CN104878865B - 具有径向拉索的径向开合膜屋盖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有径向拉索的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架，该径向伸缩网架在开合平面上形成相互连接的菱形单元，在所述霍伯曼径向伸缩网架的开合平面上形成有延圆周方向布置的区域单元，该区域包含该区域内的每一个菱形单元在环向上的中心线分割成相互连接的子单元，在每个菱形单元上部设置一个开合膜单元，在所述每个子单元的下部分别设置有一个拉索单元。本发明将刚性网架与柔性膜材相结合，屋盖可以作为上部承重结构承担一定的竖向荷载，并通过网架下部的拉索增强了结构本身的刚度，施工简单，特别适合中小跨度的建筑。

Description

具有径向拉索的径向开合膜屋盖

技术领域

本发明涉及一种开合屋盖体系，尤其是一种具有径向拉索的径向开合膜屋盖。

背景技术

在过去的几十年中，各国学者们提出了许多大跨度开合屋盖结构体系的概念，其中一些已经在网球场馆、游泳场馆和田径场馆等大型体育场馆的开合屋盖中得到应用。

美国工程师霍伯曼(Hoberman)从上世纪80年代后期开始致力于开合结构的研究与设计，主要偏重于开合结构的应用。Hoberman在他的专利中提出了一种由Hoberman单元构成的径向伸缩网架。Hoberman单元是由相等的两段弯折的角梁单元通过剪式铰在中部连接而成，当两个角梁单元绕着中间的剪式铰转动的时候，梁端的夹角始终保持不变。利用这个性质可以在环向复制多个折杆剪式单元，从而形成闭合环形连杆机构。两折杆网格可以沿径向扩展为多折杆网，其运动特性将保持不变，就得到了霍伯曼径向伸缩网架。

但是，由于该网架本身的几何关系的约束，网架在环向是展开的，而在径向是收缩的，这样就对网架上部附着膜结构的设计构成了一定的难度。

发明内容

为了解决霍伯曼径向伸缩网架上部膜结构设计的困难，本发明提供了一种网架结构和膜结构同步自由伸缩且不干涉的径向开合膜屋盖，该屋盖不仅能实现径向与环向的自由伸缩，满足建筑对屋盖开合的各项功能要求，还具有设计和施工方便等优点，能较好地满足中小跨度建筑对屋盖开合功能的要求。

为了达到上述目的,本发明采用了如下技术方案：

一种具有径向拉索的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架，该径向伸缩网架在开合平面上形成相互连接的菱形单元，所述菱形单元包括两个径向销接节点和两个环向销接节点，在所述霍伯曼径向伸缩网架的开合平面上形成有延圆周方向布置的区域单元，该区域单元由以径向伸缩网架圆心为起点的相邻两个中心菱形单元的中心线及在中心菱形单元径向上延伸的菱形单元的中心线之间围合而成，该区域包含该区域内的每一个菱形单元在环向上的中心线分割成相互连接的子单元，其特征在于：在每个菱形单元上部设置一个开合膜单元，在所述每个子单元的下部分别设置有一个拉索单元，所述开合膜单元由中轴线上的第一竖杆、由竖杆下端拉出的两根第一拉索、与附着在网架上部的膜材构成，竖杆位于菱形单元的形心上，上端高出网架平面，以竖杆下端出发分别向菱形单元的两个径向节点张拉所述两根拉索，所述膜材上端固定在所述竖杆的上端点处，膜材下部分别固定在菱形单元的四个节点上；所述拉索单元由第二竖杆和第二拉索组成，其中第二竖杆固定在每个子单元位于该区域单元中分线上的销接点上，所述第二拉索以所述第二竖杆下端为出发点并向所述子单元剩余每个销接节点张拉。

每个开合膜单元的两根第一拉索长度相同。

当屋盖处于闭合状态时，膜材处于张紧状态，承受外界及结构自身的荷载，此时膜材上端点距离网格距离最大，下部第二拉索张紧；当屋盖逐渐打开时，网架收缩折叠，环向节点向远离菱形网格形心的方向运动，竖杆上端点距离网架平面的距离也逐渐减小，竖杆整体向下运动，则下方第一拉索的交点也随之下移，经简单计算第一拉索逐渐松弛，径向节点向靠近形心的方向运动。

本发明的有益效果是，将刚性网架与柔性膜材相结合，使得屋盖的自由开合没有受到限制，且屋盖可以作为上部承重结构承担一定的竖向荷载，并通过网架下部的第二拉索增强了结构本身的刚度，而且其构造合理、设计和施工简单，特别适合中小跨度的建筑。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明：

图1是本发明结构整体示意图。

图2是整体网架中单个开合膜单元与下部索单元的示意图。

图3是图2网架结构运动过程示意图。

图4是本发明开合膜单元结构侧面示意图。

图5是本发明开合膜单元结构俯视图。

图6是本发明开合膜单元运动状态侧面示意图。

图7是本发明开合膜单元运动状态俯视图。

图8是梯形单元的拉索单元结构示意图。

图9是外三角形单元的拉索单元结构示意图。

其中：1、开合膜单元，10、第一竖杆，11、12、第一拉索，2、霍伯曼径向伸缩网架，3、菱形单元，，40、第二竖杆，41、42、43、44、45、46、第二拉索，5、区域，6、梯形子单元，7、三角形子单元。

具体实施方式

下面参照说明书附图，对本发明的具体实施方式作出更为详细的说明：

如图1所示，一种具有径向拉索的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架2，霍伯曼径向伸缩网架2包括菱形单元3，同时，该网架还可以划分为以中心节点为圆心的近似扇形分布的区域5，这个区域5包含该区域内的每一个菱形单元在环向上的中心线分割成相互连接的子单元。在菱形单元3上部附着有由若干个相似的开合膜单元构成的开合膜单元1，在区域5的下部还设置了若干个相似的拉索单元以保证整体结构的刚度。

