CN104763053A - 一种可折叠展开的连杆-充气膜结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可折叠展开的连杆-充气膜结构，其特征在于：由充气膜、连杆机构和索套三部分组成，所述的索套包括两个端部套环和间隔的设置在两个端部套环之间的至少一个中间套环，所述的端部套环和所述的中间套环分别与所述的充气膜内表面固定连接，所述的连杆机构由n个四连杆机构通过n-1个销接节点相互连接而成，所述的四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆相互转动连接组成，所述的连杆长度均相同，其中第一个四连杆机构中的第一连杆、第二连杆的节点以及最后一个四连杆机构的第三连杆、第四连杆的节点分别与两个端部套环机械连接，另外的n-1个销接节点与中间套环机械连接。本发明提供的连杆-充气膜结构吸取了传统充气梁结构的优点，并大大提高了其刚度、稳定性及承载能力，可折叠并循环多次使用，经济效益好，在临时性建筑的应用中有巨大的潜力。

Description

一种可折叠展开的连杆-充气膜结构

技术领域

本发明涉及一种由充气膜、连杆机构、索套组成的连杆-充气膜结构，适用于一般永久性、临时性民用建筑及构筑物。

背景技术

近年来，工程师都在追求结构的轻型化，轻型结构也是可持续建筑结构发展中的重要环节。其中充气索膜结构是最新发展起来的一种轻型结构形式，它的主要材料是性能优良且重量轻的膜材，通过向膜材内充气达到由空气压力支撑膜面的效果，并可利用柔性钢索和刚性支撑结构将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度、覆盖较大跨度的空间结构体系。

从充气索膜结构中得到启示，如果将柔性的索替换成为刚性的杆件，且杆件又具有可折叠展开的功能，则既满足了可展结构移动性强、便于运输储存等优点，又具有膜结构轻型化、造型美观等特点。作为一种前景广阔的可折叠展开结构，它充分体现了建筑艺术与科学技术的完美结合，是用于临时性或者应急性建筑的最佳选择之一，也是绿色可持续建筑的最佳选择之一。

充气膜结构相对来说承载能力低，抗弯刚度很小，在轴向压力作用下，容易起皱或者整体屈曲。因此，需要为充气膜结构提供较大的内压，来获得一定的抗压和抗弯刚度。较大的内压作用下，充气膜内也将产生较大的拉应力，这对膜材的强度要求很高。在继承了充气膜结构优点的基础上，为弥补单一的充气膜结构力学性能的不足，本发明为充气膜结构加入刚性连杆机构与索套，从而提高结构的稳定性和承载能力。

发明内容

发明目的：为了制造出便于折叠展开轻型结构，该结构不仅能满足建筑使用的各项功能要求，还具有设计和施工方便等优点，在继承充气膜结构优点的基础上，使其拥有更好的稳定性及承载力，是临时性或紧急性结构的优选结构形式，也是可持续建筑结构发展的重要环节。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可折叠展开的连杆-充气膜结构，其特征在于：由充气膜、连杆机构和索套三部分组成，所述的索套包括两个端部套环和间隔的设置在两个端部套环之间的至少一个中间套环，所述的端部套环和所述的中间套环分别与所述的充气膜内表面固定连接，所述的连杆机构由n个四连杆机构通过n-1个销接节点相互连接而成，所述的四连杆机构由长度相同的第一连杆、第二连杆、第三连杆以及第四连杆依次首尾相互转动连接组成，相邻两四连杆机构的铰接节点位于前一个四连杆结构的第三连杆和第四连杆的铰接点和后一个四连杆机构的第一连杆和第二连杆的铰接点上，前一个四连杆机构的第三连杆和后一个四连杆机构的第一连杆形成一根杆件，前一个四连杆机构的第四连杆和后一个四连杆机构的第二连杆形成一根杆件，所述n个四连杆机构中的第一个四连杆机构中的第一连杆和第二连杆的铰接点以及最后一个四连杆机构的第三连杆和第四连杆的铰接点分别连接在两个端部套环上，在每个所述的中间套环上间隔的连接一个所述的销接节点，所述端部套环与中间套环之间以及中间套环与中间套环之间的销接节点分别与充气膜机械连接。

所述的端部套环和中间套环均由四个1/4圆环形连杆组成，这四个圆环形连杆通过销轴连接组成一个四连杆机构，各连杆均可绕销轴转动，所述的1/4圆环形连杆中部沿厚度方向都有一个栓孔，通过螺杆与连杆机构销接连接。

每一个索套间均设有不少于于一个四连杆机构，充气膜充气工作状态下，每个四连杆机构的第一连杆和第四连杆以及第二连杆和第三连杆夹角180度，处于平直状态且平行于充气膜轴线。

所述的充气膜是由两种类型的曲面膜构成的，其中，中间部分为圆柱形膜片，两端由半球冠形膜片封口，连接成为一个整体；圆柱形膜片和球冠形膜片之间用热融合、缝合或机械连接，所述曲面膜的材料是由高强度的织物基材和聚合物涂层构成的复合材料。

所述的索套与充气膜之间以熔融、粘接或缝合方式连接。

本发明一种可折叠展开的连杆-充气膜结构，由充气膜、连杆机构、索套三部分组成，连杆机构连接于索套，索套连接于充气膜，三者协同工作，共同组成了一种可折叠展开的连杆-充气膜结构。索套是充气膜与连杆机构的连接件，与膜面之间以熔融状态或粘接方式或缝合方式连接，连杆机构与索套机械连接，索套对连杆机构起到了良好的固定作用，使其和充气膜形成良好的连接，二者协同工作，从而更好的传递法向力。连杆机构布置在充气膜中间部分圆柱形膜片的外表面，每个索套间设置不少于一个四连杆机构，其中第一个四连杆机构中的第一连杆、第二连杆的节点以及最后一个四连杆机构的第三连杆、第四连杆的节点分别与两个端部套环销接连接，另外的n-1个销接节点一部分与中间套环销接连接，另一部分与充气膜机械连接。

