一种具有四块刚性板折叠单元的可展开柱面网壳结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有四块刚性屋面板的折叠柱面结构，由上设有刚性屋面板的多榀折叠拱单元在长度方向连接构成，每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，四棱锥基本单元上设有刚性屋面板单元，每个刚性屋面板单元由4个四边形板组成，四棱锥基本单元的上层4个节点与刚性屋面板单元最外圈的4个节点铰接。本发明专利技术结构为单自由度体系，减小了驱动装置的数量；另外，由于本发明专利技术构成的构件数远少于一般的折叠网格结构，通过其上刚性片使得结构开合灵活，增加了结构的刚度，结构构造简单，设计和施工方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有基于刚性屋面板的折叠柱面网壳结构，特别是一种具有四块刚性板折叠单元的可展开柱面网壳结构。
技术介绍
折叠结构顶符合当代建筑理念，是大跨空间结构的一个主要发展趋势，它越来越受到人们的青睐。折叠结构因其具有工期短、易搬迁和可重复利用等优点，已引起了现代建筑师的极大兴趣。但其在大跨结构中使用较少，主要原因有：（1）折叠网格结构的节点设计一般比较复杂，目前尚缺乏构造简单且实用、造价低廉的适合工程应用的节点设计；（2）折叠网格结构的构件除受轴力外，还受一定弯矩，受力性能不佳，造价较高；（3）折叠网格结构的刚度很差，位移较难满足使用要求。只有可折叠柱面网壳而则会结构刚度不足，若在柱面网壳上连接基本单元为四块刚性板折叠单元的刚性屋面板则可以很好地提供刚度，即用折叠刚性板形成的板壳结构作为下部折叠网格结构的屋面板。此外，相连的折叠刚性板在展开过程中可形成具有一定曲率的圆弧面，提供了较大的使用空间，使得此种模型可用于建造展览馆、帐篷等可供人们使用的场所，其优越性在于该模型展开到某种状态时，会形成具有一定跨度和矢高的体系。
技术实现思路
本专利技术所要解决得技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、施工方便、成本低且受力性好的可折叠柱面结构，能较好地满足临时性建筑方便搭建和移动及大跨度建筑对折叠功能的要求，更加可以满足结构的刚度和使用舒适需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有四块刚性板折叠单元的可展开柱面网壳结构，由上设有基于折纸的刚性屋面板的多榀折叠拱单元在长度方向连接构成，其特征在于：所述每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，n为≥2的自然数，所述四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，所述正向折杆剪式单元由两根折杆组成，所述正向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角大于下端的夹角，四个正向折杆剪式单元依次首尾通过端部节点连接成环状，四个折杆剪式单元的中间节点位于同一平面内，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，所述反向折杆剪式单元也由两根折杆组成，所述反向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角小于下端的夹角，反向折叠剪式单元的端部节点连接在所述每榀折叠拱单元沿结构长度方向上的正向折叠剪式单元的端部节点上。所述的四棱锥基本单元上设有刚性屋面板单元，每个刚性屋面单元由4个四边形板组成，所述四个平行四边形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一四边形板、第二四边形板、第三四边形板和第四四边形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边和第四公共边；在运动过程中，第一四边形板、第二四边形板和第三四边形板、第四四边形板是关于第二公共边和第四公共边形成的平面对称的。所述的第二公共边、第三公共边和第四公共边为峰线，第一公共边为谷线，相邻的四边形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述向外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的内法线之间的夹角变大。所述第一四边形板在第一公共边两侧的边线与第一公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；所述第三四边形板在第三公共边两侧的边线与第一公共边的夹角分别为第三夹角和第四夹角；第一夹角和第四夹角互为补角，第二夹角与第三夹角互为补角；且第二夹角和第四夹角不相等。所述折杆在中间节点两侧的长度相等。所述折杆为平面杆或空间结构的杆件。所述的四棱锥基本单元的上层4个节点与刚性屋面板单元最外圈的4个节点铰接。所述的第一四边形板法线和第二四边形板法线不应平行，且其初始夹角应大于等于10°。本专利技术结构为单自由度体系，减小了驱动装置的数量；另外，由于本专利技术构成的构件数远少于一般的折叠网格结构，因此给人们一种简洁明快的效果，克服了网格结构感观上杆件繁多凌乱的缺点；并通过其上刚性片使得结构开合灵活，增加了结构的刚度，结构构造简单，设计和施工方便。附图说明图1为折杆剪式单示意图；图2为四棱锥单元示意图图3为折杆剪式单元正反相连示意图；图4为刚性屋面完全展开示意图；图5为一个刚性屋面板单元完全展开示意图；图6为刚性屋面板单元及四棱锥单元相连示意图：图7为整体示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，可折叠柱面网壳的基本单元是折杆剪式单元1。每个折杆剪式单元1由两根折杆2组成，弯折处在折杆2中点，虚线为折杆剪式单元运动界线。四个折叠展开运动方向相同的折杆剪式单元1通过环向相连组成一个可折叠展开的四棱锥单元3，如图2所示。固定端部任意一个折杆剪式单元1，就形成了单自由度体系，可实现整体展开和折叠。确定结构跨度后为避免几何不相容折杆尺寸都通过做辅助线来确定。一个四棱锥单元3可认为是以一个折杆剪式单元1为对象，该折杆剪式单元1折叠展开运动中心为中心点环形阵列形成的。n个这样的四棱锥单元3首尾相连，沿跨度方向环绕半个圆周组成一榀折叠拱单元4。