CN111991820A - 一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，由非折叠单元，半折叠单元和装配节点组成，或者由非折叠单元和装配节点组成，其特征在于：通过装配节点与可折叠单元角点的连接，将可折叠单元连接后组成任意曲面空间结构。半折叠单元的装配应保证折叠面与地面或者安装基准面垂直，底面与地面或者安装基准面平行；通过调整折叠杆件的折叠角度，配合可调节长度的竖撑杆和可调节长度的斜撑杆，确定半折叠单元顶面的角度，从而拟合出所需的各种斜面及曲面。

Description

一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构
技术领域
本发明是一种空间结构，具体的是运用一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构。
背景技术
为了开展各式各样的文化活动，满足人们对文化生活的需要，各种临时设施搭建的需求也越来越多，例如，临时搭建的舞台、观众看台，冰雪运动的跳台，花样滑板、轮滑、自行车等运动场地等临时设施。承载能力低、稳定性差、安装费时费力的脚手架已不能适应时代的更迭的脚步，因此，急需一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，可以极大的克服以上缺点，尤其是采用的单元具有可变的特性，可以实现各种曲面结构，为设施的搭建提供了一种更加方便可靠的解决方案。
发明内容
各种临时搭建的结构采用脚手架的形式，杆件多、安装不便、可靠度不高、稳定性不强、对各种曲面形状的适用性不强。
本发明提出一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，由非折叠单元，半折叠单元和装配节点组成，或者由非折叠单元和装配节点组成，其特征在于：通过装配节点与可折叠单元角点的连接，将可折叠单元连接后组成任意曲面空间结构。
根据可折叠单元在空间结构中所处的不同位置，可折叠单元可以作为非折叠单元或者半折叠单元，任意曲面空间结构上表面的单元为半折叠单元，半折叠单元由可折叠单元和位于折叠面内的不同长度的撑杆组成；具体的，在两个折叠面分别布置两根可调节长度的竖撑杆和一根可调节长度的斜撑杆；通过调节撑杆的长度来调节顶面的空间位置，通过斜撑杆使半折叠单元由成为不可变体系；除空间结构上表面外的其余单元为非折叠单元，非折叠单元仅由可折叠的长方体装配式空间结构单元组成，在装配过程中始终处于未折叠状态。半折叠单元中完全由直线杆件所围成的两个面为单元的顶面和底面。
非折叠单元在装配过程中遵循以下规则：非折叠单元的折叠面和折叠面中直线杆件与地面或者安装基准面垂直，并且相邻非折叠单元之间的折叠面也相互垂直，装配节点与非折叠单元的角点相连。这样可使结构各向均形成可靠的抗侧力体系，同时由于可折叠单元中与地面垂直的杆件均为直线杆线，可保证结构可靠的传递竖向荷载。半折叠单元的装配应保证折叠面与地面或者安装基准面垂直，底面与地面或者安装基准面平行。通过调整折叠杆件的折叠角度，配合可调节长度的竖撑杆和可调节长度的斜撑杆，确定半折叠单元顶面的角度，从而拟合出所需的各种斜面及曲面。使用装配节点将半折叠单元底面角点与底部非折叠单元相连，从而装配出各种宽度、高度、长度的稳定的曲面空间结构
其中可折叠单元为一种长方体装配式空间结构单元，并且具备如下特征：由八根直线杆件，四根折叠杆件，和八个角点组成，其中四根折叠杆件完全展开时相互平行，每个可折叠的长方体装配式空间结构单元有两个折叠面，折叠面为折叠杆件折叠时的转动面。折叠杆件中部及两端设有单向折叠铰链，折叠杆件的长度(含铰链尺寸)在折叠前小于或等于相应折叠面内的直线杆件。每个角点中设有三个连接孔，且每个连接孔与另两个连接孔垂直(如图2，6，7)。
优选地，铰链可进行锁定，锁定后使单元成为不可变体。
优选地，采用正方体装配式空间结构单元。
优选地，采用圆钢管作为该空间结构单元的直线杆件及折叠杆件。
优选地，采用方钢管作为该空间结构单元的直线杆件及折叠杆件。
优选地，采用工程塑料等复合材料作为该空间结构单元的直线杆件及折叠杆件。
优选地，采用一种正方体或者长方体连接节点作为角点。
