CN104294914A - 多爪式空间可展结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多爪式空间可展结构，包括圆盘节点、六榀剪式组合构件、滑槽导轨、刚性连接环和围合杆件，圆盘节点位于中心，其四周对称布置有六榀剪式组合构件，剪式组合构件由剪式单元铰接而成，剪式单元由三角形单元组成，三角形单元由三根杆件首尾相连连接组成，两个三角形单元在钝角顶点相互铰接组成剪式单元，三个剪式单元上下连接组成一榀剪式组合构件；每榀剪式组合构件端部设有轮子，围合杆件围合组成六边形结构，围合杆件组成六边形结构中心处设有刚性连接环，刚性连接环与围合杆件六个角之间设有滑槽导轨，轮子能在滑槽导轨内来回移动；本发明可以在任意地点快速安装，搭建出较大的稳定的使用空间。使用结束后收缩成较小体积，且能拆卸成杆件，可运输及再利用。组成的基本杆件相同，方便批量生产。

Description

多爪式空间可展结构

技术领域

本发明涉及土木工程行业，具体地涉及一种多爪式空间可展结构，其模型能够伸缩, 展开后能形成较大的使用空间和稳定的结构。搭建快速方便,杆件可拆卸可再利用。

背景技术

目前，会展业正在发展成为一个自成体系的产业。现在的展览馆多为永久建筑或临时展棚。但永久建筑的展馆占用土地资源，地点固定，不能很好满足实际需要。临时展棚的展览馆承载能力不高，对天气等外界环境条件依赖大，室内舒适度不高。大城市也存在建设体育馆投资花费大，赛事结束后利用率低的现象。

空间结构虽然在空间利用上是是高效能的，但在施工方面却需要大量的脚手架,劳动力和时间，并且在还经常产生工程精度,可靠性和安全性等方面的困难。利用可展结构的新型的施工体系可避免高空作业，方便空间结构的施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多爪式空间可展结构，本发明可解决永久展览馆占用土地资源以及临时展棚使用条件不好的问题。

本发明提供的一种空间的可展结构，只需要在机构的中部施加一个向上的力就能快速搭建出一个稳定的空间半球结构。且在使用后可将其拆卸成单元杆件，方便运输及再搭建。展开后的结构通过构造措施的处理，形成稳定的结构。该结构的承载力与稳定性已通过模型加载和有限元软件计算验证，满足使用要求。

本发明同时提供一种新型的施工体系构想。通过撤去一些约束使其在施工阶段暂时变为一个机构，可以趴伏在地面上完成大部分施工工作，之后顶升到预定的高度就位，成为空间建筑。免去了繁琐的顶升和脚手架搭设程序。

    本发明提出的多爪式空间可展结构，由圆盘节点1、六榀剪式组合构件2和下部底盘组成，所述下部底盘包括滑槽导轨4、刚性连接环5和围合杆件6，其中：圆盘节点1位于中心，其四周对称布置有六榀剪式组合构件2，所述圆盘节点1与剪式组合构件2在圆盘节点1的边缘处通过螺栓连接，相邻的剪式组合构件2通过螺栓连接；所述剪式组合构件2由若干个剪式单元9面内铰接而成，所述剪式单元9由两个三角形单元8在钝角顶点相互铰接组成，三角形单元8由三根杆件首尾相连连接组成，两个三角形单元8在钝角顶点相互铰接组成剪式单元9，三个剪式单元9上下连接组成一榀剪式组合构件2；每榀剪式组合构件2的端部安装有轮子，所述围合杆件6围合组成六边形结构，由六根系杆连接而成，围合杆件6围合组成的六边形结构中心处设有刚性连接环5，刚性连接环5与围合杆件6的六个角之间设有滑槽导轨4，所述滑槽导轨4与围合杆件6连接处通过长圆孔螺栓槽3用螺栓连接；所述轮子能在滑槽导轨4内来回移动；所述每榀剪式组合构件2在平面内可扩张或收缩，当以圆盘节点1为中心展开六榀剪式组合构件，便形成半球三维空间。