正向折杆剪式单元11和一个反向折杆剪式单元12相连示意如图3所示，沿结构长度方向，相邻折杆剪式单元运动方向相反。每榀折叠拱单元间通过（n+1）个与折叠拱内基本折杆剪式单元运动方向相反的折杆剪式单元相连，就形成了可折叠柱面网壳5。刚性屋面6开成平面如图4所示。每个刚性屋面板单元7由四个四边形板组成，所述四个平行四边形7板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一四边形板71、第二四边形板72、第三四边形板73和第四四边形板74，它们之间的公共边分别为第一公共边75、第二公共边76、第三公共边77和第四公共边78；在运动过程中，第一四边形板71、第二四边形板72和第三四边形板73、第四四边形板74是关于第二公共边76和第四公共边78形成的平面对称的。所述的第二公共边76、第三公共边77和第四公共边78为峰线，第一公共边75为谷线，相邻的四边形板7沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述向外折叠是指相邻的平行四边形板7的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板7的外法线之间的夹角变小。所述第一四边形板71在第一公共边75两侧的边线与第一公共边75的夹角分别为第一夹角79和第二夹角710；所述第三四边形板73在第三公共边77两侧的边线与第一公共边75的夹角分别为第三夹角711和第四夹角712；第一夹角79和第四夹角712互为补角，第二夹角710与第三夹角711互为补角；且第二夹角710和第四夹角712不相等。折叠起来之后，跨度方向不同列刚性屋面板单元7之间按照一定的角度进行旋转排列，从而形成了具有一定曲率的圆弧面。而柱面网壳5长度方向上，刚性屋面板单元7每一行是平行的。所以体系在运动过程中将形成柱面壳的构形。将折起来的刚性屋面6与下部可折叠柱面网壳5相连，即每个四棱锥单元2上对应一个刚性屋面板单元（与刚性屋面板单元最外圈的4个节点铰接，如图6所示），将每个子棱锥单元3上端的4个节点（31、32、33和34），参见图2，分别与刚性屋面板单元最外圈的4个节点（713、714、715、和716）铰接，如图5。整体结构结构如图7所示。从折叠到展开过程中模型的几何形态有较大差别。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有四块刚性屋面板的折叠柱面结构，由上设有刚性屋面板的多榀折叠拱单元在长度方向连接构成，其特征在于：所述每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，n为≥2的自然数，所述四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，所述正向折杆剪式单元由两根折杆组成，所述正向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角大于下端的夹角，四个正向折杆剪式单元依次首尾通过端部节点连接成环状，四个折杆剪式单元的中间节点位于同一平面内，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，所述反向折杆剪式单元也由两根折杆组成，所述反向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角小于下端的夹角，反向折叠剪式单元的端部节点连接在所述每榀折叠拱单元沿结构长度方向上的正向折叠剪式单元的端部节点上；所述的四棱锥基本单元上设有刚性屋面板单元，每个刚性屋面板单元由4个四边形板组成，所述四个平行四边形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一四边形板、第二四边形板、第三四边形板和第四四边形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边和第四公共边；在运动过程中，第一四边形板、第二四边形板和第三四边形板、第四四边形板是关于第二公共边和第四公共边形成的平面对称的；所述的第二公共边、第三公共边和第四公共边为峰线，第一公共边为谷线，相邻的四边形板沿着峰线向外折叠，沿着谷线向内折叠，所述向外折叠是指相邻的平行四边形板的外法线之间的夹角变大，向内折叠是指相邻的平行四边形板的内法线之间的夹角变大，所述的第一四边形板在第一公共边两侧的边线与第一公共边的夹角分别为第一夹角和第二夹角；所述第三四边形板在第三公共边两侧的边线与第一公共边的夹角分别为第三夹角和第四夹角；第一夹角和第四夹角互为补角，第二夹角与第三夹角互为补角；且第二夹角和第四夹角不相等；所述的四棱锥基本单元的上层4个节点与刚性屋面板单元最外圈的4个节点铰接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有四块刚性屋面板的折叠柱面结构，由上设有刚性屋面板的多榀折叠拱单元在长度方向连接构成，其特征在于：所述每榀折叠拱单元由n个四棱锥基本单元沿着结构跨度方向相连组成，n为≥2的自然数，所述四棱锥基本单元由四个正向折杆剪式单元组成，所述正向折杆剪式单元由两根折杆组成，所述正向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角大于下端的夹角，四个正向折杆剪式单元依次首尾通过端部节点连接成环状，四个折杆剪式单元的中间节点位于同一平面内，相邻两榀折叠拱单元之间采用反向折叠剪式单元连接，所述反向折杆剪式单元也由两根折杆组成，所述反向折杆剪式单元的两根折杆之间上端的夹角小于下端的夹角，反向折叠剪式单元的端部节点连接在所述每榀折叠拱单元沿结构长度方向上的正向折叠剪式单元的端部节点上；所述的四棱锥基本单元上设有刚性屋面板单元，每个刚性屋面板单元由4个四边形板组成，所述四个平行四边形板两两共线并相交于一顶点，按照逆时针分别为第一四边形板、第二四边形板、第三四边形板和第四四边形板，他们之间的公共边分别为第一公共边、第二公共边、第三公共边和第四公共边；在运动过程中，第一四边形板、第二四边形板和第三四边形板...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建国，王馨玉，冯健，周宇航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32