CN1875160A - 气动平面结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动板状件(1)，由可施加超压p压力介质的空心体(3)组成，该空心体处于两个其末端上相互连接的压力/拉力件(2)之间并由柔性薄膜(9)制成。在处于两个立柱(17)上的板状件(1)横向承受负荷力F的情况下，上部压力/拉力件(2、7)承受压力并且下部压力/拉力件(2、8)承受拉力。在压力/拉力件(2)之间，以距离a预张紧的拉力件(4)在通道(5)内穿过空心体(3)分布。拉力件(4)通过将拉力件(2)压开的空心体(3)预张紧。连接部位(6)起到假定固定立柱的作用并稳定承受压力的压力/拉力件(2、7)防止纵向弯曲。平面的板状件(1)特别是可以用于制造轻型结构屋顶。

Description

气动平面结构

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的气动板状件。

公知气动结构件或者支撑体由可充气的空心体以及用于吸收压力和拉力的单独部件组成。WO 01/73245(D1)代表了下述的现有技术。

施加压力的空心体在D1中主要用于稳定压力件和防止其纵向弯曲。为此压力件通过一部分或者通过其整个长度与空心体的薄膜传力连接地连接。

此外，通过空心体限定支撑件的高度，而且此外拉力和压力件空间上彼此分离。文献D1中所公开的结构可以制造非常轻却又更加刚性和承重的气动结构。尽管如此，上述气动结构件具有一些缺点。空心体薄膜内的拉力在薄膜-压力件连接的区域内在抗拉强度方面对这种连接提出了很高要求。此外，这种连接结构上的构成非常复杂并因此也很昂贵。结构件可行的空心体横截面基本上局限于圆形。D1中所公开的支撑件基本上是一种一维的支撑结构。对于覆盖大面积的屋顶结构，也就是基本上二维的支撑结构来说，需要在支撑件之间或者上面附加张紧的屋顶薄膜。此外，空心体的薄膜面积与通过覆盖其的面积相比较大(对圆形横截面适用：圆周值径＝Pi，也就是每m²覆盖面积约3.14m²薄膜)，这一点也反映出相当高的成本。

本发明的目的在于提供一种气动支撑结构件，该结构件可以消除该公开结构的上述缺点并作为二维支撑结构构成。

该目的通过权利要求1特征部分的主要特征得以实现，其他具有优点的结构方案在从属权利要求中予以说明。

现借助附图对本发明主题进行详细说明。其中：

图1a、b以纵剖面和横剖面示出气动板状件的第一实施例；

图2以侧视图借助横梁示出静力学原理；

图3-5以侧视图示出预张紧拉力件的不同结构方案；

图6-8以纵剖面示出预张紧拉力件气密穿过空心体薄膜的不同变型方案；

图9、10以纵剖面示出预张紧拉力件穿过空心体的两个实施例；

图11-13以横剖面示出预张紧拉力件不同的结构方案；

图14-17以纵剖面示出气动板状件不同的形状变型方案；

图18以纵剖面示出其形状不同于空心体形状的板状件实施例；

图19以纵剖面示出具有多个横向于压力/拉力件的方向定向空心体的板状件实施例；

图20以纵剖面示出分离状态下可分离的板状件实施例；

图21以等距图示出具有仅设置在一个方向上的压力/拉力件的板状件实施例；

图22以等距图示出具有变型方案横截面的压力板实施例；

图23以等距图示出压力件横向上加固的实施例；

图24以等距图示出具有唯一大空隙的压力件实施例；

图25以等距图示出具有设置在两个方向上的压力/拉力件的板状件实施例；

图26以等距图示出具有多边形结构的压力/拉力件的板状件实施例；

图27以等距图示出由板状件组成的屋顶实施例；

图28以空中透视图示出多个多边形板状件的组合；

图29以示意等距图示出多个矩形板状件的组合；

图30以示意等距图示出两个矩形板状件的组合；

图31a、b以示意分体等距图和俯视图示出具有压力/拉力件的板状件实施例；

图32以俯视图示出具有压力/拉力件的板状件第二实施例。

图1a、b示出气动板状件1的第一实施例。图1a和图1b分别以纵剖面BB和横剖面AA示出气动板状件1。两个压力/拉力件2在其末端上传力连接地相互连接并环绕空心体3，空心体由柔性薄膜9制成并可施加压力。薄膜9由于作用其上的拉应力较小例如可以由部分氟化的热塑性塑料(例如ETFE、Ethylen-Tetrafluor-Ethylen)高度透明和非常薄的薄膜制成。

