CN111519815A - 一种旋转开启结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转开启结构及其应用，旋转开启结构包括内圈轨道和/或外圈轨道，至少一个固定单元，一个或多个旋转活动开启单元，固定单元与旋转活动开启单元依次活动连接，且同心旋转设置，各个旋转活动开启单元之间预留有空隙，内圈轨道连接各个固定单元与各个旋转活动开启单元的内缘，外圈轨道连接各个固定单元与各个旋转活动开启单元的外缘，旋转活动开启单元以固定单元为固定基础，依据内圈轨道和/或外圈轨道依次实现旋转开启或闭合动作，或以内圈轨道和/或外圈轨道为基础进行旋转运动，以实现旋转开启或闭合动作。与现有技术相比，本发明具有布置灵活、适应性强，对建筑结构、机械结构无影响等优点。

Description

一种旋转开启结构及其应用

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种旋转开启结构及其应用。

背景技术

近十几年来，随着国内经济建设的发展，物质文化生活水平的提高，传统单一功能的建筑已经难以满足逐渐丰富的大众需求，在这种情况下，开合屋盖结构、开合采光顶等结构顺势而起，蓬勃发展。这种新型的建筑结构形式通过屋盖、采光顶等结构的开闭来实现室内、室外环境的转换，实现了单一建筑的多功能化，尤其是对于大型的体育场馆，这种新型的建筑形式带来了更多的机遇。上述结构中旋转开启方式因造型优美，布置灵活的特点成为最受建筑师青睐的开启方式之一。

随着旋转开启方式这种新型建筑形式的发展与逐步应用于实际工程，其局限也逐渐显露出来。采用这种结构形式可以获得更好的采光和通风，自然地，建筑师会追求更大的采光率和通风率，即开启率，然而现有的旋转开启方式均为阶梯式的轨道布置，开启率越大，屋盖的总厚度就越厚，对建筑效果的影响就越严重。这也是当前这种结构形式应用遇到的最大难题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种开启方式新颖，能够最大限度压缩旋转单元闭合状态下总厚度的旋转开启结构，该结构适用于大型的开启屋盖、小型采光顶以及其他需要开启转换的结构，以及所有存在机械构造的领域，主要可应用于但不局限于建筑屋盖。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种旋转开启结构，该结构应用于但不局限建筑用开启屋盖、建筑用采光顶、机械领域需开启转换的机构。

本发明旋转开启结构包括固定单元、旋转活动开启单元、内圈轨道和外圈轨道。所述固定单元与所述旋转活动开启单元连接，二者的数量均可自由变化。本发明旋转开启结构的固定单元至少为一个，旋转活动开启单元的数量为多个，固定单元与旋转活动开启单元同心旋转设置。固定单元与旋转活动开启单元在完全闭合状态下的标高相同。内圈轨道设置在固定单元、旋转活动开启单元的内缘，内圈轨道与固定单元、旋转活动开启单元的活动范围尺寸、形状相匹配。外圈轨道设置在固定单元、旋转活动开启单元的外缘，外圈轨道与固定单元、旋转活动开启单元的外部活动范围尺寸、形状相匹配。在实际开启或闭合状态下，旋转活动开启单元可以以固定单元为固定基础，依据内圈轨道和/或外圈轨道依次相对固定单元展开螺旋运动，实现旋转开启、旋转闭合的动作，进而使得整体结构为扇形或圆形，或者扇形的组合形态。旋转活动开启单元还可以以内圈轨道和/或外圈轨道为基础，进行旋转运动，以实现旋转开启或闭合，进而使得整体结构扇形或圆形，或者扇形的组合形态。

具体地：

作为上述内容的第一种实施方式，其中一个旋转活动开启单元与固定单元活动连接，其余各个旋转活动开启单元与该旋转活动开启单元彼此之间活动连接，各个旋转活动开启单元之间预留有空隙。在闭合状态下，各个旋转活动开启单元等间隔上下错位螺旋展开，在开启状态下，各个旋转活动开启单元通过螺旋旋转呈多层叠加状态。在实际旋转开启过程中，旋转活动开启单元与固定单元进行螺旋旋转运动，其内缘、外缘形成内圈轨道和外圈轨道，两个轨道路径均为螺旋形或近螺旋形。

