環向開合屋蓋結構制造技術

本實用新型專利技術公開了一種環向開合屋蓋結構，由多榀球面四連板機構組成，所述的球面四連板機構由第一平板、第二平板、第三平板及第四平板組成，所述的第一平板和第四平板為錐形板，所述的第二平板和第三平板為錐臺形板，所述的第二平板設置在第一平板的錐形底面上且通過中部柱鉸連接，所述的第三平板設置在第四平板的錐形底面上且通過另一中部柱鉸連接，第二平板和第三平板通過其公共邊滾動鉸連接，第四平板和第一平板通過公共邊滾動鉸連接；一個球面四連板機構的第一平板和相鄰球面四連板機構的第四平板滾動鉸連接，且其第二平板和相鄰球面四連板機構的第三平板也是滾動鉸連接。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種開合屋蓋結構，特別是一種環向開合屋蓋結構。
技術介紹
如果將機構學的發展過程看作是由相對簡單的平面機構到較為復雜的球面機構，再由球面機構發展到更為復雜的空間機構，則球面機構就是架在平面機構和空間機構之間的橋梁。球面四桿機構是最基本的、最常用的球面機構，典型的球面四桿機構如圖I所示。圖中所示，A、B、C和D軸線為球面四桿機構的四個柱鉸的軸線，均指向圓心O點。事實上真正的球面機構并不要求各個桿的形狀成圓弧狀，只要各桿都做球面運動即可。當機構運動時，其構件上所有點在一個與固定點保持不變距離的球面上運動。 開合屋蓋是在建筑理念中引入機構學思想的結果，是現代體育建筑的一個主要發展趨勢，它越來越受到人們的青睞。我國在最近十幾年興起了建造開合結構的熱潮，小規模的開合式屋頂建筑已經有數十座，目前運行狀況良好，大型開合結構的建造也有了一定的成就。但國內外現已建成的數百座開合屋蓋建筑結構形式和開合機理較為簡單，而且開合屋蓋的研究滯后于工程實踐狀態。如何將機構學理論和開合屋蓋結合起來更是急需解決的問題。
技術實現思路
本技術提供了一種環向開合屋蓋結構，該開合屋蓋不僅能滿足建筑對屋蓋開合的各項功能要求，還具有設計和施工方便等優點，能較好地滿足中小跨度建筑對屋蓋開合功能的要求。為了達到上述目的，本技術采用了如下技術方案一種環向開合屋蓋結構，其特征在于由多榀球面四連板機構組成，所述的球面四連板機構由第一平板、第二平板、第三平板及第四平板組成，所述的第一平板和第四平板為錐形板，所述的第二平板和第三平板為錐臺形板，所述的第二平板設置在第一平板的錐形底面上且通過中部柱鉸連接，所述的第三平板設置在第四平板的錐形底面上且通過另一中部柱鉸連接，第二平板和第三平板通過其公共邊滾動鉸連接，第四平板和第一平板通過公共邊滾動鉸連接；一個球面四連板機構的第一平板和相鄰球面四連板機構的第四平板滾動鉸連接，且其第二平板和相鄰球面四連板機構的第三平板也是滾動鉸連接；位于端部的一榀球面四連板機構的第一平板和第四平板的交線的兩個端點與屋蓋支撐結構鉸接，其余各榀球面四連板機構第一平板和第四平板的交線的兩個端點中的內側端點與屋蓋支撐結構鉸接，外側端點與屋蓋支撐結構滑動連接。一個球面四連板機構的第一平板和相鄰球面四連板機構的第四平板兩平板的連接面為圓弧形面，且其第二平板和相鄰球面四連板機構的第三平板兩平板的連接面也為圓弧形面。所述的第一平板和第四平板之間、所述的第二平板和第三平板之間存采用滾動節點連接，該滾動節點包括兩個固定端和中間的柔性連接段，兩個固定端分別連接在第一平板和第四平板上或第二平板和第三平板上。本技術的有益效果是，本技術由球面四連板機構組合而成，實現了屋蓋體系的環向開啟和閉合；在屋蓋開合過程中，各個球面四連板機構之間是運動相容的，不會產生額外的內力，其受力性能優越；而且本技術的平板式開合屋蓋機構為單自由度體系，減小了屋蓋驅動裝置的數量；采用滾動節點連接相鄰平板，可以避免運動過程中相鄰構件的碰撞，增大了四連板機構的運動行程，從而提高了開合屋蓋的收縮率；另外，由于本技術構成的構件數遠少于一般的折疊網格結構，因此給人們一種簡潔明快的效果，克服了網格結構感觀上桿件繁多凌亂的缺點；而且其構造合理、設計和施工簡單，特別適合中小跨度的建筑。·以下結合附圖及實施例對本技術進一步詳細說明圖I是球面四連桿機構示意圖圖2環向開合屋蓋結構俯視圖。圖3環向開合屋蓋結構三維圖。圖4是球面四連板機構基本單元示意圖。圖5是第一平板和第二平板連接側視圖。圖6是第一平板和第二平板連接俯視圖。圖7是典型銷接節點示意圖。圖8是考慮拓撲干涉的四連桿設計示意圖，其中(a)味側視圖，(b)為俯視圖。圖9是滾動鉸運動示意圖。附圖說明圖10是第一平板和第四平板制作示意圖。圖11是第二平板和第二平板制作不意圖。圖12是滾動鉸制作示意圖。圖13是球面四連板機構基本單元完全展開狀態示意圖。圖14是球面四連板機構基本單元部分展開狀態示意圖。圖15是球面四連板機構基本單元完全折疊狀態示意圖。具體實施方式下面參照說明書附圖，對本技術的具體實施方式作出更為詳細的說明如圖2和圖3所示，一種環向開合屋蓋結構，由四塊平板組成的球面四連板機構沿屋蓋環向相互連接構成。