具有四个自由度的桁架结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有四个自由度的桁架结构，包括连杆机构和拉索，连杆机构由n个四连杆机构通过n-1节点相互连接而成，四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆相互转动连接组成，n-1个节点包括第一铰接点、第二铰接点以及n-3个销接节点，连杆机构被第一铰接点、第二铰接点、第一支座铰接点以及第二支座铰接点分为三个子连杆机构，在每个子连杆结构上设置第一拉索和第二拉索，在第一铰接节点连接的相邻两个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点之间设置一根伸缩杆。本实用新型专利技术采用连杆机构，并利用六根拉索和一根伸缩杆驱动连杆机构，形成具有多个稳定几何构形的桁架结构；其构造合理、设计和施工简单，适合各种跨度的建筑。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种桁架结构，尤其是一种具有四个自由度的桁架结构。
技术介绍
现有的可开启式屋盖结构，其几何形状大多只考虑“开始”和“结束”两个状态，也即折叠状态和展开状态。这两个状态之间的转换方式大致为水平移动式、水平旋转移动式、空间移动式、中枢轴转动式、折叠移动式和组合移动式等。但是这些可开启式屋盖结构只有平动或者转动的能力，事实上整个屋盖结构的外形并没有改变。所以这些可开启式结构并不是真正意义上的几何可变结构。在全球范围内利用太阳能、风能等新能源的很多大型项目，通常都是与建筑分离 的独立接受太阳辐射的发电系统。太阳能屋顶与建筑结合是太阳能应用领域的新趋势。新型太阳能屋顶将是建筑一体化太阳能发电系统。设计人员可以精准地计算出每块网格接受太阳辐射的效率，根据太阳的方位不断调整结构的几何外形，在考虑到整体建筑美观性的同时，尽最大可能接受太阳辐射，使整套系统的发电功效实现最大化。另外，现在体育馆内举办各种文艺演出活动越来越频繁，有时甚至超过了体育比赛频次，因此在设计体育馆时必须考虑两种功能的协调。而举办不同文艺演出时所需的空间、灯光等设施也是不同的，屋盖结构需要通过调整几何外形改变屋盖所覆盖的空间。为了满足太阳能屋顶尽最大可能接受太阳辐射以及多功能体育场馆举办不同活动时的灯光、空间、节能等的要求，十分有必要提出可以在多个几何状态之间变化的屋盖体系，并且这些几何状态是稳定的。
技术实现思路
为了满足太阳能屋顶尽最大可能接受太阳辐射以及多功能体育场馆举办不同活动时的灯光、空间、节能等的要求，十分有必要提出可以在多个几何状态之间变化的屋盖支撑结构，并且这些几何状态是稳定的。本技术提供了一种具有四个自由度的桁架结构，该桁架可以用作需要多个稳定几何构形屋盖体系的支撑结构，其不仅能满足建筑对屋盖形状变化的各项功能要求，还具有设计和施工方便等优点，能较好地满足各种跨度建筑对屋盖开合功能的要求。为了达到上述目的，本技术采用了如下技术方案一种具有四个自由度的桁架结构，包括连杆机构和拉索，所述的连杆机构由η个四连杆机构通过η-i节点相互连接而成，η不小于3且不大于720，所述的四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆相互转动连接组成，所述的四连杆机构的第三连杆及第四连杆和相邻四连杆机构的第一连杆和第二连杆共用一个节点，η个四连杆机构中第一个四连杆机构的第一连杆和第二连杆的节点与第一支座铰接点转动连接，最后一个四连杆机构的第三连杆和第四连杆的节点也与第二支座铰接点转动连接，其特征在于所述的η-1个节点包括第一铰接点、第二铰接点以及η-3个销接节点,第一铰接点和第二铰接点间隔的布置在η-3个销接节点之间，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第三连杆和另一个四连杆机构的第一连杆形成一根杆件，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第四连杆和另一个四连杆机构的第二连杆形成一根杆件；所述的连杆机构被第一铰接点、第二铰接点、第一支座铰接点以及第二支座铰接点分为三个子连杆机构，在每个子连杆机构中首尾均为铰接节点，在每个子连杆结构上设置第一拉索和第二拉索，所述第一拉索从该子连接结构首个节点开始，穿过第一个四连杆机构的第一连杆和第四连杆的连接节点，然后穿过第一个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点，再穿过第二个四连杆机构的第一连杆和第四连杆的连接节点，随后再穿过第二个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点，如此反复，直至连接到尾部的节点，所述的第二拉索连接子连杆机构首尾的两个节点；在第一铰接节点或第二铰接点连接的相邻两个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点之间设置一根伸缩杆。从而通过六根拉索和一根伸缩杆长度的变化来改变桁·架结构的几何外形。本技术的有益效果是，本技术由压杆组成具有四个自由度的连杆机构，并利用三根第一拉索、三根第二拉索和一根伸缩杆驱动连杆机构，形成具有多个稳定几何构形的桁架结构；该专利技术可以从一个几何构形任意变化到另外多个几何构形，并且在这些几何构形处可以承受外荷载；另外，由于本技术由高强度索和压杆组成，其质量较小，结构的部分刚度由预应力提供，所以可以节省大量的材料，减少自重；而且其构造合理、设计和施工简单，适合于各种跨度的建筑。以下结合附图及实施例对本技术进一步详细说明图I是本技术结构示意图。图2是桁架结构稳定构形一(拉索和伸缩杆没有显示)。图3是桁架结构稳定构形二 (拉索和伸缩杆没有显示)。图4是桁架结构稳定构形三(拉索和伸缩杆没有显示)。