CN102108735A - 一种伞状可伸缩开合的联动性建筑结构 - Google Patents

Abstract

一种伞状可伸缩开合的联动性建筑结构，包括一个立柱(1)、四个斜撑结构(2)、柔性材料屋面(3)，立柱(1)为四方形中空钢结构，中间设置落水管(1-2)解决屋面排水问题，立柱四面设有凹槽(1-1)，每个斜撑结构(2)都由六个钢构杆件组成，通过控制连接钢构杆件的每个节点的转动方向及角度来达到结构的稳定性和联动性，该建筑结构展开后，柔性材料屋面(3)呈现中心低、四边微高的漏斗状，雨水将流向中心立柱(1)，由中心立柱中间的落水管(1-2)流向地下。本发明不仅具有伞状结构的优美外观，获得更大柱网的空间结构，而且可以自由张合，形成有组织排水。可以大量应用于大型的室外展览型建筑。

Description

一种伞状可伸缩开合的联动性建筑结构

技术领域

本发明属于土木建筑结构技术领域，具体涉及一种适用于大跨度室外临时建筑的伞状可伸缩开合的联动性建筑结构。

背景技术

平时用于室外遮阳的遮阳伞和雨棚遮蔽空间比较小，不能为大型活动提供场所；下雨时雨水顺伞面流下，属于无组织排水，不仅造成使用不便，而且影响市容。刘进科等人在2003年申请的一种伞状建筑结构的发明专利，专利号为CN02151558.1，该发明的技术方案包含地基、基础、结构主体内被支撑的楼板，结构主体还包含固定于基础上的立柱，在立柱上固定有悬臂的、以立柱为中心呈放射均匀布置的楼板斜支杆，立柱、斜支杆采用钢管混凝土结构。但是这种建筑结构灵活性较差，只是体现出伞状结构的形态特征和受力特点，并不能实现“伞”自由伸缩开合的特点，不适用于传统室外大空间建筑屋顶结构。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，解决传统室外大空间伞形建筑屋顶结构不能自由开合，而遮阳伞和雨棚又不能形成大空间、实现有组织排水的问题，提供一种适用于大跨度室外临时建筑的伞状可伸缩开合的联动性建筑结构。

本发明所涉及的伞状可伸缩开合的联动性建筑结构，包括一个立柱、四个斜撑结构、柔性材料屋面，其特征是：立柱为四方形中空钢结构，中间设置落水管解决屋面排水问题，立柱四面设有凹槽，每个斜撑结构都由六个钢构杆件组成，这些钢构杆件又由六个具有特殊的设计节点连接起来形成一个整体，斜撑结构底部与立柱的凹槽相连接是底端可滑动支点2-1，立柱顶端与斜撑结构相连接的是另一个转动支点2-5，通过控制每个节点的转动方向及转动角度来达到结构的稳定性和联动性。

底端可滑动支点2-1转动角度控制在0-60度之间，主杆件中部三连接转动节点2-2转动角度控制在0-120度之间，次杆件中部三连接转动节点2-3转动角度控制在0-170度之间，主杆件顶部三连接转动节点2-4转动角度控制在0-150度之间，转动节点2-5转动角度控制在0-100度之间，次杆件中部双连接转动节点2-6转动角度控制在0-170度之间。当斜撑结构底部的可滑动支点顺着凹槽由下向上做垂直滑动的时候，原来呈收缩状态的斜撑结构将自动展开，直到底部的可滑动支点滑动到与立柱呈60度角度位置固定以后，每个杆件和节点，由于受到节点转动角度的限制无法继续运动，此时整个结构受力达到均衡，四个斜撑结构将全部舒展固定开来，从而最终达到稳定状态。结构完全展开后，柔性材料屋面呈现中心低、四边微高的漏斗状，雨水将流向中心立柱，由中间的落水管流向地下，就此解决屋面的排水问题。

屋面荷载将通过四个斜撑传递到立柱上，再由立柱传递到地面。比较传统的建筑结构不仅省去了主次梁，而且每一个斜杆上的六个构件都互相构成了稳定的三角结构，增加了斜支杆的支撑强度。

本发明的目的不仅在于提供具有伞状结构的优美外观，获得更大柱网的空间结构，而且要使建筑结构真正实现了像“伞”一样可以自由张合，形成有组织排水。可大量应用于大型的室外展览型建筑，以达到晴天时收折起，雨天及时撑开遮雨，达到重复利用的效果。并且可以进行大批量的装配式生产，随时随地进行组合安装。

