CN110409683B - 可开合建筑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可开合建筑结构体系，包括主体支撑结构、屋面结构和活动屋盖。其中，屋面结构设于主体支撑结构上，屋面结构包括环绕包围主体支撑结构的屋立面及盖合于屋立面的屋顶面，屋顶面上设有开口；活动屋盖设在屋面结构上，且活动屋盖由驱动组件驱动以打开或关闭开口。本发明主体支撑结构上加设了屋面结构，屋顶面和屋立面一体覆盖在主体支撑结构上，能够提升整体结构的水平及环向稳定性；屋面结构能够将活动屋盖动作时施加的不规则载荷均匀分散并被引导至地面，从而消除活动屋盖对下部支撑结构的影响，屋面结构或主体支撑结构不会轻易受到活动屋盖动作的影响发生晃动，提升了支撑稳定性；活动屋盖与屋面结构之间具有良好的协调一致性。

Description

可开合建筑结构

技术领域

本发明涉及建筑设计领域，特别是涉及可开合建筑结构。

背景技术

随着社会生活水平的提高，人们参与体育运动的意识越来越强，大型体育建筑和设施在城市中越来越常见。常规的体育场馆要么是全封闭的结构，要么是开放式结构，两者各有优缺点：全封闭的结构不受天气因素影响，然而其内部的空气质量及采光条件较差；开放式的场馆采光和透气性良好，但是容易受恶劣天气的影响。因此，具有可开闭屋盖功能的建筑结构应运而生，其具有可以视情况打开或关闭屋盖的功能，从而打破了传统的空间界限。

常规的可开闭屋盖为了保证有足够的强度，通常重量较大，给下部支撑结构带来很大的压力；同时大重量的可开闭屋盖自身较为笨重，开合活动的过程中与底部的支撑结构之间协调性不好，且开合动作时容易使底部的固定结构发生水平晃动，继而直接降低其支撑稳定性，具有一定的安全隐患。

发明内容

基于此，有必要针对支撑结构容易承受来自可开合屋盖较大压力且整体支撑稳定性较差的问题，提供一种改进的可开合建筑结构。

一种可开合建筑结构，包括：

主体支撑结构；

屋面结构，设于所述主体支撑结构上，所述屋面结构包括环绕包围所述主体支撑结构的屋立面及盖合于所述屋立面的屋顶面，所述屋立面与所述屋顶面形成弧形的具有菱形网格的一体式网壳结构，所述屋顶面上设有开口；及

活动屋盖，设在所述屋面结构上，且所述活动屋盖由驱动组件驱动以打开或关闭所述开口。

上述可开合建筑结构，至少具有以下有益的技术效果：

(1)主体支撑结构可以为上部的屋面结构和活动屋盖提供较高的承载力，对上部结构的支撑力较强。

(2)主体支撑结构上加设了屋面结构，屋面结构的屋顶面和屋立面形成一体式网壳结构覆盖在主体支撑结构上，能够提升整体结构的水平及环向的稳定性，其设置在活动屋盖下方，当活动屋盖执行开闭动作时会振动或晃动继而对其下部的结构施加不规则的载荷，此时屋面结构能够将不规则的载荷沿其弧形表面均匀分散并直接引导至地面，从而消除了活动屋盖的动载荷对下部支撑结构的影响，一体式网壳结构或主体支撑结构不会轻易受到活动屋盖动作的影响发生晃动，对活动屋盖支撑的稳定性更强，消除了安全隐患；菱形网格具有较强的抗形变能力，在承受载荷时能够抵抗形变，一体式网壳结构整体也便于制作，利用杆件重复拼接即可成型，缩短了工期。本实施例的活动屋盖刚好可以覆盖在屋面结构的开口上，与屋面结构之间具有良好的协调一致性。

(3)本实施例的建筑结构体系一体性好，按照本发明所描述的方式布置后可直接在建筑结构体系表面覆盖轻质防护材料即可开放使用。可根据实际需求灵活操作活动屋盖以打开或关闭开口，既能够保证采光和透气性，也不会受天气环境变化的影响，实用性强；在驱动组件的驱动作用下即可顺利打开，运营管理方便。