压力/拉力件2既适用于吸收拉力也适用于吸收压力并例如由钢材或者木材组成。两个压力/拉力件2以例如规则的间距 a借助于仅吸收拉力的纯拉力件4传力连接地相互连接。这些拉力件4穿过空心体3。它们例如穿过贯通空心体3的气密的通道5。空心体3不与压力/拉力件2连接。气动板状件1基本上在压力/拉力件2传力连接连接的区域内支撑在立柱17上。

如果空心体3被施加压力，那么压力/拉力件2被压开并预张紧拉力件4。如果板状件1横向受力，那么压力作用于处于空心体3上面的压力/拉力件2并且拉力作用于从空心体3下面穿过的压力/拉力件2。承受压力的压力/拉力件2在负荷下趋于纵向弯曲。压力/拉力件2和预张紧拉力件4之间的连接部位6作为压力/拉力件2的中间立柱18使用并从承受压力的压力/拉力件2静力学的角度看去形成一个压力杆或者一个压力盘，所述压力杆或压力盘具有随着拉力件4的预张紧和随着横向作用负荷力 F的程度固定的或者弹性的中间立柱18。图2为说明借助横梁示出基本上等效的静态情况，该横梁在两个立柱17之间中间支撑在多个固定的中间立柱18上。

下面出于简化的原因为气动板状件1假设例如通过万有引力 F造成的单侧受力情况。因此一般情况下上面承受压力的压力/拉力件2称为压力件7，而一般情况下下面承受拉力的压力/拉力件2称为拉力件8。在这种单侧受力情况绝不会逆转的情况下，始终承受拉力的压力/拉力件2不言而喻也作为纯拉力件8构成，该拉力件仅承受并可以承受拉力。例如为此可以使用钢丝绳或者钢缆。但在屋顶的情况下，通过风力屋顶结构的重量会得到过度补偿并因此在下部压力/拉力件2上也导致承受压力。压力/拉力件2交替承受压力或者拉力也在例如作为墙壁使用时垂直定向的板状件情况下出现。

只要垂直拉力件4的预张紧力大于防止压力件7纵向弯曲所需的稳固力，连接部位6就起到假定的固定中间立柱的作用。只有在所需的稳固力超过预张紧拉力件4的预张紧力情况下，连接部位6才会出现偏移。空心体3内的超压p、预张紧拉力件4之间的间距 a以及压力件7的宽度和高度在板状件1规定负荷的情况下这样选择，使预张紧力始终明显大于防止纵向弯曲所需的稳固力。在此方面，适用间距 a越小，预张紧拉力件4稳固压力件7的预张紧力也就越小。间距 a越大，虽然这种稳固的预张紧力也就越大，但同时也加大了压力件7上不稳固、无支撑的长度，从而即使在压力件7上产生较小的轴向压力情况下也会造成其纵向弯曲。预张紧拉力件4的稳固和重量方面最好的分配和数量可以根据情况可以在数值上进行优化。

图3-5示出拉力件4在压力/拉力件2之间张紧的各种变型方案。空心体3在这些附图中没有示出。图3示出拉力件4的不同倾斜角和基本在相同点上借助于连接部位6与压力件7连接的多个拉力件4。图4示出预张紧拉力件4利用垂直对称平面和图5示出利用水平和垂直对称平面的结构。对称平面采用虚线示出。

图6-8示出薄膜9和预张紧拉力件4之间的连接可以松开细部的不同实施例。图6和7示出这种连接在拉力件4轴向上传力连接地实施的变型方案。在图6中，通过粘贴或者焊接进行连接，而在图7中通过连接件10进行连接，该连接件将预张紧的拉力件4与压力/拉力件2连接并同时穿过薄膜9气密和传力连接地封闭。连接件10例如可以由挤压的PVC或者由金属制成。

图8示出一种变型方案，具有薄膜9上沿拉力件4移动的气密开口。吊环11在薄膜9上加工而成，并借助于密封件12穿过预张紧拉力件4气密封闭。

图9示出预张紧拉力件4区域内板状件1的纵剖面。该拉力件4穿过空心体3的这种变型方案与图1a、b中所示相同。在空心体3上加工出拉力件4从中穿过的通道5。

图10详细示出这种利用通道5穿过的纵剖面。端件13具有用于容纳拉力件4的开口。端件13例如也可以物美价廉地由挤压的PVC制成。该端件为此具有用于气密夹紧薄膜9的装置。端件13也可以通过粘贴或者焊接与薄膜9连接。在这种情况下，端件13无需薄膜夹紧装置。套在两个端件13上的软管14构成里面存在环境压力的通道5。专业人员公知其他方案，如这种端件13可以具有薄膜夹紧装置和上面安装例如套装软管14的管19构成。与管19或者软管14连接的两个端件13这样确定尺寸，使其可以通过薄膜9上的开口穿入空心体3的内部并从内部与薄膜9连接。