具体实施方式一种具有四个自由度的桁架结构，包括由连杆机构和拉索构成，所述的连杆机构有多个四连杆机构5组成，所述的四连杆机构5由第一连杆I、第二连杆2、第三连杆3及第四连杆4组成，且第一连杆I的一端与第二连杆2的一端转动连接，第二连杆2的另一端与第三连杆3的一端转动连接，第三连杆3的另一端与第四连杆4的一端转动连接，第四连杆4的一端与第一连杆I的另一端转动连接。所述的四连杆机构的第一连杆I、第二连杆2、第三连杆3及第四连杆4的长度均相等。所述的连杆机构由η个四连杆机构5通过η-i节点相互连接而成，η不小于3且不大于720，且四连杆机构的第三连杆3及第四连杆4和相邻四连杆机构的第一连杆I和第二连杆2共用一个节点，η个四连杆机构中第一个四连杆机构的第一连杆I和第二连杆2的节点与支座转动连接，最后一个四连杆机构的第三连杆3和第四连杆4的节点也与支座转动连接。且在这η-i个节点中，有η-3个节点连接的四连杆机构的第三连杆3和相邻四连杆机构5的第一连杆形成一根杆件，且四连杆机构的第四连杆4与相邻四连杆机构的第二连杆2形成一根杆件，从而使这η-3个节点变为两杆杆件的销接节点，而另外两个节点仍然为四根杆件相互铰接节点，分别称之为第一铰接点6和第二铰接点7。所述的连杆机构被第一铰接点6、第二铰接点7及两个支座铰接点分为三个子连杆机构，在每个子连杆机构中首尾均为铰接节点，且用一根拉索8将首尾铰接点相邻，所述的拉索，从首部铰接节点开始，穿过第一个四连杆机构的第一连杆I和第四连杆4的连接节点，然后穿过第一个四连杆机构的第二连杆2和第三连杆3的连接节点，再穿过第二个四连杆机构的第一连杆I和第四连杆4的连接节点，随后再穿过第二个四连杆机构的第二连杆2和第三连杆3的连接节点，如此反复，直至连接到尾部的铰接节点，另一根拉索9连接子连 杆机构首尾的两个铰节点。在第一铰接节点6连接的相邻两个四连杆机构的第二连杆2和第三连杆3的连接节点之间设置一根伸缩杆10，从而通过六根拉索和一根伸缩杆长度的变化来改变桁架结构的几何外形。下面参照说明书附图，对本技术的具体实施方式作出更为详细的说明如图I所示，一种具有四个自由度的桁架结构，包括由连杆机构和拉索构成，所述的连杆机构有多个四连杆机构5组成，所述的四连杆机构5由第一连杆I、第二连杆2、第三连杆3及第四连杆4组成，且第一连杆I的一端与第二连杆2的一端转动连接，第二连杆2的另一端与第三连杆3的一端转动连接，第三连杆3的另一端与第四连杆4的一端转动连接，第四连杆4的一端与第一连杆I的另一端转动连接，所述的连杆机构由12个四连杆机构5通过11节点相互连接而成，且四连杆机构的第三连杆3及第四连杆4和相邻四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有四个自由度的桁架结构，包括连杆机构和拉索，所述的连杆机构由n个四连杆机构通过n？1节点相互连接而成，n不小于3且不大于720，所述的四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆相互转动连接组成，所述的四连杆机构的第三连杆及第四连杆和相邻四连杆机构的第一连杆和第二连杆共用一个节点，n个四连杆机构中第一个四连杆机构的第一连杆和第二连杆的节点与第一支座铰接点转动连接，最后一个四连杆机构的第三连杆和第四连杆的节点也与第二支座铰接点转动连接，其特征在于：所述的n？1个节点包括第一铰接点、第二铰接点以及n？3个销接节点，第一铰接点和第二铰接点间隔的布置在n？3个销接节点之间，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第三连杆和另一个四连杆机构的第一连杆形成一根杆件，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第四连杆和另一个四连杆机构的第二连杆形成一根杆件；所述的连杆机构被第一铰接点、第二铰接点、第一支座铰接点以及第二支座铰接点分为三个子连杆机构，在每个子连杆机构中首尾均为铰接节点，在每个子连杆结构上设置第一拉索和第二拉索，所述第一拉索从该子连接结构首个节点开始，穿过第一个四连杆机构的第一连杆和第四连杆的连接节点，然后穿过第一个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点，再穿过第二个四连杆机构的第一连杆和第四连杆的连接节点，随后再穿过第二个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点，如此反复，直至连接到尾部的节点，所述的第二拉索连接子连杆机构首尾的两个节点；在第一铰接节点或第二铰接点连接的相邻两个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点之间设置一根伸缩杆。...

【技术特征摘要】
1.一种具有四个自由度的桁架结构，包括连杆机构和拉索，所述的连杆机构由η个四连杆机构通过η-i节点相互连接而成，η不小于3且不大于720，所述的四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆相互转动连接组成，所述的四连杆机构的第三连杆及第四连杆和相邻四连杆机构的第一连杆和第二连杆共用一个节点，η个四连杆机构中第一个四连杆机构的第一连杆和第二连杆的节点与第一支座铰接点转动连接，最后一个四连杆机构的第三连杆和第四连杆的节点也与第二支座铰接点转动连接，其特征在于 所述的η-i个节点包括第一铰接点、第二铰接点以及η-3个销接节点，第一铰接点和第二铰接点间隔的布置在η-3个销接节点之间，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第三连杆和另一个四连杆机构的第一连杆形成一根杆件，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第四连杆和另一个四连杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建国，冯健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：