CN102644351B - 内部折叠开合屋盖结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内部折叠开合屋盖结构，包括内部折叠连杆机构及外部环形连杆机构，内部折叠连杆机构为n个菱形四连杆机构通过对角线上的两个节点首尾相连构成，环形连杆机构包括由首尾连接的n根直杆构成的正n边形杆，在每根直杆上分别设有连杆机构单元，所述的连杆机构单元由内置平行四边形机构和外置平行四边形机构组成，所述n根直杆的两端与支座固定连接。本发明的有益效果是，设置在正n边形杆上的单自由度环形连杆机构增加了和支座连接处结构的刚度，克服了传统折叠网架结构受力性能较差和刚度较弱的缺点；而且由于外部环形连杆机构的单自由度特性，减小了驱动装置的数量；另外，由于内部使用了菱形四连杆机构首尾相连构成的连杆机构，增大了屋盖的开启范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种屋盖结构,尤其是一种开合屋盖结构。
背景技术
折叠网格结构，主要是折叠网架以及折叠网壳结构，具有工期短、易搬迁和可重复利用等优点，已引起了现代建筑师的极大兴趣。国外对折叠网格结构的研究成果已经相当丰富，并已有应用的工程实例。但其在折叠开合屋盖中使用较少，主要原因有：（1）折叠网格结构的节点设计一般比较复杂，目前尚缺乏构造简单且实用、造价低廉的适合工程应用的节点设计；（2）折叠网格结构的构件除受轴力外，还受一定弯矩，受力性能不佳，造价较高；（3）折叠网格结构的刚度很差，位移较难满足使用要求。
目前，已经建成的开合屋盖机构，大多是刚性网格屋盖单元的水平移动式或者水平旋转移动式，而折叠开合屋盖也是以索膜屋盖结构的折叠开合为主。对于前者，开合屋盖建筑结构形式较为简单；对于后者其设计和施工均较为复杂，造价极高，一般只能用于意义重大的体育场馆中，无法满足一些中小型跨度建筑对屋盖开启闭合功能的要求。
发明内容
为了克服现有开合屋盖结构技术的缺陷,本发明提供了一种内部折叠开合屋盖结构,该结构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。
为了达到上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种内部折叠开合屋盖结构，包括内部折叠连杆机构及外部环形连杆机构，所述的内部折叠连杆机构为n个菱形四连杆机构通过对角线上的两个节点首尾相连构成，菱形四连杆机构另外一个对角线上的两个节点为内圈节点和外圈节点，其中n不小于3且不大于720，其特征在于：
所述的环形连杆机构包括由首尾连接的n根直杆构成的正n边形杆，在每根直杆上分别设有连杆机构单元，所述的连杆机构单元由内置平行四边形机构和外置平行四边形机构组成，所述n根直杆的两端与支座固定连接，所述的内置平行四边形机构由第一固定杆、第一边杆、第一连杆及第一末杆组成，且第一固定杆为二分之一直杆，第一固定杆的一端与第一边杆的一端转动连接，第一边杆的另一端与第一连杆的一端转动连接，第一连杆的另一端与第一末杆的一端转动连接，第一末杆的另一端与第一固定杆的另一端转动连接，所述外置平行四边形机构由第二固定杆、第二边杆、第二连杆及第二末杆组成，且第二固定杆为剩余二分之一直杆，第二固定杆的一端与第二边杆的一端转动连接，第二边杆的另一端与第二连杆的一端转动连接，第二连杆的另一端与第二末杆的一端转动连接，第二末杆的另一端与第二固定杆的另一端转动连接，所述第一末杆与第二末杆固定连接并形成一折杆，第一边杆的延长线与第二边杆的延长线在完全闭合状态时相交于正n边形杆的中心，一对相邻连杆机构单元中一个连杆机构单元的第一边杆与相邻连杆机构单元中另一个连杆机构单元的第二边杆连接并形成一根直线型杆件，所述内部折叠连杆机构的外圈节点与环形连杆机构中的第一连杆和第一边杆的铰接点转动连接。