本发明中，相邻的剪式组合构件2的中间节点通过预拉力钢丝绳7连接。

本发明中，每榀剪式组合构件2的中间节点与相邻的围合杆件6的中点通过预拉力钢丝绳7连接。

本发明中，所述刚性连接环5为圆环结构。

    本发明考虑到三角形构件的抗剪抗弯性能优于直杆，组成该可展结构的基本单元是由三根杆件连接形成的三角形单元8。两个三角形单元8并列连接组成剪式单元9；三跨剪式单元9上下连接组成了一榀剪式组合构件2。六榀剪式组合构件2和圆盘节点1连接组成上部可展结构。

为了保证整个伸缩过程的稳定，本发明下部设计了滑槽导轨和固定滑槽的周围系杆。首先在每榀剪式组合构件的端部（接触地面的一端）安装了轮子，在轮子的运动轨迹上设计了滑槽导轨4，为了固定滑槽导轨，在六个滑槽导轨4的最内端用刚性连接环5连接，滑槽导轨4的最外端用六根围合杆件6连接。为了保证平面外的稳定性，将每榀剪式组合构件2的中间节点与相邻的围合杆件6中点用预拉力钢丝绳7相连，相邻剪式组合构件2的中间节点之间也用预拉力钢丝绳相连。当有平面外的力施加时，预拉力钢丝绳可提供平面外的支撑。

该可展结构展开时，只需要在中心的圆盘节点处施加一个向上的力，轮子便能沿着滑槽导轨运动直到滑槽导轨的端部抵抗约束住轮子及杆件，实际使用时可以附加多余约束，此时形成一个稳定的结构和半球状使用空间。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明可展结构可以在任意地点快速安装，搭建出较大的稳定的使用空间。使用结束后收缩成较小体积，且能拆卸成杆件，可运输及再利用。组成的基本杆件相同，方便批量生产。

(2)本发明可展结构的展开过程平缓稳定，只需要稍加稳定措施就可以顶升重物。因此可以考虑应用于新式施工体系，经济便捷。展开后便形成了永久建筑。

附图说明

图1是空间可展结构平面内两榀剪式组合构件的展开状态正视图；

图2是空间可展结构平面内两榀剪式组合构件的收缩状态正视图；

图3是空间可展结构两榀剪式组合构件的组成图；

图4是空间可展结构的下部底盘的示意图；

图5是图4中滑槽导轨的组成图； 

图6是空间可展结构的整体组成图；

图7是圆盘节点1的平剖图；

图8是圆盘节点1的立剖图；

图中标号：1为圆盘节点；2为剪式组合构件；3为长圆孔螺栓槽；4为滑槽导轨；5为连接导轨的刚性连接环；6为围合杆件；7为预拉力钢丝绳；8为三角形单元；9为剪式单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

实施例1：本发明是以中间的一个圆盘节点1为中心，外接六榀剪式组合构件2的空间可展的结构，还包括下部底盘结构。

图1是空间结构在平面内展开状态的示意图，由两榀剪式组合构件2和圆盘节点1连接而成。图2是空间结构在平面内收缩状态的示意图。可展结构的收缩依靠剪式单元在平面内的收缩，两个剪式单元9（图3）之间的节点在面内铰接，可以绕着中间的节点向中心收缩。这样，立起来的杆件就可收缩为折叠起来的杆件，依靠这种方式实现平面内的收缩。把平面内的一榀剪式组合构件绕中心轴旋转60度及120度便成为空间可展结构。 

图3是剪式组合构件2的组成示意图。图中展示其组成：两个三角形单元8在钝角顶点螺栓连接组成剪式单元9（三角形之间可相互错动），三跨剪式单元9的端部之间相互铰接相连组成一榀剪式组合构件2。六榀剪式组合构件2和圆盘节点1连接组成上部可展结构。三角形单元8是由两根长×宽×厚为270×20×6mm的短杆和一根长×宽×厚为470×20×6mm的长杆在杆的两端开孔，通过螺栓连接而成的。改变长短杆的比值，就可以改变三角形构件的高跨比从而影响整个可展结构的高跨比和外形。

