本發(fā)明涉及一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

開合屋蓋結(jié)構(gòu)是近半個(gè)多世紀(jì)發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)大氣的變化和建筑的使用需求部分或全部開啟和關(guān)閉屋蓋。開合屋蓋結(jié)構(gòu)的主要特征是具有兩種穩(wěn)定的構(gòu)型：完全閉合狀態(tài)和完全展開工作狀態(tài)。屋蓋正常使用階段需要運(yùn)動(dòng)并且具備多個(gè)不同受力狀態(tài)，與常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)相比，設(shè)計(jì)和施工更加復(fù)雜。因此國(guó)內(nèi)外建筑對(duì)于開合屋蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分有限，并且不能良好滿足人們對(duì)開合屋蓋結(jié)構(gòu)的建筑功能需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供了一種豎向剛度好、收縮率大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于折疊的具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)。滿足建筑對(duì)可展屋蓋結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)功能要求,還具有設(shè)計(jì)和施工方便等優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)，由下部平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)和上部剛性屋面板組成，其特征在于：平面徑向開合屋蓋由兩個(gè)以上的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和兩個(gè)以上的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)組成，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)同心布置，徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)沿所述環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)形成的圓環(huán)的徑向布置；環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)由多個(gè)環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸單元頭尾相連成環(huán)形；徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)由多個(gè)徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元頭尾相連成線形；所述環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸由兩個(gè)長(zhǎng)度相等的第一連桿在桿中間鉸接組成，所述徑向?qū)ΨQ剪式鉸由兩個(gè)長(zhǎng)度相等的第二連桿在桿中間鉸接組成；徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)通過徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元的第二連桿端部與環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸單元的第一連桿端部鉸接實(shí)現(xiàn)連接，并且徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)伸出最外圈環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)端部并鉸接于只具有豎向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸支座；所述平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)在投影面上分為由彼此連續(xù)的三角形屋面板連接單元和四邊形屋面板連接單元組成的剛性屋面板連接單元；

所述三角形屋面板連接單元沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述三角形屋面板單元的三個(gè)頂點(diǎn)包括間隔的兩個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和內(nèi)側(cè)的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接形成的第一頂點(diǎn)、第二頂點(diǎn)，以及位于第一和第二頂點(diǎn)中間的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和最內(nèi)圈相鄰的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)構(gòu)成的第三頂點(diǎn)。

所述四邊形面板連接單元沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，所述四邊形面板連接單元的四個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上并且都在徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上；所述四邊形面板連接單元的四個(gè)頂點(diǎn)包括位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與相間隔一個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上的第四頂點(diǎn)和第五頂點(diǎn)，以及位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和被相間隔的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上的第六頂點(diǎn)和第七頂點(diǎn)；

其中三角形屋面板連接單元S個(gè)，四邊形屋面板連接單元N個(gè)，X為徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)，Y為環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)，則滿足

所述上部剛性屋面板由位于所述三角形面板連接單元的第一剛性板折疊單元和位于所述四邊形面板連接單元的第二剛性板折疊單元組成；所述第一剛性板折疊單元由兩對(duì)以上的第一剛性板組鉸接而成且展開后成一等腰三角形，每對(duì)第一剛性板組為由兩塊剛性板沿所述等腰三角形的高所在位置鉸接的折疊結(jié)構(gòu)，相鄰對(duì)第一剛性板組的兩塊剛性板之間的折疊方向相反，相鄰第一剛性板組之間的折疊方向相反；所述第二剛性板折疊單元由四對(duì)以上的第二剛性板組鉸接而成且展開后成一對(duì)角線垂直的四邊形板，每對(duì)第二剛性板組為由兩塊剛性板沿所述對(duì)角線所在位置鉸接的折疊結(jié)構(gòu)，相鄰對(duì)第二剛性板組的兩塊剛性板之間的折疊方向相反，相鄰第二剛性板組之間的折疊方向相反。