在其中一个实施例中，所述活动屋盖包括具有三角形网格的单层网壳结构。

在其中一个实施例中，所述单层网壳结构由铝合金制成，所述单层网壳结构周边设有钢构件。

在其中一个实施例中，所述开口为圆形，所述活动屋盖包括多个屋盖分体，所述屋盖分体包括连接端和活动端，所述连接端设在所述屋顶面上，所述各屋盖分体可在驱动组件的驱动下使屋盖分体的活动端绕连接端从开启位置转动至关闭位置从而盖合所述开口；在开启位置时，所述屋盖分体的活动端与屋顶面中心之间的距离L1等于所述屋盖分体的连接端与屋顶面中心之间的距离L2；所述屋盖分体从开启位置转动至关闭位置的过程中，所述屋盖分体的活动端与屋顶面中心之间的距离L1小于屋盖分体的连接端与屋顶面中心之间的距离L2且大于开口的半径R。

在其中一个实施例中，所述多个屋盖分体包括两个屋盖分体，所述屋盖分体从开启位置转动至关闭位置的过程中，所述两个屋盖分体在水平面的投影以屋顶面的顶端在水平面的投影点为中心点成对称设置；所述屋盖分体为由圆弧边和直边围成的弓形面，在开启位置时，所述屋盖分体的圆弧边的圆心与屋顶面的外缘的圆心重合。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括：

台车，设在所述屋盖分体朝向所述屋面结构的一侧表面，所述台车可带动所述屋盖分体以其连接端为圆心转动从而覆盖或打开所述开口；

轨道，设在所述屋面结构上，用于支撑和引导所述台车以所述屋盖分体的连接端为圆心、以所述台车与所述屋盖分体的连接端之间的距离为半径移动。

在其中一个实施例中，所述台车及与所述台车配合的所述轨道设有多组。

在其中一个实施例中，所述台车由步进电机驱动沿所述轨道移动。

在其中一个实施例中，所述主体支撑结构包括支撑杆、水平布置的受拉环、环绕设在所述受拉环外围的受压环及分布设置在所述受压环和所述受拉环之间以用于连接所述受压环与所述受拉环的索桁架，所述索桁架沿所述受压环的径向延伸。

在其中一个实施例中，所述索桁架有28榀，均分布在所述受压环和所述受拉环之间。

附图说明

图1为本发明一实施例的可开合建筑结构体系的装配示意图；

图2为图1的可开合建筑结构体系的活动屋盖完全打开的状态图；

图3为图2的可开合建筑结构体系的俯视示意图；

图4为图3的可开合建筑结构体系中的屋盖分体从开启位置转动至关闭位置的过程示意图；

图5为图3的可开合建筑结构体系中的屋盖分体移动至关闭位置盖合住开口的示意图。

图中：100、主体支撑结构，110、支撑杆，120、受拉环，130、受压环，140、索桁架，

200、屋面结构，201、一体式网壳结构，210、屋立面，220、屋顶面，221、开口，

300、活动屋盖，301、单层网壳结构，310、屋盖分体，311、连接端，312、活动端，

401、轨道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明一实施例中，提供一种可开合建筑结构，包括主体支撑结构100、屋面结构200和活动屋盖300。其中，屋面结构200设于主体支撑结构100上，屋面结构200包括环绕包围主体支撑结构100的屋立面210及盖合于屋立面210的屋顶面220，具体的，屋顶面220的边沿与屋立面210上边沿连接在一起，屋立面210与屋顶面220形成弧形的具有菱形网格的一体式网壳结构，屋顶面220上设有开口221。活动屋盖300设在屋面结构200上，且活动屋盖300由驱动组件驱动以打开或关闭开口221。

本实施例中，主体支撑结构100可以为上部的屋面结构200和活动屋盖300提供较高的承载力，对上部结构的支撑力较强。

主体支撑结构100上加设了屋面结构200，屋面结构200的屋顶面220和屋立面210形成一体式网壳结构覆盖在主体支撑结构100上，能够提升整体结构的水平及环向的稳定性，其设置在活动屋盖300下方，当活动屋盖300执行开闭动作时会振动或晃动继而对其下部的结构施加不规则的载荷，此时屋面结构200能够将不规则的载荷沿其弧形表面均匀分散并直接引导至地面，从而消除了活动屋盖300的动载荷对下部支撑结构的影响，一体式网壳结构201或主体支撑结构100不会轻易受到活动屋盖300动作的影响发生晃动，对活动屋盖300支撑的稳定性更强，消除了安全隐患；菱形网格具有较强的抗形变能力，在承受载荷时能够抵抗形变，一体式网壳结构201整体也便于制作，利用杆件重复拼接即可成型，缩短了工期。本实施例的活动屋盖300刚好可以覆盖在屋面结构200的开口221上，与屋面结构200之间具有良好的协调一致性。