优选地，采用一种球形连接节点作为角点。
优选地，采用销与卡扣组合作为装配节点的连接方式(如图3，4)，或者采用螺栓作为装配节点的连接方式。
优选地，铰链可在任意位置锁定。
说明：如图2，7所示，折叠杆件2A、折叠杆件2B和角点3相互间由铰链相连。折叠面为折叠杆件折叠时转动所在平面。
所述由可折叠单元组成的任意曲面空间结构相较于普通的脚手架结构连接节点更少，稳定性更高；并且结构单元种类单一，便于生产加工安装。可以用于各种临时搭建的舞台、体育比赛场地、看台等临时结构；另外由于该空间结构可以实现各结构单元间高度连续变化，因此可以拟合出各种空间斜面及曲面，特别适用于搭建冰雪运动的跳台，花样滑板、轮滑、自行车等各种曲面造型的运动场地。
从结构稳定性分析，所述空间结构采用可折叠的正方体装配式空间结构单元作为非折叠单元。非折叠单元通过保证折叠面中的的直线杆件与地面垂直，使得直线杆件组成的框架直接传递竖向荷载；此外由于采用的是正方体单元，各杆件长度相同，利用此特性，保持相邻各单元的折叠面相互垂直，可使单元中每根可折叠杆件与另一单元中的直线杆件通过节点平行相连，通过共同作用，保证水平方向稳定性。可在不增加其余杆件的前提下，增加结构冗余度，提高结构的强度、刚度，同时现实了单元规格统一，简化了单元种类，为生产和安装提供了极大地便利。
半折叠单元采用可折叠的长方体装配式空间结构单元和撑杆组成的空间结构，通过撑杆来调节上表面的空间位置，可使上表面位于任意位置，方便拟合出各种空间面，并且由于设置了的斜向撑杆，结构单元刚度大的同时保证了结构的稳定性和安全性。
附图说明
图1上表面为斜面或曲面时顶部区域的空间结构三维图
图2可折叠单元非折叠状态三维图
图3装配节点三维图
图4装配节点与可折叠的长方体装配式空间结构单元连接图
图5采用交错方式组成的空间结构三维图
图6可折叠单元折叠状态三维图
图7可折叠单元完全折叠状态三维图
附图标记如下：
1.直线杆件；2.折叠杆件；3.角点；4.铰链；5.折叠面；6.可调节长度的斜撑杆；7.可调节长度的竖撑杆；8.非折叠单元；9.半折叠单元；10.空间结构上表面；11装配节点。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，由非折叠单元8，半折叠单元9和装配节点11组成(如图1)，或者由非折叠单元8和装配节点11组成(如图5)，其特征在于：通过装配节点11与可折叠单元角点3的连接，将可折叠单元连接后组成任意曲面空间结构。
根据可折叠单元在空间结构中所处的不同位置，可折叠单元可以作为非折叠单元8或者半折叠单元9，任意曲面空间结构上表面的单元为半折叠单元9，半折叠单元9由可折叠单元和位于折叠面5内的不同长度的撑杆组成；具体的，在两个折叠面5分别布置两根可调节长度的竖撑杆7和一根可调节长度的斜撑杆6；通过调节撑杆的长度来调节顶面的空间位置，通过斜撑杆使半折叠单元由成为不可变体系；除空间结构上表面10外的其余单元为非折叠单元8，非折叠单元8仅由可折叠的长方体装配式空间结构单元组成，在装配过程中始终处于未折叠状态。半折叠单元9中完全由直线杆件1所围成的两个面为单元的顶面和底面。
具体实施方式二：
一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，由非折叠单元8，半折叠单元9和装配节点11组成(如图1)，或者由非折叠单元8和装配节点11组成(如图5)，其特征在于：通过装配节点11与可折叠单元角点3的连接，将可折叠单元连接后组成任意曲面空间结构。
非折叠单元在装配过程中遵循以下规则：非折叠单元8的折叠面5和折叠面5中直线杆件1与地面或者安装基准面垂直，并且相邻非折叠单元8之间的折叠面5也相互垂直，装配节点11与非折叠单元8的角点3相连。这样可使结构各向均形成可靠的抗侧力体系，同时由于可折叠单元中与地面垂直的杆件均为直线杆线1，可保证结构可靠的传递竖向荷载。半折叠单元9的装配应保证折叠面5与地面或者安装基准面垂直，底面与地面或者安装基准面平行。通过调整折叠杆件2的折叠角度，配合可调节长度的竖撑杆7和可调节长度的斜撑杆6，确定半折叠单元顶面的角度，从而拟合出所需的各种斜面及曲面。使用装配节点11将半折叠单元9底面角点3与底部非折叠单元8相连，从而装配出各种宽度、高度、长度的稳定的曲面空间结构。