图11-13以横截面示出预张紧拉力件4结构的不同变型方案。如图11所示，也可以以多于一个的拉力件4并排穿过空心体3。此外，在空心体3的外面预张紧拉力件4可使压力/拉力件2相互连接(图12、图13)。此外，可以设想和依据本发明，在板状压力/拉力件2上并排在压力/拉力件2之间压力/拉力件2的方向上设置多个管状空心体3(图13)。

图14-17示出气动板状件1可行的不同纵剖面形状，其中，仅示意示出压力/拉力件2和拉力件4。图14示出基本上矩形的纵剖面，其中，两个压力/拉力件2绝大部分平行分布。图15示出对称线状的纵剖面和图16示出非对称的线状纵剖面。如图17所示，也可以是圆弧状的纵剖面。

图18示出气动板状件1的一个实施例，其中，在纵剖面上空心体3的形状和通过压力/拉力件2确定的空隙有所不同。空心体3也可以仅一部分填充该空隙。

图19示出具有多个管状空心体3的板状件1，与图13所示的实施例相反，这些空心体横向于压力/拉力件2的方向设置。

图20中所示的板状件1在压力/拉力件2的方向上分成多个部件。这些部件在分离状态下以纵剖面示出。单个部件通过传力连接、弯曲刚性的连接利用连接件20连接成一个完整的压力/拉力件2。分体的优点是部件便于运输。同时，前面和后面实施例的所有压力/拉力件2也可以分体地构成。

下面的附图中示出气动板状件1或者板状件1组合的几种可行的实施例。从这些实施例中可以看出与现有技术相比的其他优点，即不仅可以构成基本上管状的支撑体，而且具有预张紧垂直拉力件4的开放式结构形式还可以具有更大的结构自由度和形状多样性。特别是可以制造平面的板状支撑体。

图21示意示出具有方向上平行分布的压力/拉力件2的气动板状件1的等距图。压力/拉力件2成对构成，其中，压力/拉力件2处于空心体3的上面并且压力/拉力件2处于空心体3的下面。唯一的空心体3产生三对压力/拉力件2拉力件4的预张紧力。在该示意图中，仅示出压力/拉力件2并利用附加线条示出空心体3。在构成一对压力/拉力件2之间分布在该附图和后面的附图中没有示出的预张紧拉力件4。

在图22中，作为压力件7使用三个横剖面向中心变窄的压力板。在其平放的末端上三个压力板构成连续的贯通边。

在图23中，压力件7附加利用横支撑15和防风斜杆16加固。而图24中最后还示出一个实施例，该实施例具有带大空隙的唯一板状压力件7。这些空隙可以具有任意的尺寸、结构、数量和形状并主要用于减轻重量。在该实施例上可以清楚看出，压力/拉力件不一定非得成对存在。唯一的板状压力件7可以在其末端上与多个拉力件8或者压力/拉力件2连接。

图25-27示出具有设置在两个或者多个方向上的压力/拉力件2的气动板状件1实施例。在图25中四对压力/拉力件2构成交叉点，该交叉点通过空心体3组成一个八边形的平面。压力/拉力件2在这里彼此正交设置。

图26示出采用多边形平面设计的板状件1的实施例。三对压力/拉力件2星形设置。各对压力/拉力件2之间的角度可以任意选择。此外，压力/拉力件2在不同的和多个点上交叉。

图27示出具有设置在两个方向上的压力/拉力件2的板状件1的另一个实施例。由各自两对压力/拉力件2构成的三个彼此连接的交叉点与空心体3构成一个矩形的大板状件1。每个压力件7两端必须平放在立柱17上。立柱17的功能用于屋顶例如可以通过支柱承担。

图28以空中透视图示出采用六边形平面设计的板状件1可以任意组合成更大的平面。

图29、30示出在矩形板状件1的基础上多个板状件1组合成更大平面结构的其他组合方案。图29以示意等距图示出由具有设置在两个方向上的压力/拉力件2的六个板状件1组成的一个平面。图30借助于压力/拉力件2示意示出由具有设置在四个方向上的压力/拉力件2的两个板状件1组成的同一平面。