美国工程师Hoberman对传统剪式单元进行改进，提出了折杆剪式单元，它是由相等的两根弯折角梁单元通过销接节点在中部连接，当两个角梁单元绕着中间的销接节点转动时，梁端部节点连线的夹角保持不变。由于该单元在运动过程中端部节点连线夹角保持不变的这一特性，将两折杆网格可以沿径向扩展为多折杆，并在环向复制多个折杆剪式单元，其运动特性将保持不变，这就形成了所述的霍博曼径向伸缩网架(详见US Patent 5，024，031，1991年，径向伸缩网架结构Radial expansion/retraction truss structure[P].)。如图1-3所示，本实施例中屋盖网架每根多连杆为5折杆。

如图2为本发明整体网架与单个开合膜单元、单个拉索单元的俯视图。其中，菱形单元3由四个直杆尾连接形成两个径向销接节点A和C和两个环向销接节点B和D。在每个菱形单元3上部设置一个开合膜单元1，开合膜单元由中轴线上的竖杆、由竖杆下端拉出的两根拉索、与附着在网架上部的膜材构成，竖杆位于菱形单元的形心上，上端高出网架平面，以竖杆下端出发分别向菱形单元的两个径向节点张拉两根拉索。膜材上端固定在上部竖杆的上端点处，膜材下部分别固定在菱形单元的四个节点上。

开合膜单元1之间形状相似，彼此之间组成构件相同，开合膜单元之间膜材边界处平滑过渡连接。

除此之外，还在伸缩网架的下部以中心节点为起点的相邻两个中心菱形单元的中心线及在中心菱形单元径向上延伸的菱形单元的中心线之间围合的区域5内设置拉索单元，该区域由菱形单元在环向上的中心线分割成相互连接的子单元构成，包括梯形子单元6(见图8)和三角形子单元7(见图9)。以梯形子单元为例，拉索单元中点K处下部设置一根竖杆，以竖杆的下端端点出发分别向区域的四个边角点F、G、H、J张拉四根拉索，以维持屋盖的刚度。开合膜单元1之间形状相似，支撑杆交点到网架平面的距离相同，彼此之间组成构件相同，开合膜单元之间平滑过渡连接。

对于三角形单元时(如图9)，则在最外圈节点上设置竖杆，向其三角形单元其他两个点张拉拉索。

图3为霍伯曼网架部分开启状态示意图，当网架径向开启时，由四个杆件所构成的菱形单元3发生刚体运动，其中节点B、D向远离菱形网格形心的方向运动，节点A、C向靠近形心的方向运动。

如图4-5所示，开合膜单元构成如下：第一竖杆10位于菱形单元3的形心上，上端高出网架平面，以竖杆下端O出发分别向菱形单元的两个径向节点(A、C)张拉两根第一拉索(11、12)。膜材上端固定在上部竖杆的上端点E处，膜材下部分别固定在菱形单元的四个节点(A、B、C、D)上。

如图8所示，梯形单元上的拉索单元4构成如下：包括以节点K为支点的一根第二竖杆40，以及以第二竖杆40下端点L为出发点向其他四个单元节点F、G、H、J张拉的四根第二拉索(41、42、43、44)。

如图9所示，三角形单元上的拉索单元构成如下：包括以最外侧节点M为支点的第二竖杆40以及第二竖杆40下端点N向其余两个节点H、L张拉的两根第二拉索(45、46)。

如图4-图7，当屋盖处于闭合状态时，膜材处于张紧状态，承受外界及结构自身的荷载，此时膜材上端顶点E距离网格距离最大，下部拉索张紧且位于网格平面内；当屋盖逐渐打开时，网架收缩折叠，环向节点(B、D)向远离菱形网格形心的方向运动，竖杆上端点E距离网架平面的距离也逐渐减小，第一竖杆10整体向下运动，则下方拉索的交点O也随之下移，经简单计算下部拉索逐渐松弛，径向节点(A、C)向靠近形心的方向运动。

Claims (2)

1.一种具有径向拉索的径向开合膜屋盖，包括霍伯曼径向伸缩网架，该径向伸缩网架在开合平面上形成相互连接的菱形单元，所述菱形单元包括两个径向销接节点和两个环向销接节点，在所述霍伯曼径向伸缩网架的开合平面上形成有沿圆周方向布置的区域单元，该区域单元由以径向伸缩网架圆心为起点的相邻两个中心菱形单元的中心线及在中心菱形单元径向上延伸的菱形单元的中心线之间围合而成，该区域单元包含该区域单元内的每一个菱形单元在环向上的中心线分割成相互连接的子单元，其特征在于：在每个菱形单元上部设置一个开合膜单元，在每个所述子单元的下部分别设置有一个拉索单元，所述开合膜单元由中轴线上的第一竖杆、由第一竖杆下端拉出的两根第一拉索、与附着在网架上部的膜材构成，第一竖杆位于菱形单元的形心上，上端高出网架平面，以第一竖杆下端出发分别向菱形单元的两个径向节点张拉所述两根第一拉索，所述膜材上端固定在所述第一竖杆的上端点处，膜材下部分别固定在菱形单元的四个节点上；所述拉索单元由第二竖杆和第二拉索组成，其中第二竖杆固定在每个子单元位于该区域单元中分线上的销接点上，所述第二拉索以所述第二竖杆下端为出发点并向所述子单元剩余每个销接节点张拉。

2.根据权利要求1所述的径向开合膜屋盖，其特征在于：每个开合膜单元的两根第一拉索长度相同。