发明内容

[0006] 发明目的：为了制造出便于开合的环形屋盖，并要求该开合屋盖不仅能满足建筑对屋盖开合的各项功能要求，还具有设计和施工方便等优点，能较好地满足中小跨度建筑对屋盖开合功能的要求，同时还可以给下部场地提供更大的空间，也能提高结构的可靠性。

[0007] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0008] 一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，其特征在于：由剪式单元圈与屋面板构成；

[0009] 所述剪式单元圈至少为三圈，每圈剪式单元圈由一圈剪式单元构成，剪式单元由两块条形板在条形板中部的中部销接节点销接而成，相邻两剪式单元之间在条形板端部通过销钉销接在一起；

[0010] 所述屋面板由在同一空间相互销接、同样大小的扇形板构成，其中：相邻两块扇形板的在侧面销接形成一个折叠单元；相邻两块扇形板在空间里屋盖的交界线分别形成峰线和谷线；

[0011] 所述的至少三圈剪式单元圈间隔布置于峰线和谷线上，且位于距屋面板圆心不同半径的位置。

[0012] 所述的剪式单元圈位于所述的屋面的平面内。

[0013] 所述折叠单元的两个扇形板在侧面通过销轴连接，所述剪式单元的两块条形板设置在所述的销轴上，在销轴上对应销钉的位置处设置销接孔，并形成所述的中部销接节点。

[0014] 在所述扇形板的一侧设置有第一销轴孔，在扇形板的另一侧设置有第二销轴孔，所述第一销轴孔和第二销轴孔位于扇形板侧面长度方向的不同位置，所述销轴穿过一个扇形板的第一销轴孔和另一扇形板的第二销轴孔形成一个折叠单元。

[0015] 在扇形板的第一销轴孔和第二销轴孔对应于剪式单元中部销接节点的销钉处设有不阻碍销钉运动的预留孔。

[0016] 本发明一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖结构，每块扇形板都是同样尺寸的，销接之后连起来同样形成一个空间环，并且都指向同一个圆心。

[0017] 有益效果：本发明提供的屋盖结构，通过剪式单元展开与闭合，实现了屋盖体系的环向开启和闭合；由于共存在多圈（三圈及以上）剪式单元，因此在屋盖中心不需要用柱子来支撑，而且增加了结构的冗余度，提高了结构的安全度，剪式单元设置在屋盖平面内，为屋盖下面的场地节省了空间。剪式单元于面内的好处是节省空间，使得结构更加简洁明了。在屋盖开合过程中，由于剪式单元体系的存在，可以避免运动过程中相邻构件的碰撞，可以得到较大的开合屋盖的收缩率；另外，由于本发明的构件数远少于一般的折叠网格结构，因此给人们一种简洁明快的效果，克服了网格结构感官上杆件繁多凌乱的缺点；而且其构造合理、设计和施工简单，特别适合中小跨度的建筑；同时，由于冗余约束的存在，使得屋盖可靠性得到了保障。

附图说明

[0018] 图1为本发明的结构示意图；

[0019] 图2为本发明结构的半折叠状态示意图；

[0020] 图3为扇形板板的示意图；

[0021] 图4为折叠单元与剪式单元的装配示意图；

[0022] 其中：1、扇形板，2、剪式单元，3、销钉，4、销轴，5、峰线，6、谷线，7、第一销轴孔，8、第二销轴孔，9、销接孔。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

[0024] 如图1所示为基于本发明思想的一种具有冗余约束的空间多环剪式单元可开启屋盖的结构示意图，包括剪式单元圈、屋面板等。剪式单元圈与屋面板通过销钉销接而成。

[0025] 其中，剪式单元圈一共多圈（三圈及以上），剪式单元2由两块条形板通过销钉3销接而成，在中部形成中部铰接节点，在剪式单元2之间分别在端部通过销钉3销接在一起，展开以后形成一个环形的剪式单元圈。

[0026] 屋面板由均布在同一空间上的一圈折叠单元构成，折叠单元之间也通过销接的方式连接，首尾的两个折叠单元之间在展开或折叠时候打开，参见图2。每一个折叠单元由两块扇形板1相互销接而成，相邻两块扇形板1在空间里屋盖的交界线分别形成峰线5和谷线6；多圈（三圈及以上）剪式单元圈间隔布置在峰线5和谷线6上；折叠单元与剪式单元2之间在单个剪式单元2的中部销接节点处通过不同的销轴4形成销接节点。

[0027] 每块扇形板1都是同样尺寸的，销接之后连起来同样形成一个空间环，并且都指向同一个圆心。

[0028] 所有剪式单元2与剪式单元2之间，扇形板1与扇形板1之间，剪式单元2与扇形板1之间的连接均为销接，方便开启与闭合。

[0029] 实施程序：首先利用计算机拟定屋面板展开后的位置，之后在指定位置布置剪式单元，将各个剪式单元连接起来，便形成了环形展开屋盖。

[0030] 应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。