例如在屋顶情况下，通过一个或者多个水平穿入空心体3并且始终利用织物连接片定位的薄膜，板状件1的隔热能力由于降低了对流热传导而可以得到明显提高。大型空心体3出于安全原因可以分成多个彼此相对的气密空腔，从而在薄膜损坏情况下不会使整个空心体3压力损耗，而失灵的只是一个或者一部分空腔。在膨胀大于10m的空心体3情况下，由于所需不足100mbar的较小压力，例如也可以借助于鼓风机取代压缩机施加压缩空气。

图31a、b示意示出上面所示本发明基本原理的另一实施例。压力/拉力件2可以作为平面多边形的网格构成，这些网格从它们那方面由多个借助于连接件22连接在一起的分部件21组成并构成压力/拉力网格23。两个这种压力/拉力网格23包括一个或者多个空心体3并借助于拉力件4连接。在分部件2彼此接触的连接件22上，只要由不同的压力/拉力网格23组成的分部件21不像例如在板状件1的边缘上或者板状件1平面的内部处于支柱17上的连接件22那样直接彼此接触，两个压力/拉力网格23就与至少一个拉力件4连接。此外，其它拉力件4也可以沿分部件21安装。图25中的板状件例如取代四个相互连接的贯通压力/拉力件2，也可以由具有四个连接件22构成压力/拉力网格的十二个分部件21制成。连接件22必须根据负荷方式吸收压缩应力和/或者拉应力并可以继续传导。连接件22例如可以借助于附加的连接件、借助于铰链或者也可以借助于不可松开的固定连接例如通过焊接或者粘贴实现。

图31a示出板状件1的等距图，其中，上部压力/拉力网格23为便于观察与下部分开示出，取消了空心体3并在几个连接件22上采用虚线举例示出拉力件4的分布。

图31b示出图31a实施例的示意俯视图。

图32示出压力/拉力件可以分成多个分部件21的另一种方案。在图32中可以设想，包括压力/拉力网格23边缘上的立柱17在内，板状件1的平面内部存在一个或者多个附加立柱17。空心体3在附加立柱17的情况下在压力/拉力网的中心为环形，确切地说基本上为环面形，而且上部和下部压力/拉力网格23在支柱17上彼此接触或者借助于垂直的压力件连接。

气动支撑结构可以由多个板状件1组成。具有压力/拉力网格23的板状件1基本上可以具有任意的平面形状。建筑师或者工程师特别是在将多个板状件1组合方面具有非常大的结构自由度。

压力/拉力网格23的网格形状和网格宽度可与板状件1上的实际应力分布相配合。分部件21可以具有不同的长度、形状和稳定性并由不同材料制成。例如，板状件1的边缘上、支柱17的区域内，出现的应力会高于压力/拉力网格23的平面内部的应力。

依据本发明具有压力/拉力网格23的气动板状件1特别适用于平面分布的载荷，例如像屋顶结构上由于雪和风的载荷。

不言而喻，这种板状件1可以是其他许多形状，而且这些板状件也可以按照各种各样的方式连接成更大的平面结构。从图1所示的基本原理出发，压力/拉力件2可以任意方向和数量分在至少一个空心体3的表面上，而且这个或者这些空心体3可以采用任意形状。

在板状件1作为漂浮刚性容器使用的情况下，空心体3也可以加注液体，例如加注汽油或者油。这种容器可以作为静态油箱使用，或者它们由于其刚性也非常适用于由船只拖带。

如果空心体3相反施加轻于空气的气体，那么可以在一定程度上减轻板状件1的重量，从而整个部件可以飘浮并进行静态上升。

Claims (34)

1.气动板状件(1)，

-具有至少一个气密和可施加压力介质的柔性材料空心体(3)，

-还具有至少两个包括空心体(3)用于吸收压力和拉力的压力/拉力件(2)，

-其中，每个压力/拉力件(2)在其末端上传力连接地与另一个压力/拉力件(2)的末端连接，

其特征在于，

-在其末端相互连接的压力/拉力件(2)之间存在至少一个空心体(3)，

-压力/拉力件(2)附加通过至少一个纯拉力件(4)相互连接，

-而且该拉力件(4)可借助于至少一个施加压力的空心体(3)预张紧。

2.按权利要求1所述的气动板状件(1)，其特征在于，至少一个拉力件(4)上的预张紧力大于所需的稳定力，以防止轴向上承受压力的压力/拉力件(2)纵向弯曲。

3.按权利要求2所述的气动板状件(1)，其特征在于，轴向上始终承受压力的压力/拉力件(2)作为纯压力件(7)构成，而轴向上始终承受拉力的压力/拉力件(2)始终作为纯拉力件(8)构成。

4.按权利要求2-3之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，预张紧的拉力件(4)穿过空心体(3)。