本实施例的建筑结构体系一体性好，按照本发明所描述的方式布置后可直接在建筑结构体系表面覆盖轻质防护材料即可开放使用。可根据实际需求灵活操作活动屋盖300以打开或关闭开口221，既能够保证采光和透气性，也不会受天气环境变化的影响，实用性强；在驱动组件的驱动作用下即可顺利打开，运营管理方便。

继续参考图1，在一些实施例中，活动屋盖300包括具有三角形网格的单层网壳结构301。单层网壳结构301的三角形网格在力学上可以提供较高的支撑力，可以保证活动屋盖300自身具有足够的强度；同时单层网壳结构301能够减轻活动屋盖300的整体重量，对下部支撑结构的压力较小；由于单层网壳结构301较为轻巧，开合活动时对其下部结构的施加不规则载荷较小，减轻了屋面结构200承受的载荷强度，进一步降低了发生晃动的概率，对活动屋盖300的支撑稳定性更好。此外，单层网壳结构301的活动屋盖300与具有一体式网壳结构201的屋面结构200的造型也较为匹配，整体观感上较为协调，单层网壳结构301也便于成型制作，缩短了施工时间。

更优选的，单层网壳结构301由铝合金制成。铝合金材料具有强度高、重量轻便的特点，将其应用于制作单层网壳结构301的活动屋盖300能够在提升强度的同时降低对下部支撑结构的压力；单层网壳结构301的周边设有钢构件，钢构件可提升活动屋盖300的自身刚度，增强其抵抗变形的能力。

一些可开合屋盖的结构复杂，极容易出故障，无法平稳持久地运行。据此，参考图3-图5，在一些实施例中，开口221为圆形，活动屋盖300包括多个屋盖分体310，屋盖分体310包括连接端311和活动端312，连接端311和活动端312设在屋顶面220上，各屋盖分体310可在驱动组件的驱动下使屋盖分体的活动端312绕连接端311从开启位置沿屋顶面转动至关闭位置从而盖合开口221；在开启位置时，屋盖分体310的活动端312与屋顶面220中心之间的距离L1等于屋盖分体310的连接端311与屋顶面220中心之间的距离L2；屋盖分体310从开启位置转动至关闭位置的过程中，屋盖分体310的活动端312与屋顶面220中心之间的距离L1小于屋盖分体310的连接端311与屋顶面220中心之间的距离L2且大于开口221的半径R。具体地，可参考图4至图5，随着屋盖分体310的活动端312的转动，多个屋盖分体310可同步转动直至盖合开口221。

该实施例，屋盖分体310从开启位置转动至关闭位置的过程中，屋盖分体310的活动端312与屋顶面220中心之间的距离L1小于屋盖分体310的连接端311与屋顶面220中心之间的距离L2且大于开口221的半径R。采用该设计后，由于屋盖分体310的活动端312与屋顶面220中心之间的距离L1始终大于开口221的半径R，屋盖分体310移动过程中活动端312会始终与屋顶面220接触并沿屋顶面220移动，避免活动端312意外移动至开口221范围内脱离屋顶面220的支撑继而使屋盖分体310向开口221内倾斜引发安全事故，同时可以保证当屋盖分体310移动至关闭位置时能够遮挡覆盖住开口221边缘；移动过程中，屋盖分体310的活动端312与屋顶面220中心之间的距离L1小于屋盖分体310的连接端311与屋顶面220中心之间的距离L2，该设置能够缩小关闭位置时屋盖分体310与屋顶面220重叠的面积，从而在很大程度上缩减了屋盖分体310的设计面积，有利于降低屋盖分体310以及活动屋盖300的整体重量，进一步减轻了对下部支撑结构的压力；重量轻便的屋盖分体310更加轻巧，开合活动时对其下部结构的施加不规则载荷更小，减轻了屋面结构200承受的载荷强度，进一步降低了发生晃动的概率，对活动屋盖300的支撑稳定性更好。本实施例采取旋转的方式打开或关闭屋面结构200的方式操作方便，活动屋盖300在打开或关闭的过程中运行平顺，不容易出故障，从而可以保证活动屋盖300平稳持久地运行，降低了维护成本。