作为上述技术方案的进一步改进，固定单元与旋转活动开启单元为扇形结构。

作为上述内容的第二种实施方式，各旋转活动开启单元与固定单元分别设置在内圈轨道和外圈轨道之间。内圈轨道设置在与固定单元、旋转活动单元的同心设置的中心固定部上。使固定单元与旋转活动开启单元可通过内、外圈轨道实现螺旋开启、闭合功能。优选地，内圈轨道设置在固定单元、旋转活动开启单元的内缘，内圈轨道与固定单元、旋转活动开启单元的活动范围尺寸、形状相匹配。外圈轨道设置在固定单元、旋转活动开启单元的外缘，外圈轨道与固定单元、旋转活动开启单元的外部活动范围尺寸、形状相匹配。

作为上述技术方案的进一步改进，该旋转开启结构可采用外部驱动装置驱动外圈轨道和/或内圈轨道。优选地，通过主动台车与随动台车组合驱动的形式，外圈轨道采用主动式台车，用于提供驱动力，内圈轨道采用随动式台车，不主动提供动力。

作为上述内容的第三种实施方式，各旋转活动开启单元与固定单元分别连接内圈轨道和/或外圈轨道。本发明的内圈轨道可代替为固定支撑部，该固定支撑部与各固定单元、各旋转活动开启单元连接，并与其旋转的路径、结构相配合。优选地，所述固定支撑部可以为设有旋转纹理的固定支撑部，旋转纹理的结构与尺寸与各旋转活动开启单元的旋转路径相配合。

根据上述几种实施方式，本发明的内圈轨道和外圈轨道可以同时设置，也可根据受力形式二者只选其一。但凡符合本发明中描述的螺旋旋转的移动轨迹的内圈轨道和外圈轨道的轨迹函数都应在本发明专利的保护范围内。

本发明结构可以形成一组单独成体系，也可以通过多组形成完整体系。

本发明可根据需要分配固定单元的数量n₁和旋转活动开启单元的数量n₂，旋转活动开启单元数量n₂优选为固定单元数量n₁的整数倍，非整数倍亦可实施。令旋转活动开启单元的厚度为h，两片旋转活动开启单元的预留空隙为Δh，总开启片数为n(按均匀划分考虑)。旋转活动开启单元在全闭合状态下的总厚度为2h+Δh，全开状态下的总厚度为h+(h+Δh)n₂/n₁。开启率最大可做到(n-1)/n，此时全开状态下总厚度达到最大h+(h+Δh)n。

本发明实施的另一方面，还提供一种旋转开启屋盖，包括上述旋转开启结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明旋转开启结构可以最大限度压缩旋转活动开启单元闭合状态下总厚度，使得整体结构在闭合状态下的总厚度小，且不受开启率和开启片数的影响，仅与旋转活动开启单元本身的厚度有关，避免了对建筑效果的影响；