第一剛性板組沿所述等腰三角形的高等距布置；第二剛性板組沿所述四邊形板的對(duì)角線等距布置。

所述環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)為3～10個(gè)，所述徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)為10～40個(gè)。

所述第一連桿為直桿。

所述第一連桿為平面直桿。

所述第二連桿為直桿。

所述第二連桿為平面直桿。

當(dāng)平面徑向開合屋蓋處于完全展開狀態(tài)時(shí)，剛性屋面板處于張緊狀態(tài)，承受外界及結(jié)構(gòu)自身的荷載，此時(shí)剛性屋面板單元的固接角點(diǎn)之間的距離最大；當(dāng)平面徑向開合屋蓋處于收縮狀態(tài)時(shí)，剛性屋面板單元的固接角點(diǎn)之間距離縮短。

本發(fā)明具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn):

1)自重輕。剛性屋面板可采用輕盈的材料，從而使結(jié)構(gòu)重量降低，下部的支撐結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的斷面尺寸也可以相應(yīng)縮小，大大降低工程造價(jià)。

2)減少能源消耗，節(jié)省費(fèi)用。剛性屋面板耗材少，并且可以選用有一定透光率的材料，在平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)完全展開時(shí)可充分利用自然光，白天使用可以減少人工照明。

3)施工速度快。

本發(fā)明由徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)同步進(jìn)行伸縮，上部采用所述的剛性屋面板，從而使得具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)伸縮自由，伸縮率大；剪式鉸單元的折疊方向?yàn)樨Q直面，使具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)具有較大的豎向剛度，而且構(gòu)造合理、設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，特別適合中小跨度的建筑。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明：

圖1是本發(fā)明具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖3是徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接示意圖。

圖4是組成鏈形剪式機(jī)構(gòu)的對(duì)稱剪式鉸單元示意圖。

圖5是三角形面板連接單元上的第一剛性板折疊單元展開狀態(tài)示意圖。

圖6是三角形面板連接單元上的第一剛性板折疊單元展開狀態(tài)示意圖。

圖7是四邊形面板連接單元上的第二剛性板折疊單元展開狀態(tài)示意圖。

圖8是四邊形面板連接單元上的第二剛性板折疊單元展開狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照說明書附圖，對(duì)本發(fā)明作出更為詳細(xì)的說明：

如圖1所示，一種具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋結(jié)構(gòu)1。該結(jié)構(gòu)由下部平面徑向開合屋蓋和上部剛性屋面板組成，其中平面徑向開合屋蓋是由3個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2和16個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4組成。其中，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2由48個(gè)環(huán)向?qū)ΨQ剪式鉸單元3組成，環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2沿徑向均勻間隔布置；徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4由14個(gè)徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元5組成，徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4沿環(huán)向均勻間隔布置，并且有兩個(gè)徑向?qū)ΨQ剪式鉸單元伸出最外圈的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)，鉸接于只具有豎向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸支座7。

平面徑向開合屋蓋在投影面上分為彼此連續(xù)的剛性屋面板連接單元，包括三角形屋面板連接單元ACE、四邊形屋面板連接單元ABCD。三角形屋面板連接單元中的兩個(gè)頂點(diǎn)A、E位于相鄰的兩個(gè)間隔的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和內(nèi)側(cè)的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)鉸接形成的第一頂點(diǎn)、第二頂點(diǎn)，以及位于第一和第二頂點(diǎn)中間的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和內(nèi)側(cè)相鄰的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)構(gòu)成的第三頂點(diǎn)C；

四邊形屋面板連接單元沿徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)對(duì)稱，四邊形屋面板連接單元的四個(gè)頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，A、B頂點(diǎn)位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的中間徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)與兩個(gè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上，另外兩個(gè)頂點(diǎn)C、D分別位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上；

如圖2所示，在平面徑向開合屋蓋的投影面上連續(xù)分布著三角形面板連接單元8和四邊形面板連接單元9。具有剛性屋面板的平面徑向開合屋蓋是由8個(gè)三角形屋面板連接單元8，16個(gè)四邊形屋面板連接單元9組成。

