CN105756192A - 一种可折叠柱面网壳结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可折叠柱面网壳结构，由多榀折叠拱单元连接构成，所述每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，四个正向折杆剪式单元依次首尾通过端部节点连接成环状，四个折杆剪式单元的中间节点位于同一平面内，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，反向折叠剪式单元的端部节点连接在所述每榀折叠拱单元沿结构长度方向上的正向折叠剪式单元的端部节点上。与现有结构相比，本发明不仅可以实现结构根据需要开合，开合过程方便，且折杆剪式单元尺寸统一制造方便，结构稳固性好。

Description

一种可折叠柱面网壳结构
技术领域
本发明涉及一种柱面网壳结构，特别是一种由折杆剪式单元正反相连构成的可折叠柱面网壳结构。
背景技术
折叠网壳结构顶符合当代建筑理念，是大跨空间结构的一个主要发展趋势，它越来越受到人们的青睐。折叠网壳结构因其具有工期短、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。但其在大跨结构中使用较少，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。
发明内容
本发明所要解决得技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、施工方便、成本低且受力性好的可折叠柱面网壳结构，能较好地满足临时性建筑方便搭建和移动及大跨度建筑对折叠功能的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可折叠柱面网壳结构，由多榀折叠拱单元连接构成，其特征在于：所述每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，n为≥2的自然数，所述四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，所述正向折杆剪式单元由两根折杆及位于两根折杆中部的中间节点组成，所述正向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角大于下端的夹角，四个正向折杆剪式单元依次首尾通过端部节点连接成环状，四个折杆剪式单元的中间节点位于同一平面内，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，所述反向折杆剪式单元也由两根折杆及位于两根折杆中部的中间节点组成，所述反向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角小于下端的夹角，反向折叠剪式单元的端部节点连接在所述每榀折叠拱单元沿结构长度方向上的正向折叠剪式单元的端部节点上。
所述折杆在中间节点两侧的长度相等。
所述折杆为平面杆件或空间结构的杆件。
所述折杆的折角在90°～160°。
本发明的有益效果是：本发明由折杆折杆剪式单元正反连接组成，实现了折叠柱面网壳体系的开启和闭合；在开合过程中，机构之间是运动相容的，不会产生额外的内力，其受力性能优越；而且本发明的折叠穹顶机构为单自由度体系，减小了驱动装置的数量；采用偏心杆件，可以避免运动过程中尤其是折叠状态相邻构件的碰撞，增大了机构的运动行程，从而提高了折叠穹顶的收缩率；另外，由于本发明构成的构件数远少于一般的折叠网格结构，因此给人们一种简洁明快的效果，克服了网格结构感观上杆件繁多凌乱的缺点；而且其构造合理、设计和施工简单。
附图说明
图1为折杆剪式单示意图；
图2为折杆剪式单元间连接节点示意图；
图3为基本四棱锥单元运动界线示意图；
图4为基本四棱锥单元示意图；
图5为折叠拱单元示意图；
图6为折杆剪式单元正反相连示意图；
图7为折叠柱面网壳机构完全展开示意图；
图8折叠柱面网壳机构完全折叠示意图；
图9折叠柱面网壳机构半折叠示意图。
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，本发明的基本单元是折杆剪式单元。每个折杆剪式单元由两根折杆3的组成，弯折处在折杆3中点，折杆剪式单元的两根折杆3在弯折处销接连接，折杆3的两端与节点2销接连接。折杆3在折弯处的两端可以是在一个平面内的平面杆件，也可是两端不在一个平面内的空间杆件。
四个折叠展开运动方向相同的折杆剪式单元1通过节点2环向相连组成一个可折叠展开的四棱锥单元4，如图4所示。如图3所示一个折杆剪式单元内两根折杆3中间销接点同侧两个杆端点连线即为单元运动界线，两条连线交于一点，同一个折叠拱单元5内所有折杆3端点的运动轨迹连线均交于这一点。固定端部任意一个折杆剪式单元1，就形成了单自由度体系，可实现整体展开和折叠。确定结构跨度后为避免几何不相容折杆3尺寸都通过做辅助线来确定。一个四棱锥单元4可认为是以一个折杆剪式单元1为对象，该折杆剪式单元1折叠展开运动中心为中心点环形阵列形成的。
n个这样的四棱锥单元首尾相连，沿跨度方向环绕半个圆周组成一榀折叠拱单元5，如图7所示。其中n为自然数n≥2。一个折杆剪式单元1内两根杆件3端点运动轨迹为端点连线所在两条同点出发的射线，同一个折叠拱单元内所有杆件1端点的运动轨迹连线交于一点。固定端部任意一个折杆剪式单元，就形成了单自由度体系，可实现整体展开和折叠。将任一折叠拱单元中节点A、B等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。
正向折杆剪式单元和一个反向折杆剪式单元相连示意如图6所示，沿结构长度方向，相邻折杆剪式单元运动方向相反。虚线为单元运动界线。每榀折叠拱单元间通过（n+1）个与折叠拱内基本折杆剪式单元运动方向相反的折杆剪式单元相连，就形成了可折叠柱面网壳5如图7、8、9所示，整个体系可实现单自由度折叠展开运动。与每个节点2相连的四个折杆剪式单元里有三组折杆剪式单元运动方向相同，一组折杆剪式单元运动方向与之相反。在垂直于四棱锥单元间连接面方向，折杆剪式单元一正一反相连。与一个折叠拱单元相同，柱面网壳体系也可以通过适当约束成为单自由度体系。固定折叠柱面网壳中任一折叠拱单元的端部任一折杆剪式单元，整个柱面网壳将变成单自由度体系。

Claims (5)

1.一种可折叠柱面网壳结构，由多榀折叠拱单元连接构成，其特征在于：所述每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，n为≥2的自然数，所述四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，所述正向折杆剪式单元由两根折杆及位于两根折杆中部的中间节点组成，所述正向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角大于下端的夹角，四个正向折杆剪式单元依次首尾通过端部节点连接成环状，四个折杆剪式单元的中间节点位于同一平面内，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，所述反向折杆剪式单元也由两根折杆及位于两根折杆中部的中间节点组成，所述反向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角小于下端的夹角，反向折叠剪式单元的端部节点连接在所述每榀折叠拱单元沿结构长度方向上的正向折叠剪式单元的端部节点上。
2.根据权利要求1所述的可折叠柱面网壳结构，其特征在于：所述折杆在中间节点两侧的长度相等。
3.根据权利要求1或2所述的可折叠柱面网壳结构，其特征在于：所述折杆为平面杆件。
4.根据权利要求1或2所述的可折叠柱面网壳结构，其特征在于：所述折杆为空间结构的杆件。
5.根据权利要求1所述的可折叠柱面网壳结构，其特征在于：折所述折杆的折角在90°～160°。
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