图4是下部底盘示意图。图5是组成下部底盘的滑槽导轨部分的放大示意图。下部底盘由滑槽导轨4、刚性连接环5和围合杆件6组成。滑槽导轨4和围合杆件6在长圆孔螺栓槽3处用螺栓连接。滑槽导轨4是在长×宽×厚为1000×46×15mm的钢杆中开长×宽×厚为940×28×7mm的槽，所有的滑槽导轨4由直径100mm的刚性连接环5在中心连接，由长×宽×厚为1050×40×10mm的围合杆件6在外围连接。在剪式组合构件2靠近地面一侧的端部上安装了直径为20mm的小滑轮，方便结构的展开和收缩，并制作了相匹配的滑槽导轨4以保证轮子滑动的稳定性。轮子可以在滑槽导轨4内稳定地滑动，整个伸缩过程稳定而快速。滑槽导轨4是底部杆件的在地面的运动轨迹，沿中心向六等分方向放射状延伸。在六个滑槽导轨4的最内端用刚性连接环5连接，滑槽导轨4的最外端用围合杆件6连接。这些连接杆件起到连接滑槽导轨组成自稳定系统的作用。

图6是空间可展结构的组成示意图，圆盘节点1外接六榀剪式组合构件2，并采用预拉力钢丝绳7构成平面外支撑体系，结构底部采用围合杆件6、滑槽导轨4和刚性连接环5构成结构自平衡系统（图4），综合组成了稳定性和伸缩性能均优的新型可展结构模型。在每榀剪式组合构件2的中点和围合杆件6的中点之间、相邻榀剪式组合构件2的中点之间均施加直径3mm的预拉力钢丝绳7。

图7是圆盘节点1的平剖图。半径100mm厚度20mm的圆盘周边开了六个20mm宽的孔，放入杆件；在与杆件垂直的方向上开了直径20mm的通孔，放置销轴，连接圆盘与杆件。杆件可绕销轴自由转动。

图8的断面图展示了圆盘节点1的立剖图，将20mm厚的圆盘中心掏10mm厚的空洞，在不大影响强度的前提下减少自重。

Claims (4)

1.多爪式空间可展结构，其特征在于由圆盘节点(1)、六榀剪式组合构件(2)和下部底盘组成，所述下部底盘包括滑槽导轨(4)、刚性连接环(5)和围合杆件(6)，其中：圆盘节点(1)位于中心，其四周对称布置有六榀剪式组合构件(2)，所述圆盘节点(1)与剪式组合构件(2)连接处通过螺栓连接，相邻的剪式组合构件(2)通过螺栓连接；所述剪式组合构件(2)由若干个剪式单元(9)铰接而成，所述剪式单元(9)由若干个三角形单元(8)组成，三角形单元(8)由三根杆件首尾相连连接组成，两个三角形单元(8)在钝角顶点相互铰接组成剪式单元(9)，三个剪式单元(9)上下连接组成一榀剪式组合构件(2)；每榀剪式组合构件(2)的端部安装有轮子，所述围合杆件(6)围合组成六边形结构，由六根系杆连接而成，围合杆件(6)围合组成的六边形结构中心处设有刚性连接环(5)，刚性连接环(5)与围合杆件(6)的六个角之间设有滑槽导轨(4)，所述滑槽导轨(4)与围合杆件(6)连接处通过长圆孔螺栓槽(3)用螺栓连接；所述轮子能在滑槽导轨(4)内来回移动；所述每榀剪式组合构件(2)在平面内可扩张或收缩，当以圆盘节点(1)为中心展开六榀剪式组合构件，便形成半球三维空间。

2.根据权利要求1所述的多爪式空间可展结构，其特征在于相邻的剪式组合构件(2)的中间节点通过预拉力钢丝绳(7)连接。

3.根据权利要求1所述的多爪式空间可展结构，其特征在于每榀剪式组合构件(2)的中间节点与相邻的围合杆件(6)中点通过预拉力钢丝绳(7)连接。

4.根据权利要求1所述的多爪式空间可展结构，其特征在于所述刚性连接环(5)为圆环结构。