CN107701909A - 可拼接结构单元、可拼接结构单元的组合 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可拼接结构单元设计技术领域，公开了一种可拼接结构单元、可拼接结构单元的组合，单元包括第一刚性杆、第二刚性杆、柔性支撑件和第一球形接头；第二刚性杆为两根，通过第一球形接头连接并形成锐角结构，第一刚性杆通过柔性支撑件悬设在两根第二刚性杆之间，第一刚性杆垂直穿过第二刚性杆所在的平面。本发明提供的可拼接结构单元，通过柔性支撑件的微形变，保证可拼接结构单元在承重过程中的高强度和完整性；各杆件之间可实现高度拆解或拼合，安装或拆解的过程简单易操作，既方便各构件实现批量加工和储运，又能提高安装效率，节省时间和人工成本，有效减轻结构单元的自重；组合的整体的空间适应性更强，组装应用更灵活。
Description
技术领域
本发明涉及可拼接结构单元设计领域，特别是涉及一种可拼接结构单元、可拼接结构单元的组合。
背景技术
在设计领域的进步历程中，结构设计的创新与结构形式的突破发挥了极其重要的作用，而且这种作用是不可替代甚至可以说是核心的。在建筑和装置设计中，结构的创新更是催生出一系列新的建筑形式、建筑类型、结构装置。近年来，结构的创新发展总体上呈现追求轻型、可变、单元化的趋势。
现有的结构装置或结构墙体要么是整体式结构，要么通过单元结构拼接而成。整体式结构往往尺寸大，自重高，不能进行拼接组合，一但建成结构难以更新，既浪费材料，又不便于安装和运输。现有的单元式结构往往均通过刚性杆件搭建单元整体框架，杆件数量多、单元构造复杂、拼接组合过程繁琐，灵活性和适用性都较差，且拆解程度不高，不便于运输和储存。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种可拼接结构单元、可拼接结构单元的组合，以解决现有技术中结构单元构造复杂、拼接组合不方便的缺陷。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可拼接结构单元，包括：第一刚性杆、第二刚性杆、柔性支撑件和第一球形接头；
所述第二刚性杆为两根，通过所述第一球形接头连接并形成锐角结构，所述第一刚性杆通过所述柔性支撑件悬设在两根所述第二刚性杆之间，所述第一刚性杆垂直穿过所述第二刚性杆所在的平面。
其中，所述柔性支撑件包括两根第一柔性支撑杆，所述第一柔性支撑杆为杆状，一端固定连接在所述第一球形接头上，另一端固定连接在所述第一刚性杆的端部，所述第一柔性支撑杆和所述第一刚性杆形成等腰三角状。
其中，所述柔性支撑件还包括两个第二柔性支撑杆，所述第二柔性支撑杆为端部带延长杆的三角形结构，所述延长杆用于与所述第一刚性杆和所述第二刚性杆实现固定连接，以使所述第一刚性杆固定穿过所述第二刚性杆所在的平面。
其中，所述第二柔性支撑杆包括三个异形杆，每个所述异形杆包括位于中部的直杆段和处于两端且与所述直杆段呈一定角度的折弯段，三个所述异形杆的直杆段首尾依次固定连接形成正三角形，连接于所述正三角形同一顶点的所述折弯段相固定并形成所述延长杆。
其中，所述柔性支撑件与所述的第一刚性杆、第二刚性杆和第一球形接头的连接方式为插接。
其中，所述第一球形接头上设置有两个插接所述第二刚性杆的第一插接口，和两个插接所述第一柔性支撑杆的第一卡槽，所述第一卡槽位于所述第一插接口所在平面的两侧。
其中，两个所述第一插接口的夹角呈60°，两个所述第一卡槽的夹角呈90°。
其中，还包括第二球形接头，所述第二球形接头上设置有一个用于插接所述第一刚性杆或所述第二刚性杆的第二插接口。
本发明提供还提供一种可拼接结构单元的组合，包括多个如上所述的可拼接结构单元，多个所述可拼接结构单元之间通过第三球形接头依次连接以形成排架；