如圖3所示，徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)成如下：環(huán)向鏈形機(jī)構(gòu)2和徑向鏈形機(jī)構(gòu)4通過上下兩個(gè)剪式鉸單元連桿端部鉸節(jié)點(diǎn)6連接。由此，通過該鉸節(jié)點(diǎn)的作用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)開合過程中徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的同步伸縮。

如圖4所示的組成徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的對(duì)稱剪式鉸單元是目前應(yīng)用最為廣泛的平行剪式鉸單元。對(duì)稱剪式鉸單元的連桿長(zhǎng)度相等，且通過連桿中間的一個(gè)銷接節(jié)點(diǎn)相連，連桿僅能繞垂直與該對(duì)連桿所在平面的軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而其它自由度完全受到了限制；同時(shí)對(duì)稱剪式鉸單元之間的連接是通過桿端部鉸節(jié)點(diǎn)鉸接實(shí)現(xiàn)。該單元在運(yùn)動(dòng)過程中其端部鉸節(jié)點(diǎn)的連線保持平行。

如圖5和圖6所示是三角形面板連接單元上的第一剛性板折疊單元示意圖。三角形屋面板連接單元8布置在三角形ACE上，其中頂點(diǎn)A、E在間隔的兩個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4和最內(nèi)側(cè)環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2的鉸接點(diǎn)處；頂點(diǎn)C在徑向?qū)ΨQ軸所在的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)4和內(nèi)側(cè)相鄰的環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)2的鉸接點(diǎn)上。在本實(shí)施例中，三角形面板單元是由6對(duì)第一剛性板組相互鉸接而成，其中第一對(duì)板組和最后一堆板組為三角形板單元鉸接而成，中間4對(duì)板組由梯形剛性板單元鉸接而成，各剛性板連接處的公共邊為邊界線，邊界線分為峰線和谷線，分別代表向外和向內(nèi)的折疊方向。向外折疊是指相鄰的剛性板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰剛性板的內(nèi)法線之間的夾角變大。點(diǎn)81、83是峰線的交點(diǎn)，點(diǎn)80、82、84是谷線的交點(diǎn)，并且峰線的交點(diǎn)和谷線的交點(diǎn)在徑向?qū)ΨQ軸上交替等距分布。

如圖7和圖8所示是四邊形面板連接單元上的第二剛性板折疊單元示意圖。四邊形面板連接單元8的四個(gè)頂點(diǎn)ABCD位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，其中，頂點(diǎn)C、D位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中兩側(cè)的徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于同一環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上，另兩個(gè)頂點(diǎn)A、B位于相鄰的三個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)中間的一個(gè)徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)上且位于徑向鏈形剪式機(jī)構(gòu)和環(huán)向鏈形剪式機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)上。在四邊形面板連接單元兩條對(duì)角線上，分別對(duì)稱的布置有相互鉸接的第二剛性板組，第二剛性板組與第一剛性板組的結(jié)構(gòu)相同，也有若干組三角形板和梯形板組成。在本實(shí)施例中，第二剛性板組為15對(duì)，包括11對(duì)由梯形剛性板單元組成的剛性板組和4對(duì)由三角形剛性板單元組成的剛性板組。各剛性板連接處的公共邊為邊界線，邊界線分為峰線和谷線，分別代表向外和向內(nèi)的折疊方向。向外折疊是指相鄰的剛性板的外法線之間的夾角變大，向內(nèi)折疊是指相鄰剛性板的內(nèi)法線之間的夾角變大。對(duì)角線的交點(diǎn)91處有四條峰線和四條谷線相交，其中谷線分布在對(duì)角線AB、CD上，峰線是點(diǎn)91和四邊形各邊中點(diǎn)92、93、94、95的連線。峰線的交點(diǎn)和谷線的交點(diǎn)均分布在對(duì)角線AB、CD的N1等分點(diǎn)和N2等分點(diǎn)上(N1和N2是大于2的整數(shù))。