5.按权利要求2-3之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，该气动板状件具有既穿过空心体(3)也在空心体(3)外面通过的预张紧的拉力件(4)。

6.按权利要求4-5之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，拉力件(4)穿过空心体(3)在该拉力件(4)的方向上无薄膜(9)和拉力件(4)之间传力连接地完成。

7.按权利要求6所述的气动板状件(1)，其特征在于，拉力件(4)穿过安装在薄膜(9)上的吊环(11)，其中，该吊环(11)借助于处于拉力件(4)上的密封件(12)气密封闭，而且其中，该吊环(11)连同密封件(12)可在拉力件(4)上轴向移动。

8.按权利要求4-6之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，拉力件(4)穿过空心体(3)内的气密通道(5)。

9.按权利要求8所述的气动板状件(1)，其特征在于，通道(5)通过两个端件(13)构成，两个端件通过管(19)相互连接并可以通过薄膜(9)上的开口穿入空心体(3)内，其中，端件(13)随后可以通过夹紧、粘贴或者焊接与薄膜(9)气密连接并共同与管(19)构成穿过空心体(3)的气密通道(5)。

10.按权利要求9所述的气动板状件(1)，其特征在于，管(19)通过气密固定在两个端件(13)上的软管(14)构成。

11.按权利要求1-10之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，该板状件在压力/拉力件(2)的方向上具有至少两个基本上平行设置的空心体(3)。

12.按权利要求1-10之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，该板状件横向于压力/拉力件(2)的方向具有至少两个基本上平行设置的空心体(3)。

13.按权利要求1-12之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，板状件(1)在压力/拉力件(2)的方向上可以分成至少两部分，其中，压力/拉力件(2)的部件部分可松开、弯曲刚性和传力连接地借助于连接件(20)相互连接。

14.按权利要求1-13之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，该板状件具有至少两对彼此平行设置末端上相互连接的压力/拉力件(2)。

15.按权利要求1-14之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，该板状件具有板状的压力/拉力件(2)，其横截面通过其长度变型方案。

16.按权利要求1-15之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，为加固基本上横向在压力/拉力件(2)之间存在横支撑(15)或基本上对角在压力/拉力件(2)之间存在防风斜杆(16)。

17.按权利要求1-16之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，至少一个压力/拉力件(2)是具有空隙的板。

18.按权利要求1-17之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，设置在其末端上相互连接的各对压力/拉力件(2)，使其末端形成多边形。

19.按权利要求1-18之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，在空心体(3)的内部穿入至少一个水平的中间薄膜，该薄膜提高空心体(3)的隔热值并在垂直方向上降低对流热量传递。

20.按权利要求1-19之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，压力/拉力件(2)是平面的、多边形的压力/拉力网格(23)，而且该压力/拉力网格(23)本身由多个借助于连接件(22)传力连接接合的分部件(21)组成。

21.按权利要求20所述的气动板状件(1)，其特征在于，一对压力/拉力网格(23)至少在所有连接件(22)上借助于拉力件(4)彼此连接。

22.按权利要求20-21之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，分部件(21)和连接件(22)与空心体(3)的薄膜(9)一体化。

23.按权利要求22所述的气动板状件(1)，其特征在于，分部件(21)由纤维加固的可弯曲塑料带组成。

24.按权利要求22-23之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，板状件(1)包括空心体(3)的薄膜和分部件(21)在内整体可折叠或者可卷起地构成。

25.按权利要求20-24之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，仅承受拉力的分部件(21)作为纯拉力件构成。

26.按权利要求1-25之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，空心体(3)利用气密隔板分成多个彼此独立可施加压力的空腔。

27.按权利要求20-26之一所述的气动板状件(1)，其特征在于，压力/拉力网格由不同形状和厚度的不同分部件(21)构成。

28.由按权利要求1-27之一所述的气动板状件(1)组成的气动支承结构，其特征在于，多个板状件(1)连接成基本上二维或者三维的结构。

29.按权利要求1-19之一所述的多个气动板状件(1)来组合成相连接的更大平面结构的应用。

30.按权利要求1-20之一所述的气动板状件(1)作为屋顶的应用。

31.按权利要求1-20之一所述的气动板状件(1)作为桥的应用。

32.按权利要求1-20之一所述的气动板状件(1)作为漂浮的刚性容器的应用。

33.按权利要求1-20之一所述的气动板状件(1)在至少一个空心体(3)施加液体情况下作为漂浮的刚性运输容器或者存储容器的应用。

34.按权利要求1-20之一所述的气动板状件(1)在至少一个空心体(3)施加比空气轻的气体情况下作为飘浮的或者部分飘浮的屋顶的应用。

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