有益效果：本发明沿充气膜跨度方向设置索套，其与充气膜有良好的连接，因此可有效约束充气膜变形，充当其加劲肋，提高其局部稳定性；充气膜工作状态下，连杆机构合拢为一根平直的杆件，其自身具有较大的刚度，通过索套使其和充气膜形成良好的连接，从而增大了充气膜结构的刚度、整体稳定性及承载力；索套由四个1/4圆环形连杆通过销轴连接形成，而四连杆机构由四个连杆机构转动连接组成，故均可折叠回收，满足连杆-充气膜结构完全折叠展开状态的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为索套的示意图；

图3为环形四连杆的连接示意图；

图4为连杆机构的示意图；

图5为连杆机构与索套的连接示意图

图6为充气膜收拢后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种可折叠展开的连杆-充气膜结构和构造，由充气膜1与连杆机构2通过索套3连接而成。

所述充气膜1一共两部分，中间部分为圆柱形膜片，两端由球冠形膜片封口，这两种类型的曲面通过热融合、缝合或机械连接为一个整体。如图2所述的索套3是充气膜1与连杆机构2的连接件，与膜面之间以熔融状态或粘接方式或缝合方式连接，如图1所示，其中2个为端部套环布置在充气膜1中间部分的圆柱形膜片的两端，其它4个为中间套环沿充气膜跨度方向均匀分布；如图3中，索套3由四个1/4圆环形连杆9组成，这四个圆环形连杆9通过销轴10连接组成一个四连杆机构，且每个1/4圆环形连杆9的中部与连杆机构2中节点销接连接，每个套环间设置两个四连杆机构4，索套对连杆机构起到了良好的固定作用，使其和充气膜形成良好的连接，二者协同工作。如图1中，4根连杆机构2均匀的布置在充气膜1中间部分圆柱形膜片的外表面，其中第一个四连杆机构中的第一连杆5、第二连杆6的节点以及最后一个四连杆机构的第三连杆7、第四连杆8的节点分别与两个端部套环上的栓孔11通过螺杆12销接连接，如图5所示，另外的9个销接节点中，偶数节点与中间套环销接连接，奇数节点与充气膜机械连接。如图4中，所述连杆机构2由10个四连杆结构4通过9个销接节点连接而成，其处于折叠和充气膜工作时的中间状态开状态，所述四连杆机构4由第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7、第四连杆8相互转动连接组成，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构4的第三连杆7和另一个四连杆机构的第一连杆5形成一根杆件，与每个销接节点连接的两个四连杆机构4的第一四连杆机构的第四连杆8和另一个四连杆机构的第二连杆6形成一根杆件，所述的连杆长度均相同。图6为充气膜1放气后结构的折叠图，因四个连杆9在销轴连接处可转动，且四连杆机构4亦可折叠，满足了充气膜可折叠的要求，节约了空间，更便于存放和运输。

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。

Claims (5)

1.一种可折叠展开的连杆-充气膜结构，其特征在于：由充气膜(1)、连杆机构(2)和索套(3)三部分组成，所述的索套包括两个端部套环和间隔的设置在两个端部套环之间的至少一个中间套环，所述的端部套环和所述的中间套环分别与所述的充气膜内表面固定连接，所述的连杆机构(2)由n个四连杆机构(4)通过n-1个销接节点相互连接而成，所述的四连杆机构由长度相同的第一连杆(5)、第二连杆(6)、第三连杆(7)以及第四连杆(8)依次首尾相互转动连接组成，相邻两四连杆机构的铰接节点位于前一个四连杆结构的第三连杆和第四连杆的铰接点和后一个四连杆机构的第一连杆和第二连杆的铰接点上，前一个四连杆机构的第三连杆(7)和后一个四连杆机构的第一连杆(5)形成一根杆件，前一个四连杆机构的第四连杆(8)和后一个四连杆机构的第二连杆(6)形成一根杆件，所述n个四连杆机构中的第一个四连杆机构中的第一连杆和第二连杆的铰接点以及最后一个四连杆机构的第三连杆和第四连杆的铰接点分别连接在两个端部套环上，在每个所述的中间套环上间隔的连接一个所述的销接节点，所述端部套环与中间套环之间以及中间套环与中间套环之间的销接节点分别与充气膜机械连接。

2.根据权利要求1所述的连杆-充气膜结构，其特征在于：所述的端部套环和中间套环均由四个1/4圆环形连杆(9)组成，这四个圆环形连杆(9)通过销轴(10)连接组成一个四连杆机构，各连杆均可绕销轴转动，所述的1/4圆环形连杆中部沿厚度方向都有一个栓孔(11)，通过螺杆(12)与连杆机构销接连接。

3.根据权利要求2所述的连杆-充气膜结构，其特征在于：每个四连杆机构的第一连杆和第四连杆以及第二连杆和第三连杆在充气膜充气工作状态下的夹角为180度，此时四根连杆均平行于充气膜轴线。

4.根据权利要求1所述的连杆-充气膜结构，其特征在于：所述的充气膜(1)是由两种类型的曲面膜构成的，其中，中间部分为圆柱形膜片，两端由半球冠形膜片封口，连接成为一个整体；圆柱形膜片和球冠形膜片之间用热融合、缝合或机械连接，所述曲面膜的材料是由高强度的织物基材和聚合物涂层构成的复合材料。

5.根据权利要求1所述的连杆-充气膜结构，其特征在于：所述的索套(3)与充气膜之间以熔融、粘接或缝合方式连接。