所述第三球形接头上设有两个第三插接口，所述第三插接口用于插接相邻的两个所述可拼接结构单元中的所述第二刚性杆，两个所述第三插接口的夹角呈60°。
本发明提供还提供另一种可拼接结构单元的组合，包括多排所述排架、多个第四球形接头和多个第五球形接头，所述第四球形接头用于替换所述可拼接结构单元中的第一球形接头，以同时连接相邻两排所述排架中的四根所述第二刚性杆；所述第五球形接头上设有两个第五连接口，所述第五连接口用于连接相邻两排所述排架中的两根所述第二刚性杆，两个所述第五连接口呈90°。
(三)有益效果
本发明提供的可拼接结构单元，同时采用了刚性杆和柔性支撑件，首先通过第一球形接头将两根第二刚性杆连接使其呈锐角状态，然后通过柔性支撑件将第一刚性杆悬空固定在两根第二刚性杆之间，使其形成稳定的空间结构。刚性杆和柔性支撑件的配合使用，使得整体的可拼接结构单元能够在承受外力的过程中，通过柔性支撑件的微形变，实现自身结构的力学稳定，并借助三角形的稳定性原理，保证可拼接结构单元在承重过程中的高强度和完整性；本发明中的可拼接结构单元，各杆件之间可实现高度拆解或拼合，需要搭建框架时能方便快捷地组装为一体结构，需要拆卸时能方便快捷地将一体结构拆解为单独的杆件，安装或拆解的过程简单易操作，既方便各构件实现批量加工和储运，又能提高安装效率，节省时间和人工成本；此外，该结构单元可采用轻质有机材料，能有效减轻结构单元的自重，进而减轻应用其进行基础架构的各装置的重量。本发明提供的可拼接结构单元的组合，通过采用多接口的球形接头将可拼接结构单元连接为单层排架结构，或连接为多层排架结构以形成结构式装置或结构式墙体，结构式装置或结构式墙体的大小可以根据实际需求进行拼装，使其整体的空间适应性更强，组装应用更灵活。
附图说明
图1为本发明实施例中可拼接结构单元的第一刚性杆的结构示意图；
图2为本发明实施例中可拼接结构单元的第一柔性支撑杆的结构示意图；
图3为本发明实施例中可拼接结构单元的异形杆的结构示意图；
图4为本发明实施例中可拼接结构单元的第二柔性支撑杆的结构示意图；
图5为本发明实施例中可拼接结构单元的第一球形接头的示意图；
图6为本发明实施例中可拼接结构单元的刚性杆定位示意图；
图7为本发明实施例中可拼接结构单元的柔性支撑件和刚性杆位置结构示意图；
图8为图7的分解结构示意图；
图9为图7平置时的结构示意图；
图10为本发明实施例中可拼接结构单元的组合的示意图之一；
图11为本发明实施例中可拼接结构单元的组合的示意图之二；
图中，1、第一刚性杆；101、第二卡槽；2、第二刚性杆；3、第二柔性支撑杆；30、异形杆；301、直杆段；302、折弯段；3021、第二卡口；31、正三角形；32、延长杆；4、第一柔性支撑杆；401、第一卡口；5、第二球形接头；6、第一球形接头；7、第三球形接头；8、第五球形接头；9、第四球形接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例中可拼接结构单元的第一刚性杆的结构示意图；图2为本发明实施例中可拼接结构单元的第一柔性支撑杆的结构示意图；图3为本发明实施例中可拼接结构单元的异形杆的结构示意图；图4为本发明实施例中可拼接结构单元的第二柔性支撑杆的结构示意图；图5为本发明实施例中可拼接结构单元的第一球形接头的示意图；图6为本发明实施例中可拼接结构单元的刚性杆定位示意图；图7为本发明实施例中可拼接结构单元的柔性支撑件和刚性杆位置结构示意图；图8为图7的分解结构示意图；图9为图7平置时的结构示意图；图10为本发明实施例中可拼接结构单元的组合的示意图之一；图11为本发明实施例中可拼接结构单元的组合的示意图之二。
实施例1