2)本发明结构原理简单，可结合实际场地布置圆形或扇形，布置方式灵活多样；

3)本发明结构开启方式多样，开启形式可向上旋转堆叠也可向下旋转隐藏；

4)适应性强，可以根据实际应用场景同时设置内外轨道，亦可单独设置内圈轨道或外圈轨道之一；

5)本发明的旋转开启结构可通过人力开合，亦可通过安装外部驱动装置实现自动控制旋转开合，可进一步增大其适用范围。

附图说明

图1为本发明实施例1中的旋转开启结构的全闭状态示意图(上旋型)；

图2为本发明实施例1中的旋转开启结构的全开状态示意图(上旋型)；

图3为本发明实施例1中的旋转开启结构的全闭状态示意图(下旋型)；

图4为本发明实施例1中的旋转开启结构的全开状态示意图(下旋型)；

图5为本发明实施例1中旋转开启结构的单组成体系示意图；

图6为本发明实施例1中旋转开启结构的多组成体系示意图；

图7为本发明实施例2中旋转开启屋盖的全闭状态示意图；

图8为本发明实施例2中旋转开启屋盖的全开状态示意图；

图9为本发明实施例2中旋转开启屋盖的外圈轨道结构布置示意图；

图10为本发明实施例2中旋转开启屋盖的内圈轨道结构布置示意图；

图11为本发明实施例3中旋转开启结构的完全撑开状态示意图；

图12为本发明实施例3中旋转开启结构的完全收拢状态示意；

图13为本发明实施例3中旋转开启结构的伞骨收拢轨迹线示意图；

图14为本发明实施例3中旋转开启结构的伞骨收拢、拆卸操作示意图；

图15为本发明实施例4中旋转开启结构的通道关闭的情况示意图；

图16为本发明实施例4中旋转开启结构的通道打开的情况示意图；

图17为本发明实施例4中旋转开启结构的楼梯板旋转轨迹线示意图；

图中标号所示：

1、固定单元，2、旋转活动开启单元，3、外圈轨道，4、内圈轨道，5、固定片，6、旋转活动片，7、中轴柱，8、伞柄，9、伞骨，10、伞骨收拢轨迹线，11、卡槽，12、中心支撑柱，13、悬挑楼梯板，14、楼梯板移动轨迹线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～图6所示，本发明涉及一种旋转开启结构，包括固定单元1、旋转活动开启单元2、内圈轨道4和外圈轨道3。本发明旋转开启结构设置至少一个固定单元1和多个旋转活动开启单元2，固定单元1和多个旋转活动开启单元2同心设置，其中一个旋转活动开启单元2的一端与固定单元1活动连接，另一端与各个旋转活动开启单元2依次活动连接，各个旋转活动开启单元2之间预留空隙。在闭合状态下，各个旋转活动开启单元2相对固定单元1上下依次等间隔错位展开，类似打开扇子的状态。在开启状态下，各个旋转活动开启单元2呈多层叠加状态。本发明结构可以形成一组单独体系，也可以通过多组旋转开启结构形成一套完整体系。

固定单元1与旋转活动开启单元2为扇形结构，当整个结构为完全闭合状态时，二者标高一致，固定单元1与旋转活动开启单元2可通过内圈轨道4、外圈轨道3进行上旋或下旋，实现螺旋开启、闭合功能。

在本实施例中，作为优选方案，内圈轨道4设置在固定单元1、旋转活动开启单元2的内缘，其与固定单元1、旋转活动开启单元2的活动范围尺寸、形状相匹配。外圈轨道3设置在固定单元1、旋转活动开启单元2的外缘，其与固定单元、1旋转活动开启单元2的外部活动范围尺寸、形状相匹配。内、外圈轨道路径均为螺旋形或近螺旋形；内圈轨道4和外圈轨道3可以同时设置，也可根据受力形式二者只选其一。在本实施例中，作为优选方案，同时设置内圈轨道4和外圈轨道3。

在实际开启状态下，旋转活动开启单元2以内圈轨道4和外圈轨道3为基础，进行上旋或下旋运动，以实现旋转开启或闭合，进而使得整体结构扇形或圆形，或者扇形的组合形态。

作为一种实施方式，内、外圈轨道的轨迹参数如下：

1、假设内圈轨道半径为R，旋转活动开启单元的跨度为L，整个旋转结构的扇形角度为

旋转活动开启单元的厚度为h，两片旋转活动开启单元的预留空隙为Δh，总开启片数为n(按均匀划分考虑)，旋转活动开启单元旋转角速度为ω。

2、内圈轨道的轨迹函数为：

式中，i为旋转活动开启单元的序号，取1,2,3······n-1。

3、外圈轨道的轨迹函数为：

式中，i为旋转活动开启单元的序号，取1,2,3······n-1。

内、外圈轨道典型轨迹函数不局限于上述所规定的函数，但凡符合本发明中描述的螺旋旋转的移动轨迹的都应在本发明专利的保护范围内。

本发明可根据需要分配固定单元n₁和旋转活动开启单元的数量n₂，旋转活动开启单元数量优选为固定单元数量的整数倍，非整数倍亦可实施，n＝n₁+n₂，开启率为n₂/n。

旋转活动开启单元全闭合状态下的总厚度为2h+Δh，全开状态下的总厚度为h+(h+Δh)n₂/n₁。开启率最大可做到(n-1)/n，此时全开状态下总厚度达到最大h+(h+Δh)n。

实施例2

本实施例以应用的建筑物屋盖为例，提供一种旋转开启屋盖，例如某大型室内广场旋转开启屋盖：

如图7～图10所示，某大型室内广场旋转开启屋盖的中央为圆形穹顶，穹顶直径为100m，根据建筑师以及甲方要求，该穹顶需尽量实现最大开启率，同时需保证长期状态(闭合)下的建筑效果。本实施例提供方案如下：

屋盖采用10片形式，中轴对称，其中2片作为固定片5，8片作为旋转活动片6，整体开启率可达到80％；中心部位设置中轴柱7，各屋盖可绕着中轴柱7旋转开合。每一片固定片5与相应的五片旋转活动片6作为一组，两组屋盖片组中轴对称。两片固定片5固定在中轴柱7的外壁上，且水平相邻设置。每片固定片5的固定处下方各设置4个内圈轨道4，4个内圈轨道4呈上下平行设置在中轴柱7的外壁上，用于活动连接旋转活动片6。每一个旋转活动片6与内圈轨道4活动连接，可在水平方向旋转移动，使各旋转活动片6可绕着中轴柱7旋转开合。内圈轨道4的相邻轨道高差与单片屋盖厚度相同。