所述的内部折叠连杆机构可以为单层网格或双层网格或多层网格。
本发明的有益效果是，本发明由内部折叠连杆机构和外部环形连杆机构进行伸缩，实现屋盖的开合，而在屋盖的开合过程中，位于外部环形连杆机构的正n边形杆始终处于静止状态，因此，开合屋盖结构的正n边形杆上的支撑点在屋盖结构运动过程中没有运动，从而使得支承条件简单；本发明设置在正n边形杆上的单自由度环形连杆机构增加了和支座连接处结构的刚度，克服了传统折叠网架结构受力性能较差和刚度较弱的缺点；而且由于外部环形连杆机构的单自由度特性，减小了驱动装置的数量；另外，由于内部使用了菱形四连杆机构首尾相连构成的连杆机构，增大了屋盖的开启范围，而且本发明构造合理、设计和施工简单，特别适合中小跨度的建筑。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明：
图1是本发明结构示意图。
图2是外部环形连杆机构中四连杆机构示意图。
图3是外部环形连杆机构示意图。
图4是外部环形连杆机构运动过程示意图。
图5是内部折叠开合屋盖闭合状态示意图。
图6是外部连杆机构运动界线示意图。
具体实施方式
一种内部折叠开合屋盖结构，包括：内部折叠连杆机构，在内部折叠连杆机构的外部设有单自由度环形连杆机构，所述的单自由度环形连杆机构包括由首尾连接的n根直杆1构成的正n边形杆，n不小于3且不大于720，在每根直杆1上分别设有连杆机构单元，所述的连杆机构单元由内置平行四边形机构Ⅰ和外置平行四边形机构Ⅱ组成，所述n根直杆1的两端与支座固定连接，
所述的内置平行四边形机构Ⅰ由第一固定杆、第一边杆3、第一连杆4及第一末杆组成，且第一固定杆为二分之一直杆1，第一固定杆的一端与第一边杆3的一端转动连接，第一边杆3的另一端与第一连杆4的一端转动连接，第一连杆4的另一端与第一末杆的一端转动连接，第一末杆的另一端与第一固定杆的另一端转动连接，
所述外置平行四边形机构Ⅱ由第二固定杆、第二边杆6、第二连杆5及第二末杆组成，且第二固定杆为剩余二分之一直杆1，第二固定杆的一端与第二边杆6的一端转动连接，第二边杆6的另一端与第二连杆5的一端转动连接，第二连杆5的另一端与第二末杆的一端转动连接，第二末杆的另一端与第二固定杆的另一端转动连接，
并且，所述第一末杆的另一端与第二末杆的另一端连接并形成折杆2，第一边杆3的延长线与第二边杆6的延长线在屋盖完全闭合状态时相交于正n边形杆的中心，一对相邻连杆机构单元中一个连杆机构单元的第一边杆3与相邻连杆机构单元中另一个连杆机构单元的第二边杆6连接并形成一根直线型杆件，
所述的内部折叠连杆机构为n个菱形四连杆机构通过节点首尾相连构成，其最外圈节点与单自由度环形连杆机构中的第一连杆4的任意一端的节点转动连接，在完全闭合状态时，n个菱形四连杆机构的最内圈节点均集中于正n边形杆的中心，所述的内部折叠连杆机构可以为单层网格或双层网格或多层网格。
下面参照说明书附图，对本发明的具体实施方式作出更为详细的说明：
如图1所示，内部折叠开合屋盖结构包括折叠连杆机构和外部环形连杆机构。内部折叠连杆机构通过其最外圈所有节点与外部环形连杆机构相铰接。