具体实施方式三：
一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，由非折叠单元8，半折叠单元9和装配节点11组成(如图1)，或者由非折叠单元8和装配节点11组成(如图5)，其特征在于：通过装配节点11与可折叠单元角点3的连接，将可折叠单元连接后组成任意曲面空间结构。
其中可折叠单元为一种长方体装配式空间结构单元，并且具备如下特征：由八根直线杆件1，四根折叠杆件2，和八个角点3组成，其中四根折叠杆件2完全展开时相互平行，每个可折叠的长方体装配式空间结构单元有两个折叠面5，折叠面5为折叠杆件折叠时的转动面。折叠杆件2中部及两端设有单向折叠铰链4，折叠杆件2的长度(含铰链尺寸)在折叠前小于或等于相应折叠面内的直线杆件1。每个角点3中设有三个连接孔，且每个连接孔与另两个连接孔垂直(如图2，6，7)。

Claims (10)

1.一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，由非折叠单元，半折叠单元和装配节点组成，或者由非折叠单元和装配节点组成，其特征在于：通过装配节点与可折叠单元角点的连接，将可折叠单元连接后组成任意曲面空间结构。
2.根据权利要求1所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：任意曲面空间结构上表面的单元为半折叠单元，半折叠单元由可折叠单元和位于折叠面内的不同长度的撑杆组成；在两个折叠面分别布置两根可调节长度的竖撑杆和一根可调节长度的斜撑杆；通过调节撑杆的长度来调节顶面的空间位置，通过斜撑杆使半折叠单元由成为不可变体系。
3.根据权利要求1-2所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：半折叠单元的装配应保证折叠面与地面或者安装基准面垂直，底面与地面或者安装基准面平行；通过调整折叠杆件的折叠角度，配合可调节长度的竖撑杆和可调节长度的斜撑杆，确定半折叠单元顶面的角度，从而拟合出所需的各种斜面及曲面。
4.根据权利要求1所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：非折叠单元的折叠面和折叠面中直线杆件与地面或者安装基准面垂直，并且相邻非折叠单元之间的折叠面也相互垂直，装配节点与非折叠单元的角点相连。
5.根据权利要求1所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：可折叠单元为一种长方体装配式空间结构单元，该长方体装配式空间结构单元由八根直线杆件，四根折叠杆件，和八个角点组成，其中四根折叠杆件完全展开时相互平行，每个可折叠的长方体装配式空间结构单元有两个折叠面，两个折叠面为两组折叠杆件折叠时的转动面；折叠杆件中部及两端设有单向折叠铰链，折叠杆件的长度在折叠前小于或等于相应折叠面内的直线杆件；每个角点中设有三个连接孔，且每个连接孔与另两个连接孔垂直。
6.根据权利要求5所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：铰链可在任意位置锁定，锁定后使单元成为不可变体。
7.根据权利要求5所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：采用正方体装配式空间结构单元。
8.根据权利要求5所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：采用圆钢管或者方钢管或者工程塑料等复合材料作为该空间结构单元的直线杆件及折叠杆件。
9.根据权利要求5所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：采用一种球形或者长方体连接节点作为角点。
10.根据权利要求1-4所述的一种由可折叠单元组成的任意曲面空间结构，其特征在于：采用销与卡扣组合作为装配节点的连接方式，或者采用螺栓作为装配节点的连接方式。
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