一種徑向整體開合屋蓋結構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種徑向整體開合屋蓋結構，所述開合屋蓋結構包括：活動屋蓋、傳動連桿和固定屋蓋，整個開合屋蓋只有一個自由度，在開啟和關閉時為徑向整體開合，各片活動屋蓋通過傳動連桿連接在一起，形成一個整體，各片活動屋蓋通過萬向球沿著布置于固定屋蓋上的軌道運動，實現開合；活動屋蓋采用變高度交叉桁架體系，形成空間受力結構體系，減小活動屋蓋自重；軌道采用圓弧形軌道，并進行合理布置，避免軌道在屋蓋開啟狀態暴露在視野中；對連接活動屋蓋、傳動連桿和萬向球的節點進行了設計，能夠實現活動屋蓋和傳動連桿之間的轉動，實現開合。該徑向開合屋蓋結構開合方式新穎、結構受力合理、驅動控制方便，具有較好的運用前景。
【專利說明】一種徑向整體開合屋蓋結構
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種應用于體育場館建筑屋蓋體系的開合屋蓋結構，具有徑向整體開合的特點，可以根據天氣的變化和場館使用的需要全部或部分開啟和關閉屋蓋，使場館實現室內、室外空間相互轉換。
【背景技術】
[0002]開合屋蓋結構是從上世紀60年代逐漸興起的新型空間結構，能夠根據天氣的變化和體育場館使用需要全部或部分開啟和關閉屋蓋，使場館實現室內、室外空間相互轉換，充分利用自然條件，對場館進行利用與保護，并且同時保證賽事的如期舉行。開合屋蓋結構包括活動屋蓋、固定屋蓋、驅動控制系統三大部分，各部分由于工作狀態和使用過程中所起的作用不同，都具有各自的特點。屋蓋在正常使用階段需要運動并且具備多個不同的受力狀態是開合屋蓋結構和常規建筑結構最大的不同。
[0003]迄今為止，已有多倫多天空穹頂、大分體育場、新太平洋西北棒球場、上海旗忠網球中心等開合屋蓋結構在世界各地相繼出現，但是國內外對開合屋蓋結構的研究仍然處于起步階段，還存在著開合方式比較單一、計算分析方法不夠成熟、沒有統一的設計準則等方面的不足。
【發明內容】
[0004]本發明基于徑向開合板式結構進行了徑向整體開合屋蓋實際結構設計，針對軌道的隱藏問題，提出了相應的優化設計方案，對連接活動屋蓋、連桿與萬向球的關鍵節點進行了設計。
[0005]本發明采用如下技術方案:
一種開合方式新穎的開合屋蓋結構，主要部分包括:活動屋蓋、傳動連桿、固定屋蓋、驅動控制系統，各活動屋蓋通過傳動連桿相互連接，形成整體開合的屋蓋結構，活動屋蓋和傳動連桿之間通過特殊節點連接，實現相互之間的自由轉動。
[0006]具體來說，本發明的一種徑向開合屋蓋結構，主體結構包括活動屋蓋、傳動連桿、固定屋蓋三部分，其中通過連接節點、、連接活動屋蓋、傳動連桿和萬向球，活動屋蓋通過萬向球沿著布置于固定屋蓋上的圓弧形軌道運動，實現開合動作，其特征在于，活動屋蓋通過傳動連桿連接為一個整體，屋蓋開合方式為整體開合，在屋蓋開啟和閉合狀態，當屋蓋完全閉合時，屋蓋整體形狀為圓形，當屋蓋完全展開時，屋蓋中心形成一完整的圓形開口，圓弧形軌道均隱藏于活動屋蓋下。
[0007]根據本發明的一個方面，其中所述固定屋蓋通過12根鋼柱與底座相連，上面鋪設所述圓弧形軌道，活動屋蓋采用變高度交叉桁架空間結構體系，每片活動屋蓋底部布置四個萬向球，在所述圓弧形軌道上運動。所述固定屋蓋頂面為平面梁系結構，以便于鋪設所述圓弧形軌道，中間部分為懸挑，為保證固定屋蓋剛度，梁柱之間添加斜撐。
[0008]根據本發明的一個方面，所述活動屋蓋共有六片，其采用變高度交叉桁架結構體系，為便于桿件位置及方向確定，桿件截面采用圓管形截面。每片活動屋蓋下布置三條同心的所述圓弧形軌道，共有18條圓弧形軌道，以保證每片活動屋蓋運動過程為圓弧運動。所述六片活動屋蓋通過6根傳動連桿交替連接，圍成一周，形成只有單個自由度的整體屋蓋體系，閉合時，屋蓋整體成一個圓形。
[0009]本發明設計的該開合方式新穎的整體開合屋蓋結構，通過連桿的傳動，能夠實現多片活動屋蓋的徑向整體開合，減少驅動裝置的布置，便于活動屋蓋運動同步性控制，節省驅動能量。
[0010]該開合屋蓋結構在閉合時各片活動屋蓋之間能夠完美貼合，展開時，開口為一完整的圓形，造型美觀。
[0011]本發明與常規的開合屋蓋結構有多方面的差別:
從開合方式上看，為徑向開合，多片活動屋蓋同時旋轉展開，整個結構的展開過程像花朵的開放，和通常使用的平動展開、整體旋轉等開合方式相比，更為新穎、美觀，能夠更好地滿足建筑師的要求；