外部环形连杆机构的形成过程如下：本实施例的外部连杆机构包括8根直杆首尾相连组成的正8边形杆，以及每根直杆上设置的内置平行四边形机构。由于结构为极线对称结构，取其中一个单元分析，如图2所示，ABCD为一四连杆机构，DEFG为另一四连杆机构，如果将AD和ED链接为一根杆，CD和DG也链接为一根杆，则剪式单元AE-D-CG即为折杆剪式单元的特例，即一根为直杆，一根为折杆。这样，如果A点和E点固定，则图示连杆机构为单自由度连杆机构。利用结构的极对称性，镜像可以得到如图3所示的体系。需要指出的是，为了得到单自由度体系，镜像完成后，应将AB和AM连接为一根杆，同理将EF和EN连接为一根杆，其余杆件类似。将节点A、E等与和外切圆相交的节点作为固定节点和支座相连，则体系为一单自由度体系，从而达到减小驱动装置数量的目的，其运动后的示意如图4所示。
内部折叠连杆机构为8个菱形四连杆机构通过节点首尾相连构成，其最外圈节点与单自由度环形连杆机构中的第一连杆4和第一边杆3的交点处的节点转动连接，在完全闭合状态时，8个菱形四连杆机构的最内圈节点均集中于正8边形杆的中心，如图5所示。
将内部部折叠连杆机构的最外圈节点与图4所示外部环形连杆机构的B、N等内圈节点相连，即可得到具有固定支座的内部折叠开合屋盖结构，如图1所示。
固定支座连杆机构运动界线如图6所示，本节讨论以节点B为例，初始状态时，其与中心原点的距离为r。B点的运动路径，如图6所示，是以A为圆心，AB为半径的圆。而实际结构中，一根杆件不能“穿越”另外一根杆件，所以B点的运动界线即为运动路径与AD的交点B′。假定点B′与体系中心原点的距离为R，则B点能够在径向运动的范围即为：R－r。
Claims (2)
1.一种内部折叠开合屋盖结构，包括内部折叠连杆机构及外部环形连杆机构，所述的内部折叠连杆机构为n个菱形四连杆机构通过对角线上的两个节点首尾相连构成，菱形四连杆机构另外一个对角线上的两个节点为内圈节点和外圈节点，其中n不小于3且不大于720，其特征在于：
所述的环形连杆机构包括由首尾连接的n根直杆（1）构成的正n边形杆，在每根直杆（1）上分别设有连杆机构单元，所述的连杆机构单元由内置平行四边形机构和外置平行四边形机构组成，所述n根直杆（1）的两端与支座固定连接，
所述的内置平行四边形机构由第一固定杆、第一边杆（3）、第一连杆（4）及第一末杆组成，且第一固定杆为二分之一直杆（1），第一固定杆的一端与第一边杆（3）的一端转动连接，第一边杆（3）的另一端与第一连杆（4）的一端转动连接，第一连杆（4）的另一端与第一末杆的一端转动连接，第一末杆的另一端与第一固定杆的另一端转动连接，
所述外置平行四边形机构由第二固定杆、第二边杆（6）、第二连杆（5）及第二末杆组成，且第二固定杆为剩余二分之一直杆（1），第二固定杆的一端与第二边杆（6）的一端转动连接，第二边杆（6）的另一端与第二连杆（5）的一端转动连接，第二连杆（5）的另一端与第二末杆的一端转动连接，第二末杆的另一端与第二固定杆的另一端转动连接，
所述第一末杆与第二末杆固定连接并形成一折杆（2），第一边杆（3）的延长线与第二边杆（6）的延长线在屋盖完全闭合状态时相交于正n边形杆的中心，一对相邻连杆机构单元中一个连杆机构单元的第一边杆（3）与相邻连杆机构单元中另一个连杆机构单元的第二边杆（6）连接并形成一根直线型杆件，
所述内部折叠连杆机构的外圈节点与环形连杆机构中的第一连杆（4）和第一边杆（3）的铰接点转动连接。
2. 根据权利要求1所述的内部折叠开合屋盖结构，其特征在于，所述的内部折叠连杆为单层网格或多层网格。
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