本发明实施例提供的可拼接结构单元，包括：第一刚性杆1、第二刚性杆2、柔性支撑件和第一球形接头6。
第二刚性杆2为两根，通过第一球形接头6连接并形成锐角结构，第一刚性杆1通过柔性支撑件悬设在两根第二刚性杆2之间，第一刚性杆1垂直穿过第二刚性杆2所在的平面。
具体地，参照图1-图9。本实施例中，第一刚性杆1和第二刚性杆2均为圆杆状结构。如图1中所示，第一刚性杆1的两端均设置有插接柔性支撑件的第二卡槽101，一端分别设置有两个第二卡槽101，即同一根第一刚性杆1上设置有四个第二卡槽101。第二刚性杆2上也设置有插接柔性支撑件的第二卡槽101，与第一刚性杆1相比，第二刚性杆2上的卡槽只位于一端，且为两个，另一端不设置卡槽。
柔性支撑件的作用是连接第一刚性杆1和第二刚性杆2。第二刚性杆2为两根，通过如图5中所示的第一球形接头6连接，以使两根第二刚性杆2呈锐角结构，而第一刚性杆1通过柔性支撑件悬设在两根第二刚性杆2呈形成的锐角结构内，即位于第二刚性杆2形成的三角边的内部，且第一刚性杆1垂直穿过第二刚性杆2所在的平面。
本实施例中的柔性支撑件包括两根如图2中所示的第一柔性支撑杆4。如图2中所示，第一柔性支撑杆4为杆状，两端设置两个第一卡口401，用于实现与第一球形接头6和第一刚性杆1的固定。通过一个第一卡口401将第一柔性支撑杆4插接固定在第一球形接头6上，通过另一个第一卡口401将第一柔性支撑杆4插接固定在第一刚性杆1的一端，另一个第一柔性支撑杆4的连接方式相同，最后，第一柔性支撑杆4和第一刚性杆1形成以两个第一柔性支撑杆4为腰的等腰三角状。
本实施例中的柔性支撑件还包括两个如图4中所示的第二柔性支撑杆3。如图4中所示，本实施例中，第二柔性支撑杆3为端部带延长杆32的三角形结构，每个延长杆32所在直线均为该三角形结构的对称轴，延长杆32用于与第一刚性杆1和第二刚性杆2实现固定连接，以使所述第一刚性杆1固定穿过所述第二刚性杆2所在的平面。优选地，第二柔性支撑杆3包括三个异形杆30，如图3中所示，每个异形杆30包括位于中部的直杆段301和处于两端且与直杆段301呈一定角度的折弯段302，折弯角度为150°，折弯段上设有第二卡口3021，用于与第一刚性杆或第二刚性杆实现卡接。使用时，每三根异形杆30作为一组，三个异形杆30的直杆段301首尾依次固定连接形成正三角形31连接于正三角形同一顶点的折弯段相固定，例如通过并通过捆绑或粘结将折弯段302固定以形成延长杆32，异形杆30组装后的结构如图4中所示。
优选地，柔性支撑件与第一刚性杆1、第二刚性杆2和第一球形接头6的连接方式为插接，通过在各杆的相应位置设置卡槽或卡口，以实现各杆之间的快速固定。
如图5中所示，第一球形接头6上设置有两个插接第二刚性杆2的第一插接口，和两个插接第一柔性支撑杆4的第一卡槽，第一卡槽位于第一插接口所在平面的两侧。其中，两个第一插接口的夹角呈60°，两个第一卡槽的夹角呈90°。
本实施例提供的可拼接结构单元的安装过程如下：
首先将六根异形杆30分为两组，每三条一组，通过绑带绑结为两个带延长杆32的第二柔性支撑杆3。
将如图6中所示的CD、CE两根第二刚性杆2插接在具有两个第一插接口的第一球形接头6上，以形成一个锐角结构，此时插接口不压紧。
将如图7中所示的两根第一柔性支撑杆4分别插接在具有两个第一卡槽位的第一球形接头6上，然后先将第一刚性杆1置于穿过第二刚性杆2形成的平面的位置处，将一个第一柔性支撑杆4的一端插接在第一刚性杆1的第一卡口401中，将另一个第一柔性支撑杆4的一端插接在该第一刚性杆1的另一个第一卡口401中，实现第一刚性杆1的初步固定，此时的第一柔性支撑杆4和第一刚性杆1形成以两个第一柔性支撑杆4为腰的等腰三角状。
