CN104895232A - 一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架，该径向伸缩网架在开合平面上形成相互连接的菱形单元，在所述霍伯曼径向伸缩网架的开合平面上形成由以中心节点为起点并延圆周方向布置的区域单元，在每个区域单元上设置有开合膜单元，该开合膜单元包括竖杆以及膜片，竖杆位于所述区域中心线上的每一个内部节点和该区域的两个端部节点上，膜片上端固定在竖杆上端且膜片的下端与该区域的剩余节点固连。本发明将刚性网架与柔性膜材相结合，使得屋盖的自由开合没有受到限制，且屋盖可以作为上部承重结构承担一定的竖向荷载。使得网架伸缩自由，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。

Description

一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖
技术领域
本发明涉及一种开合屋盖体系,尤其是一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖。
背景技术
在过去的几十年中，各国学者们提出了许多大跨度开合屋盖结构体系的概念，其中一些已经在网球场馆、游泳场馆和田径场馆等大型体育场馆的开合屋盖中得到应用。
美国工程师霍伯曼(Hoberman)从上世纪80年代后期开始致力于开合结构的研究与设计，主要偏重于开合结构的应用。Hoberman在他的专利中提出了一种由Hoberman单元构成的径向伸缩网架。Hoberman单元是由相等的两段弯折的角梁单元通过剪式铰在中部连接而成，当两个角梁单元绕着中间的剪式铰转动的时候，梁端的夹角始终保持不变。利用这个性质可以在环向复制多个折杆剪式单元，从而形成闭合环形连杆机构。两折杆网格可以沿径向扩展为多折杆网，其运动特性将保持不变，就得到了霍伯曼径向伸缩网架。
然而，由于霍伯曼网架在尺度上一个方向增大一个方向减小，由于膜结构自身的特性，要求膜结构在屋盖打开过程中只能面积缩小而不能增大，这就给此类屋盖的上部膜结构设计构成了一定的困难。
发明内容
为了解决霍伯曼径向伸缩网架上部膜结构设计的困哪，本发明提供了一种网架结构和膜结构同步自由伸缩且不干涉的径向开合膜屋盖，该屋盖不仅能实现径向与环向的自由伸缩，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:
一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架，该径向伸缩网架在开合平面上形成相互连接的菱形单元，其特征在于：在所述霍伯曼径向伸缩网架的开合平面上形成由以中心节点为起点并延圆周方向布置的区域单元，该区域单元由最内侧菱形单元与中心节点相交的两个边及这两个边在径向方向的延长线围合而成，在每个区域单元上设置有开合膜单元，该开合膜单元包括竖杆以及膜片，所述竖杆位于所述区域中心线上的每一个内部节点和该区域的两个端部节点上，所述膜片上端固定在所述竖杆上端且膜片的下端与该区域的剩余节点固连。
所述开合膜单元由子膜单元构成，每个子膜单元包括一根竖杆及固定在该竖杆的子膜片。
所述竖杆均为直杆。
所述竖杆的长度均相同。
当屋盖处于闭合状态时，膜片处于张紧状态，承受外界及结构自身的荷载；当屋盖逐渐打开时，网架收缩折叠，菱形单元环向节点向远离形心的方向运动。易知，在网架折叠的过程中，每部分膜片的面积减小，发生褶皱，使得屋盖的自由开合没有受到限制，且屋盖可以作为上部承重结构承担一定的竖向荷载。
本发明的有益效果是，本发明由霍伯曼径向伸缩网架进行伸缩，实现屋盖的开合，并通过其上具有上部竖杆的开合膜结构使得结构自重较轻，开合灵活，结构构造简单，设计和施工方便，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是单个区域膜单元与网架的连接示意图。
图3是图2网架结构运动过程示意图。
图4是菱形子膜单元一结构示意图。
图5是菱形子膜单元二结构示意图。
图6是半菱形子膜单元结构示意图。
1、霍伯曼径向伸缩网架，2、区域单元，3、开合膜单元。
具体实施方式