附图说明

图1为本发明结构展开状态图

图2为本发明结构收折状态图

图3为斜撑结构实施例示意图

图4为本发明结构由收折到展开过程中各个节点的运动轨迹图

其中，图1至图3中：1为立柱、1-1为立柱凹槽、1-2为落水管、2为斜撑结构、2-1为底端可滑动支点、2-2为主杆件中部三连接转动节点、2-3为次杆件中部三连接转动节点、2-4主杆件顶部三连接转动节点、2-5为转动支点、2-6次杆件中部双连接转动节点、3为柔性材料屋面。

图4中：2-1-1、2-1-2、2-1-3、2-2-1、2-2-2、2-2-3、2-3-1、2-3-2、2-3-3、2-4-1、2-4-2、2-4-3、2-6-1、2-6-2、2-6-3均表示各节点运动轨迹位置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明如下：

实施例

本实施例为重庆大学校庆活动的一个室外临时展场，如图1所示，该伞状可伸缩开合的联动性建筑结构包括立柱1、四个斜撑结构2、柔性材料屋面3。立柱1及斜撑结构2都做成装配式的钢结构，立柱为940毫米宽的正方体，底部为边长1米的箱型立方体基础，按现有公知技术进行地基、基础处理，深埋固定后，即可进行下一步的装配。斜撑结构2如图3所示由六个长度分别为8410毫米，5510毫米，3550毫米，4350毫米，4000毫米、2260毫米的钢构斜杆组成。图4为本发明结构由收折到展开过程中各个节点的运动轨迹图，如图4所示，当底端可滑动支点2-1顺着立柱凹槽1-1垂直向上沿着2-1-1、2-1-2的轨迹滑动到2-1-3的位置时，主杆件中部三连接转动节点2-2沿着2-2-1、2-2-2的轨迹运动到2-2-3的位置，节点2-3沿着2-3-1、2-3-2的轨迹做圆周运动到2-3-3的位置，主杆件顶部三连接转动节点2-4沿着2-4-1、2-4-2的轨迹做不规则运动到2-4-3的位置，次杆件中部双连接转动节点2-6沿着2-6-1、2-6-2的轨迹做不规则运动到2-6-3的位置，此时每个节点同时达到转动角度限制最大处而无法继续转动，整个结构受力达到均衡，这时斜撑结构2完全展开。图1为本发明结构展开状态图，如图1所示，屋面呈现中心低、四边微高的漏斗状，雨水将流向中心立柱1，由中间的落水管1-2流向地下，很好的实现了有组织排水。

试验证明，本发明的联动性建筑结构由收折至完全展开所需时间为1分33秒。一个伞状结构完全撑开后会形成28米乘以28米的屋顶空间，屋顶面积达784平方米，可以根据展场面积需要增加或减少伞状联动结构的数量。屋面铺有柔性材料ETFE，中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物，不仅减少了屋面荷载，而且延展性很好。展开固定后，即可为成为室外建筑的遮蔽结构。并且安装方便、拆卸简单，可以在多地方重复使用。

Claims (1)

1.一种伞状可伸缩开合的联动性建筑结构，包括一个立柱(1)、四个斜撑结构(2)、柔性材料屋面(3)，其特征是：立柱(1)为四方形中空钢结构，中间设置落水管(1-2)解决屋面排水问题，立柱四面设有凹槽(1-1)，每个斜撑结构2)都由六个钢构杆件组成，这些钢构杆件又由五个具有特殊的设计节点(2-1、2-1、2-3、2-4、2-5、2-6)连接起来形成一个整体，斜撑结构底部与立柱的凹槽(1-1)相连接是可滑动支点(2-1)，立柱顶端与斜撑结构(2)相连接的是另一个可转动的支点(2-5)，通过控制每个节点(2-1、2-1、2-3、2-4、2-5、2-6)的转动方向及转动角度来达到结构的稳定性和联动性，底端可滑动支点(2-1)转动角度控制在0-60度之间，主杆件中部三连接转动节点(2-2)转动角度控制在0-120度之间，次杆件中部三连接转动节点(2-3)转动角度控制在0～170度之间，主杆件顶部三连接转动节点(2-4)转动角度控制在0-150度之间，转动支点(2-5)转动角度控制在0-100度之间，次杆件中部双连接转动节点(2-6)转动角度控制在0-170度之间，当斜撑结构(2)底部的可滑动支点(2-1))顺着凹槽(1-1)由下向上做垂直滑动的时候，原来呈收缩状态的斜撑(2)将自动展开，直到底部可滑动支点(2-1)滑动到主杆件与立柱呈60度角度位置固定以后，每个杆件和节点，由于受到节点转动角度的限制无法继续运动，此时整个结构受力达到均衡，四个斜撑结构(2)将全部舒展固定开来，从而最终达到稳定状态，柔性材料屋面(3)呈现中心低、四边微高的漏斗状，雨水将流向中心立柱(1)，由中心立柱中间的落水管(1-2)流向地下。

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