安装好第一柔性支撑杆4后，开始安装第二柔性支撑杆3。将第二柔性支撑杆3的两个延长杆32分别插接在两个第二刚性杆2的端部以实现两个第二刚性杆2的定位，再将剩下的一个延长杆32插入第一刚性杆1的一端，形成如图9中所示的ADE三角形稳定结构，同理将另一个第二柔性支撑杆3安装好以形成BDE三角形稳定结构。
最后，将第一球形接头6和各杆之间插接处压紧，保证可拼接结构单元的结构稳定。安装的爆炸结构图如图8中所示。
优选地，本实施例中还包括第二球形接头5，第二球形接头5上设置有一个用于插接第一刚性杆1或第二刚性杆2的第二插接口，将第二球形接头5安装在第一刚性杆1两端，以压紧其上插接的柔性杆，进一步保证可拼接结构单元的稳定性，同时还能起到防止杆的端部的磨损，以及防止划伤人体的作用。
本发明提供的可拼接结构单元，同时采用了刚性杆和柔性支撑件，首先通过第一球形接头6将两根第二刚性杆2连接使其呈锐角状态，然后通过柔性支撑件将第一刚性杆1悬空固定在两根第二刚性杆2之间，使其形成稳定的空间结构。刚性杆和柔性支撑件的配合使用，使得整体的可拼接结构单元能够在承受外力的过程中，通过柔性支撑件的微形变，实现自身结构的力学稳定，并借助三角形的稳定性原理，保证可拼接结构单元在承重过程中的高强度和完整性；本发明中的可拼接结构单元，各杆件之间可实现高度拆解或拼合，需要搭建框架时能方便快捷地组装为一体结构，需要拆卸时能方便快捷地将一体结构拆解为单独的杆件，安装或拆解的过程简单易操作，既方便各构件实现批量加工和储运，又能提高安装效率，节省时间和人工成本；此外，该结构单元可采用轻质有机材料，能有效减轻结构单元的自重，进而减轻应用其进行基础架构的各装置的重量。
实施例2
本发明实施例提供一种可拼接结构单元的组合，该组合包括多个如实施例1中所述的可拼接结构单元，多个可拼接结构单元之间通过第三球形接头7依次连接以形成排架。如图10中所示，只示出了两个可拼接结构单元的连接方式，通过该方式得到排架所需的长度。
第三球形接头7的尺寸与第一球形接头6一致，第三球形接头7上设有两个第三插接口，第三插接口用于插接相邻的两个可拼接结构单元中的第二刚性杆2，两个第三插接口的夹角呈60°。
本实施例中的可拼接结构单元可实现水平方向拼接或竖直方向拼接。以水平方向拼接为例，一个可拼接结构单元作为基础单元，先将该可拼接结构单元稳定放置，保证BDE端点形成的三角平面着地，如图9中所示，然后将D、E两端的第二球形接头5换成具有第三插接口的第三球形接头7，连接下一个可拼接结构单元的第二刚性杆2，形成排架。图中，相同结构用字母加上标的形式标示，如图10中所示。
实施例3
本实施例提供的可拼接结构单元的组合，能实现可拼接结构单元竖直方向上的延伸。该组合包括多个可拼接结构单元、多个第四球形接头9、多个第五球形接头8和多个第三球形接头7。组装可拼接结构单元时，直接用第四球形接头9代替第一球形接头6，用第五球形接头8代替第二球形接头5。其中，第四球形接头9上有4个接口。安装时，两个可拼接结构单元为一组，其中一个是通过将另一个顺时针或逆时针旋转180°，然后将4根第二刚性杆2均通过第四球形接头9固定，将两根第一刚性杆1通过第五球形接头8固定，组与组之间通过第三球形接头7固定。
实施例4
本实施例提供的可拼接结构单元的组合，能实现可拼接结构单元竖直方向上的延伸。在实施例3的基础上，将竖向的组合通过球形接头实现横向延伸，进而形成结构墙体。该组合包括多排实施例2中的排架、多个第四球形接头9和多个第五球形接头8，第四球形接头9用于替换第一球形接头6，以同时连接相邻两排排架中的四根第二刚性杆2，两排排架通过顺时针或逆时针旋转获得。第五球形接头8上设有两个第五连接口，第五连接口用于连接相邻两排排架中的两根第二刚性杆2，两个所述第五连接口呈90°。