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，一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架1，霍伯曼径向伸缩网架1延中心节点的圆周方向被分割成不用的区域单元2，在每个区域单元2上部附着有由若干个相似的开合膜单元3构成的膜结构。模结构包括竖杆以及膜片，竖杆位于区域单元2中心线上的每一个内部节点（B）和该区域的两个端部节点(A和C)上，膜片上端固定在竖杆上端且膜片的下端与该区域的剩余节点（O、E、D、F、H和G）固连。
美国工程师Hoberman对传统剪式单元进行改进，提出了折杆剪式单元，它是由相等的两根弯折角梁单元通过销接节点在中部连接，当两个角梁单元绕着中间的销接节点转动时，梁端部节点连线的夹角保持不变。由于该单元在运动过程中端部节点连线夹角保持不变的这一特性，将两折杆网格可以沿径向扩展为多折杆，并在环向复制多个折杆剪式单元，其运动特性将保持不变，这就形成了所述的霍博曼径向伸缩网架（详见US Patent 5，024，031，1991年，径向伸缩网架结构Radial expansion/retraction truss structure [P].）。如图1-3所示，本实施例中屋盖网架每根多连杆为5折杆。
如图2为本发明整体网架与单个开合膜单元区域的俯视图。霍伯曼径向伸缩网架按几何规律划分成为若干个相类似的菱形单元，每个菱形单元包括两个径向销接节点和两个环向销接节点。如图2-3所示，开合膜单元3由若干个相类似的完整菱形单元与若干个半菱形单元组成，完整菱形单元为径向对角线在同一半径（OB所在半径）上的所有菱形单元。半菱形单元为关于半径所在直线对称的并与之距离最近的若干个半菱形单元。由内向外侧每隔一个完整菱形单元在其外径向节点B上设置一根竖杆，同时在最外圈节点（A、C）设置竖杆。单元区域上部设置膜材，膜材除上部固定在竖杆的几个上端点之外，在下部与单元区域的其他节点(D、E、F、G、H、O)均固结。本例中，单元区域包括2个完整的菱形单元与四个半菱形单元，设置有3根竖杆，分别在节点A、B、C位置。
整体屋盖在各区域边缘处膜材平滑过渡连接。
图3为霍伯曼网架部分开启状态示意图，当网架径向开启时，所述菱形单元发生刚体运动，其中环向节点向远离菱形单元形心的方向运动，径向节点向靠近菱形单元形心的方向运动。
如图4-6为子膜单元的结构示意图，包括由节点O、E、B和F形成的菱形子膜单元一、由节点H、D、B和G形成的菱形子膜单元二和由节点D、E、B、F和G形成的半菱形子膜单元。其中11、21、31为各子膜单元上覆膜片，10、20、30为各子膜单元中的竖杆。
当屋盖处于闭合状态时，膜材处于张紧状态，承受外界及结构自身的荷载；当屋盖逐渐打开时，网架收缩折叠，各菱形单元的环向节点向远离形心的方向运动。易知，在网架折叠的过程中，每部分膜材的面积减小，发生褶皱，使得屋盖的自由开合没有受到限制，且屋盖可以作为上部承重结构承担一定的竖向荷载。

Claims (4)

1.一种具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架，该径向伸缩网架在开合平面上形成相互连接的菱形单元，其特征在于：在所述霍伯曼径向伸缩网架的开合平面上形成由以中心节点为起点并延圆周方向布置的区域单元，该区域单元由最内侧菱形单元与中心节点相交的两个边及这两个边在径向方向的延长线围合而成，在每个区域单元上设置有开合膜单元，该开合膜单元包括竖杆以及膜片，所述竖杆位于所述区域中心线上的每一个内部节点和该区域的两个端部节点上，所述膜片上端固定在所述竖杆上端且膜片的下端与该区域的剩余节点固连。
2.根据权利要求1所述的具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，其特征在于：每个子膜单元包括一根竖杆及固定在该竖杆的子膜片。
3.根据权利要求1或2所述的具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，其特征在于：所述竖杆均为直杆。
4.根据权利要求1或2所述的具有上部竖杆的径向开合膜屋盖，其特征在于：所述竖杆的长度均相同。
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