所述的球面四連板機構，如圖4所示，是由第一平板I、第二平板2、第三平板3及第四平板4組成，且第一平板I和第二平板2通過中部柱鉸連接(如圖5和6所示)，第二平板2和第三平板3通過其公共邊滾動鉸連接，第三平板3和第四平板4通過中部柱鉸連接，第四平板4和第一平板I通過公共邊滾動鉸連接。所述的球面四連板機構有多榀，圖2和圖3所示的結構有3榀球面四連板機構，其中位于端部的一榀的第一平板I和第四平板4的交線的兩個端點與屋蓋支撐結構鉸接，其余各榀球面四連板機構第一平板I和第四平板4的交線的兩個端點中的內側端點與屋蓋支撐結構鉸接，外側端點與屋蓋支撐結構滑動連接，也即這些節點可以沿著屋蓋環向滑移，一個球面四連板機構的第一平板I和相鄰球面四連板機構的第四平板4滾動鉸連接，且其第二平板2和相鄰球面四連板機構的第三平板3也是滾動鉸連接。所述球面四連板結構的第一平板I和第四平板4位于屋蓋支撐結構的內側，第二平板2和第四平板4位于屋蓋支撐結構的外側。所述的平板可以是鋼結構、混凝土結構或者木結構。四連桿機構以及折疊板殼體系中最常用的銷接節點如圖7所示。該節點擁有一個旋轉自由度，其可以連接兩根桿件，也可以連接兩塊板。但其缺點是由于節點的尺寸問題，兩個構件在折疊時，會產生碰撞，從而限制其運動，機構學中稱之為“拓撲干涉”。 圖8為常用的考慮拓撲干涉的平面四連桿機構設計示意圖，從圖中可以看出，其主要思路是將兩根桿件放置在不同平面，從而避免相鄰桿件間的碰撞。本技術第一平板I和第二平板2的連接方式即是通過將兩塊板放置在不同平面，避免桿件在運動過程中的碰撞，但是本技術中第二平板2和第三平板3的連接不能錯位。所以在該處本技術使用了滾動鉸連接，如圖9所示。由圖中可以看出，滾動節點連接相鄰平板的端部均為半圓柱，其半圓柱的直徑可以相等也可以不相等，圖9所示為半徑相等的案例。兩個半圓柱的接觸方式為滾動接觸，其運動過程如圖中所示。當機構運動時，其中一個半圓柱繞著另外一個半圓柱旋轉，兩個面之間沒有滑動；兩個半圓柱軸心線之間的距離始終保持相等，為兩個半圓柱半徑之和。圖10所示為組成滾動節點連接球面四連板機構中第一平板I和第四平板4的幾何示意圖。如圖中所示，該板由一個中間的四棱錐以及兩邊各半個圓錐組成。而其第二平板2和第三平板3也類似于第一平板I和第四平板4，由一個中間的四棱錐臺以及兩邊各半個圓錐臺組成，如圖11所示。滾動節點的制作方法如圖12所示，用超薄條帶狀板將節點連接平板端部的兩個半圓錐體(或者半圓錐臺)相連。其中AB和DE部分固定在平板上，而BC和CD部分和平板分離。圖13-15為滾動鉸連接球面四連板機構基本單元完全展開狀態、部分展開狀態和完全折疊狀態示意圖。所述的超薄條帶狀板可以是鋼板或碳纖維板或者其他復合材料板。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種環向開合屋蓋結構，其特征在于：由多榀球面四連板機構組成，所述的球面四連板機構由第一平板（1）、第二平板（2）、第三平板（3）及第四平板（4）組成，所述的第一平板（1）和第四平板（4）為錐形板，所述的第二平板（2）和第三平板（3）為錐臺形板，所述的第二平板（2）設置在第一平板（1）的錐形底面上且通過中部柱鉸連接，所述的第三平板（3）設置在第四平板（4）的錐形底面上且通過另一中部柱鉸連接，第二平板（2）和第三平板（3）通過其公共邊滾動鉸連接，第四平板（4）和第一平板（1）通過公共邊滾動鉸連接；一個球面四連板機構的第一平板（1）和相鄰球面四連板機構的第四平板（4）滾動鉸連接，且其第二平板（2）和相鄰球面四連板機構的第三平板（3）也是滾動鉸連接；位于端部的一榀球面四連板機構的第一平板（1）和第四平板（4）的交線的兩個端點與屋蓋支撐結構鉸接，其余各榀球面四連板機構第一平板（1）和第四平板（4）的交線的兩個端點中的內側端點與屋蓋支撐結構鉸接，外側端點與屋蓋支撐結構滑動連接。

【技術特征摘要】
1.一種環向開合屋蓋結構，其特征在于由多榀球面四連板機構組成，所述的球面四連板機構由第一平板(I)、第二平板(2)、第三平板(3)及第四平板(4)組成，所述的第一平板(I)和第四平板(4)為錐形板，所述的第二平板(2)和第三平板(3)為錐臺形板，所述的第二平板(2)設置在第一平板(I)的錐形底面上且通過中部柱鉸連接，所述的第三平板(3)設置在第四平板(4)的錐形底面上且通過另一中部柱鉸連接，第二平板(2)和第三平板(3)通過其公共邊滾動鉸連接，第四平板(4)和第一平板(I)通過公共邊滾動鉸連接； 一個球面四連板機構的第一平板(I)和相鄰球面四連板機構的第四平板(4)滾動鉸連接，且其第二平板(2)和相鄰球面四連板機構的第三平板(3)也是滾動鉸連接；位于端部的一榀球面四連板機構的第一平板(I)和第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡建國，馮健，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：