优选的，继续参考图3，多个屋盖分体310包括两个屋盖分体310，两个屋盖分体310在水平面的投影以屋顶面的顶端在水平面的投影点为中心点成对称设置，即两个屋盖分体310在水平面的投影相对屋顶面的顶端在水平面的投影点成中心对称；屋盖分体310分别为由圆弧边和直边围成的弓形面，在开启位置时，屋盖分体310的圆弧边的圆心与屋顶面220的外缘的圆心重合。

本实施例中，屋盖分体从开启位置转动至关闭位置的过程中，两个屋盖分体310在水平面的投影以屋顶面的顶端在水平面的投影点为中心点成对称设置，能够对屋面结构200施加平衡的载荷，保证屋顶面220受力的平稳、不会承受偏移的载荷；在开启位置时，屋盖分体310的圆弧边的圆心与屋顶面220的外缘的圆心重合，该设置有利于保持整体结构的水平及环向的稳定性；两个屋盖分体310可以始终同步旋转执行开闭动作，整体上对其下部结构施加的载荷较为平稳均衡，动载荷可以始终沿屋面结构200均匀地分散至地面，进一步降低了屋面结构200发生晃动的概率，支撑稳定性更好。两个屋盖分体310的结构形式更加简易，操作起来更方便高效，包含的部件少也降低了故障发生的概率，减少了维护的工作量和维护成本；采用两个对称的屋盖分体310方便部件的标准化生产制造，有利于提高生产效率，同时屋盖分体310对称安装方便了快速装配。

可以理解地，在其他一些实施例中，活动屋盖300可以采用其他结构形式，如可以是覆盖在开口221上的一块屋盖板，可以通过平移、升降等多种方式打开或闭合开口221，此处不作限制。

参考图3，在一些实施例中，驱动组件包括台车(图中未示出)和轨道401。其中，台车设在屋盖分体310朝向屋面结构200的一侧表面，台车可带动屋盖分体310以其连接端311为圆心转动从而覆盖或打开开口221；轨道401设在屋面结构200上，用于支撑和引导台车以屋盖分体310的连接端311为圆心、以台车与屋盖分体310的连接端311之间的距离为半径移动。

具体地，各个屋盖分体310上的台车同时启动并沿各自的轨道401移动的过程中可分别带动对应的屋盖分体310以其连接端311为圆心转动，从而实现活动屋盖300的打开与闭合，图4至图5即示意出了活动屋盖300从开启位置逐渐移动至关闭位置关闭开口221的情况。

本实施例中，通过台车与轨道401的配合带动屋盖分体310移动以覆盖开口221或从开口221移开，从而可根据实际需求灵活打开或关闭整个活动屋盖300，运营管理方便。驱动组件的组成结构不复杂，故障率低，能够保证持久稳定地驱动活动屋盖300自由开合；出现故障后也容易维修，降低了维护的成本。

优选的，台车及与台车配合的轨道401设有多组。多组台车对屋盖分体310的驱动力更大，可以提高屋盖分体310移动的速度，且多个轨道401增加了对屋盖分体310的支撑面积，使得屋盖分体310移动得更平稳。

优选的，台车可以由步进电机驱动沿轨道401移动。利用步进电机可自由控制台车的启动和停止，根据需要使台车移动至不同的位置，从而将屋盖分体310转动不同的角度以控制开口221被打开的程度。

可以理解地，在其他一些实施例中，驱动组件可以包括可伸缩杆如驱动油缸、气缸等，利用可伸缩杆带动活动屋盖300移动，或者可以是驱动链条、齿轮齿条等机构，此处不作限制。