外圈轨道3采用环形桁架，做成台阶形式，即台阶式外轨道结构，避免各片屋盖(固定片或旋转活动片)的轨道互相干扰。单片屋盖厚度(考虑本身构造厚度以及变形需求)为1.5m，相邻轨道高差与屋盖片的厚度相同，整体屋盖在闭合状态下整体呈倾斜状态，兼顾排水需求，完全开启时5片屋盖的叠加高度7.5m。外圈轨道3的最顶端固定连接固定片5远离中轴柱7的另一端，外圈轨道3的其余台阶部的顶面上设有用于辅助旋转活动片6端部滑动的环形滑道；相对应地，旋转活动片6远离中轴柱7的一端底部设有与环形滑道宽度尺寸相匹配的台车，环形滑道与台车的配合作用可辅助旋转活动片6更加灵活、准确的旋转移动。

屋盖结构采用主动台车与随动台车组合驱动的形式，外圈轨道3采用主动式台车，用于提供驱动力，内圈轨道4采用随动式台车，不主动提供动力。台车和轨道均需设置抗拔构造，避免风荷载以及地震作用下的台车产生的反向力。

实施例3

本实施例提供一种旋转开启结构，如图11～图13所示，该结构为雨伞形状设计，包括作为中心固定部的伞柄8和多个伞骨9，各伞骨9之间安装有屋盖伞面，屋盖伞面为现有技术中可折叠的伞用材料，各屋盖伞面在撑开状态下为扇形结构，屋盖伞面朝向伞柄8的内侧宽度很小。

伞骨9包括一个固定伞骨和多个旋转活动伞骨，固定伞骨和多个旋转活动伞骨的形状、尺寸相同。固定伞骨固定在伞柄8的外壁顶部，其余旋转活动伞骨以固定伞骨为开始，从上至下或从下至上以螺旋形依次排布活动设置在伞柄8上。各旋转活动伞骨之间的间距一致。所有旋转活动伞骨以伞柄8为中心，以固定伞骨为基础进行旋转开合。伞柄8上设有螺旋线形的伞骨收拢轨迹线10，该伞骨收拢轨迹线10的轨迹设计与所有伞骨9收回至伞柄8的螺旋移动轨迹相匹配。在完全开启状态下，旋转活动伞骨以固定伞骨为开始，从上至下或从下至上以螺旋形依次在伞柄8上活动展开，各屋盖伞面以伞柄8为中心进行展开，直到所有屋盖伞面构成雨伞撑开状态。在完全闭合状态下，所有伞骨9依据伞骨收拢轨迹线10收成竖向一排。

在本实施例中，作为优选方案，伞骨收拢轨迹线10为向内凹进或向外突出的卡槽11设计，卡槽11的尺寸、形状与伞骨外壁的厚度、形状相匹配或通过过盈配合实现稳定的伞骨收拢。通过伞骨收拢轨迹线10，将雨伞的伞骨9都收成竖向一排而后再沿着向上或向下的卡槽11进行拆卸(图13)，可大大减小组装、拆卸、修理的难度。

在本实施例中，作为优选方案，本实施例可通过设置驱动装置辅助屋盖旋转开合。若根据实际应用场景需求，整体伞状的旋转开启结构为较小尺寸，如正常遮雨伞大小，则采用小滚珠设置在伞骨外壁上，小滚珠与卡槽相匹配，通过人力收拢或展开即可实现撑开状态或闭合状态；若根据实际应用场景需求，整体伞状的旋转开启结构为屋盖大小尺寸，则采用与实施例2类似的主动式台车来驱动伞骨，具体将台车安装在伞骨外壁上，即可通过控制台车实现旋转开合的电动控制。

实施例4

本实施例提供一种旋转开启结构，如图14～图17所示，包括中心支撑柱12、悬挑楼梯板13和楼梯板移动轨迹线14。中心支撑柱12作为固定支撑部固定在所应用的场景内。悬挑楼梯板13包括一个固定板和多个旋转活动板，所有悬挑楼梯板13以中心支撑柱12为中心，固定板固定在中心支撑柱12的外壁的顶部或底部，其余旋转活动板以固定板为开始，从上至下或从下至上依次呈阶梯状错位排布设置在中心支撑柱12上。中心支撑柱12上设置有螺旋形状的楼梯板移动轨迹线14，该楼梯板移动轨迹线14的螺旋轨迹设计与所有悬挑楼梯板13的螺旋轨迹相匹配。