需要注意的是，结构单元如图9所示的放置形式时，刚性杆的尺寸需要满足C、A两点距离水平面的距离相等。构造好所需框架后，再进行填充；也可以先构造框架，之后在表面覆盖面材，实现制造结构幕墙的目的。结构单元可采用轻质有机材料，如聚碳酸酯杆件，FRP(纤维增强复合材料；Fiber Reinforced Polymer/Plastic)杆件，碳纤维杆件等，以有效减轻自重。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可拼接结构单元，其特征在于，包括：第一刚性杆、第二刚性杆、柔性支撑件和第一球形接头；
所述第二刚性杆为两根，通过所述第一球形接头连接并形成锐角结构，所述第一刚性杆通过所述柔性支撑件悬设在两根所述第二刚性杆之间，所述第一刚性杆垂直穿过所述第二刚性杆所在的平面。
2.如权利要求1所述的可拼接结构单元，其特征在于，所述柔性支撑件包括两根第一柔性支撑杆，所述第一柔性支撑杆为杆状，一端固定连接在所述第一球形接头上，另一端固定连接在所述第一刚性杆的端部，以使所述第一柔性支撑杆和所述第一刚性杆形成等腰三角状。
3.如权利要求2所述的可拼接结构单元，其特征在于，所述柔性支撑件还包括两个第二柔性支撑杆，所述第二柔性支撑杆为端部带延长杆的三角形结构，所述延长杆用于与所述第一刚性杆和所述第二刚性杆实现固定连接，以使所述第一刚性杆固定穿过所述第二刚性杆所在的平面。
4.如权利要求3所述的可拼接结构单元，其特征在于，所述第二柔性支撑杆包括三个异形杆，每个所述异形杆包括位于中部的直杆段和处于两端且与所述直杆段呈一定角度的折弯段，三个所述异形杆的直杆段首尾依次固定连接形成正三角形，连接于所述正三角形同一顶点的所述折弯段相固定并形成所述延长杆。
5.如权利要求4所述的可拼接结构单元，其特征在于，所述柔性支撑件与所述的第一刚性杆、第二刚性杆和第一球形接头的连接方式为插接。
6.如权利要求5所述的可拼接结构单元，其特征在于，所述第一球形接头上设置有两个插接所述第二刚性杆的第一插接口，和两个插接所述第一柔性支撑杆的第一卡槽，所述第一卡槽位于所述第一插接口所在平面的两侧。
7.如权利要求6所述的可拼接结构单元，其特征在于，两个所述第一插接口的夹角呈60°，两个所述第一卡槽的夹角呈90°。
8.如权利要求7所述的可拼接结构单元，其特征在于，还包括第二球形接头，所述第二球形接头上设置有一个用于插接所述第一刚性杆或所述第二刚性杆的第二插接口。
9.一种可拼接结构单元的组合，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一项所述的可拼接结构单元，多个所述可拼接结构单元之间通过第三球形接头依次连接以形成排架；
所述第三球形接头上设有两个第三插接口，所述第三插接口用于插接相邻的两个所述可拼接结构单元中的所述第二刚性杆，两个所述第三插接口的夹角呈60°。
10.如权利要求9所述的可拼接结构单元的组合，其特征在于，包括多排所述排架、多个第四球形接头和多个第五球形接头，所述第四球形接头用于替换所述可拼接结构单元中的第一球形接头，以同时连接相邻两排所述排架中的四根所述第二刚性杆；所述第五球形接头上设有两个第五连接口，所述第五连接口用于连接相邻两排所述排架中的两根所述第二刚性杆，两个所述第五连接口呈90°。
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- 2017-10-31 CN CN201711043072.4A patent/CN107701909B/zh active Active
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