参考图1，在一些实施例中，主体支撑结构包括支撑杆110、水平布置的受拉环120、环绕设在受拉环120外围的受压环130及分布设置在受压环130和受拉环120之间以用于连接受压环130与受拉环120的索桁架140，索桁架140沿受压环130的径向延伸。

本实施例中，主体支撑结构形成轮辐式张拉结构，结构轻巧，自重较小；受压环130与受拉环120通过呈辐射状的受拉索桁架140连接起来，对索桁架140施加预应力后，在索桁架140的拉力作用下，外围的受压环130承受较大的压力，同时内部的受拉环120有向外变形的趋势，承受拉力，从而主体支撑结构整体可以形成一个自平衡受力体系，稳定性较强，呈辐射状的受拉索桁架140可以提升主体支撑结构的支撑刚度和极限承载力。从而在该实施例中，在有效降低整体重量和建造成本的基础上提升了整体的支撑刚度和稳定性。主体支撑结构也便于制作，利用多根杆件、拉索拼接即可成型，缩短了工期。优选的，所述索桁架140有28榀，均分布在所述受压环130和所述受拉环120之间。经复核，28榀索桁架140能够满足支撑刚度和极限承载力的使用要求，更能避免布置密度过大带来建造成本的提升。

可以理解地，在其他一些实施例中，主体支撑结构100可以采用其他结构形式，如结构复杂的钢架结构或钢筋混凝土结构等，此处不作限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种可开合建筑结构，其特征在于，包括：

主体支撑结构；

屋面结构，设于所述主体支撑结构上，所述屋面结构包括环绕包围所述主体支撑结构的屋立面及盖合于所述屋立面的屋顶面，所述屋顶面的边沿与所述屋立面的上边沿连接在一起，所述屋立面与所述屋顶面形成弧形的具有菱形网格的一体式网壳结构，所述屋顶面上设有开口；及

活动屋盖，设在所述屋面结构上，且所述活动屋盖由驱动组件驱动以打开或关闭所述开口；所述活动屋盖包括多个屋盖分体，所述屋盖分体包括连接端和活动端，所述连接端设在所述屋顶面上，各屋盖分体可在驱动组件的驱动下使屋盖分体的活动端绕连接端从开启位置转动至关闭位置从而盖合所述开口；

所述开口为圆形，在开启位置时，所述屋盖分体的活动端与屋顶面中心之间的距离L1等于所述屋盖分体的连接端与屋顶面中心之间的距离L2；所述屋盖分体从开启位置转动至关闭位置的过程中，所述屋盖分体的活动端与屋顶面中心之间的距离L1小于屋盖分体的连接端与屋顶面中心之间的距离L2且大于开口的半径R。

2.根据权利要求1所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述活动屋盖包括具有三角形网格的单层网壳结构。

3.根据权利要求2所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述单层网壳结构由铝合金制成，所述单层网壳结构周边设有钢构件。

4.根据权利要求1所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述多个屋盖分体包括两个屋盖分体，所述屋盖分体从开启位置转动至关闭位置的过程中，所述两个屋盖分体在水平面的投影以屋顶面的顶端在水平面的投影点为中心点成对称设置；所述屋盖分体为由圆弧边和直边围成的弓形面，在开启位置时，所述屋盖分体的圆弧边的圆心与屋顶面的外缘的圆心重合。

5.根据权利要求1所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述驱动组件包括：

台车，设在所述屋盖分体朝向所述屋面结构的一侧表面，所述台车可带动所述屋盖分体以其连接端为圆心转动从而覆盖或打开所述开口；

轨道，设在所述屋面结构上，用于支撑和引导所述台车以所述屋盖分体的连接端为圆心、以所述台车与所述屋盖分体的连接端之间的距离为半径移动。

6.根据权利要求5所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述台车及与所述台车配合的所述轨道设有多组。

7.根据权利要求5所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述台车由步进电机驱动沿所述轨道移动。

8.根据权利要求1所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述主体支撑结构包括支撑杆、水平布置的受拉环、环绕设在所述受拉环外围的受压环及分布设置在所述受压环和所述受拉环之间以用于连接所述受压环与所述受拉环的索桁架，所述索桁架沿所述受压环的径向延伸。

9.根据权利要求8所述的可开合建筑结构，其特征在于，所述索桁架有28榀，均分布在所述受压环和所述受拉环之间。