上述旋转开启结构可应用于屋盖或建筑通道等场合，本实施例以应用于建筑通道为例进行说明，中心支撑柱12的直径为600mm，楼梯梯段板共有36块，每块分角10度，各悬挑楼梯板13通过与中轴驱动台车相连，向外悬挑长度1m。各悬挑楼梯板13完全闭合时以中心支撑柱12为中心停留在一个平面，进而可以作为整个通道的盖板。如图3所示，各悬挑楼梯板13通过楼梯板移动轨迹线14的螺旋形轨迹向下(向上)完全展开时，形成台阶式的下降(上升)的通道。通过楼梯板的螺旋转动，可以实现通道的开启与闭合。

在本实施例中，作为优选方案，楼梯板移动轨迹线14采用滑槽结构设计，上、下相邻的两道滑槽的高度大于悬挑楼梯板13的旋转活动板的厚度。旋转活动板与中心支撑柱12的连接关系类似实施例2，即采用小型主动台车藏在中心支撑柱12侧的楼梯板移动轨迹线14的滑槽中进行驱动，台车沿着螺旋形滑槽运动，即可实现旋转活动板的旋转升降。由于上下相邻两道滑槽的高度大于活动板的厚度，可以避免活动板移动时互相干扰。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种旋转开启结构，其特征在于，包括至少一个固定单元，一个或多个旋转活动开启单元以及一个内圈轨道和/或一个外圈轨道，各固定单元与各旋转活动开启单元依次活动连接，且同心旋转设置，各个旋转活动开启单元之间预留有空隙，所述内圈轨道连接各个固定单元与各个旋转活动开启单元的内缘，所述外圈轨道连接各个固定单元与各个旋转活动开启单元的外缘，旋转活动开启单元以固定单元为固定基础，依据内圈轨道和/或外圈轨道相对固定单元依次进行旋转运动，进而实现旋转开启或旋转闭合，或旋转活动开启单元以内圈轨道和/或外圈轨道为基础依次进行旋转运动，以实现旋转开启或闭合动作。

2.根据权利要求1所述的一种旋转开启结构，其特征在于，所述固定单元与所述旋转活动开启单元在完全闭合状态下的标高相同，所述内圈轨道与固定单元、旋转活动开启单元的活动范围尺寸、形状相匹配，所述外圈轨道与固定单元、旋转活动开启单元的外部活动范围尺寸、形状相匹配。

3.根据权利要求2所述的一种旋转开启结构，其特征在于，当所述旋转活动开启单元以固定单元为固定基础，依据内圈轨道和/或外圈轨道依次实现旋转开启或闭合动作，一个旋转活动开启单元与固定单元活动连接，其余各个旋转活动开启单元与该旋转活动开启单元彼此之间活动连接，各个旋转活动开启单元之间预留有空隙，在闭合状态下，各个旋转活动开启单元等间隔上下错位螺旋展开，在开启状态下，各个旋转活动开启单元通过螺旋旋转呈多层叠加状态，所述内圈轨道和所述外圈轨道均为螺旋形或近螺旋形。

4.根据权利要求3所述的一种旋转开启结构，其特征在于，所述固定单元与所述旋转活动开启单元为扇形结构。

5.根据权利要求2所述的一种旋转开启结构，其特征在于，当所述旋转活动开启单元以内圈轨道和外圈轨道为基础进行旋转运动，所述内圈轨道设置在与固定单元、旋转活动单元同心设置的中心固定部上，各旋转活动开启单元与固定单元分别设置在内圈轨道和外圈轨道之间。

6.根据权利要求2所述的一种旋转开启结构，其特征在于，当所述旋转活动开启单元以内圈轨道为基础进行旋转运动，所述内圈轨道设置在与固定单元、旋转活动单元同心设置的中心固定部上，各旋转活动开启单元与固定单元分别连接内圈轨道。

7.根据权利要求5或6所述的一种旋转开启结构，其特征在于，该旋转开启结构设有用以驱动外圈轨道和/或内圈轨道的外部驱动装置。

8.根据权利要求2所述的一种旋转开启结构，其特征在于，所述内圈轨道由固定支撑部代替，所述固定支撑部与各固定单元、各旋转活动开启单元连接，并与二者旋转的路径、结构相配合。

9.根据权利要求8所述的一种旋转开启结构，其特征在于，所述固定支撑部设有结构、尺寸与各旋转活动开启单元的旋转路径相配合的旋转纹理。

10.一种旋转开启屋盖，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的旋转开启结构。

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