從工作機理上看，該開合屋蓋由多片活動屋蓋通過傳動連桿相連，整個機構只有一個自由度，能夠實現整體開合，便于開合控制的同步性，理論上，只要控制任意一片屋蓋運動，整個屋面就會隨著共同運動，而且結構的整體性強，能夠節省不少驅動能量。
[0012]本發明針對開合屋蓋展開時軌道暴露在視野中的問題，結合圓弧形軌道方案提出了隱藏軌道的優化設計方法，通過合理布置活動屋蓋支承點和相應軌道的位置，實現在活動屋蓋展開和閉合狀態，軌道均位于活動屋蓋覆蓋范圍內。
[0013]本發明針對結構各部件的特點，設計了三種構造簡單、運用方便的連接節點，用以連接活動屋蓋、傳動連桿、萬向球，使多片活動屋蓋形成一個整體，實現整體開合。
[0014]活動屋蓋采用變高度交叉桁架體系，形成起拱形屋面，便于屋面排水及建筑外觀要求，同時與活動屋蓋中部支承，兩端懸挑的結構受力形式相符合。
[0015]綜上所述，該徑向整體開合屋蓋結構能夠很好地運用于體育場館建筑的屋蓋體系中，使場館實現室內、外空間的相互轉換，具有開合方式新穎、結構受力合理、驅動控制方便等優點，具有較好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]現在將描述如本發明的優選但非限制性的實施例，本發明的這些和其他特征、方面和優點在參考附圖閱讀如下詳細描述時將變得顯而易見，其中:
圖1為本發明的徑向整體開合屋蓋結構組裝圖；
圖2為本發明的徑向整體開合屋蓋結構完全閉合狀態軸測圖；
圖3為本發明的徑向整體開合屋蓋結構完全展開狀態軸測圖；
圖4為本發明的活動屋蓋展開過程軸測圖；
圖5為本發明的固定屋蓋軸測圖；
圖6為本發明的活動屋蓋軸測圖；
圖7為本發明的活動屋蓋平面圖及連接點布置；
圖8為本發明的傳動連桿平面圖；
圖9為本發明的圓弧形軌道平面布置圖； 圖10為本發明的活動屋蓋完全閉合狀態平面圖；
圖11為本發明的活動屋蓋、傳動連桿和軌道連接位置關系圖；
圖12為本發明的連接件a分解圖；
圖13為本發明的連接件b分解圖；
圖14為本發明的連接件c分解圖；
圖15為本發明的萬向球示意圖。
[0017]附圖標記:1一活動屋蓋；2—傳動連桿；3—軌道；4一固定屋蓋；5—連接件a ；6一連接件b ；7—連接件c ；8一矩形連接板；9—小立柱a ；10—小立柱b ；11—環板；12 —萬向球。
【具體實施方式】
[0018]以下的說明本質上僅僅是示例性的而并不是為了限制本公開、應用或用途。應當理解的是，在全部附圖中，對應的附圖標記表示相同或對應的部件和特征。
[0019]本發明所介紹的徑向整體開合屋蓋結構，如圖1至圖15所示，下面將結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0020]如圖1所示，顯示出本發明的徑向整體開合屋蓋結構組裝圖，其中固定屋蓋4通過12根鋼柱與底座相連，上面鋪設圓弧形軌道3，活動屋蓋I采用變高度交叉桁架空間結構體系，每片活動屋蓋I底部布置四個萬向球12，在圓弧形軌道3上運動。所述活動屋蓋I通過底部傳動連桿2連接為整體，實現整體運動。本發明的一種徑向整體開合屋蓋結構,主體結構包括:活動屋蓋1、傳動連桿2、固定屋蓋4三部分，圓弧形軌道3布置于固定屋蓋4上，活動屋蓋I通過傳動連桿2連接為整體，在軌道3上運行，實現開啟和關閉，屋蓋完全開啟和完全關閉狀態分別如圖2和圖3所示，當屋蓋完全閉合時，屋蓋整體形狀為圓形，當屋蓋完全展開時，屋蓋中心形成一完整的圓形開口。所述活動屋蓋I展開過程如圖4所示，活動屋蓋I通過傳動連桿2的連接形成一個整體，每片活動屋蓋沿著軌道3作圓弧運動，形成屋蓋整體的徑向開啟和關閉。
[0021]所述固定屋蓋4由矩形鋼管制作，圓弧形軌道3按照活動屋蓋的運動軌跡布置于固定屋蓋上，如圖5所示。所述固定屋蓋4頂面為平面梁系結構，以便于鋪設軌道3，中間部分為懸挑，為保證固定屋蓋4剛度，梁柱之間添加斜撐。固定屋蓋4通過12根矩形鋼柱與底座相連，底座采用雙腹板焊接H形鋼截面。
[0022]本發明的徑向整體開合屋蓋結構共有六片活動屋蓋1，采用變高度交叉桁架結構體系，為便于桿件位置及方向確定，桿件截面采用圓管形截面，活動屋蓋I軸測圖如圖6所示。每片活動屋蓋I底部在A、B、C、D、E五個連接點處設有矩形連接板，用于通過連接件5、
6、7與傳動連桿2、萬向球12連接，各連接點位置示意如圖7所示。
[0023]圖8為傳動連桿2平面圖，傳動連桿2用于連接各片活動屋蓋I形成整體，與活動屋蓋I相對應，共有6根傳動連桿2。傳動連桿由厚鋼板切割而成，為保證節點連接以及連桿2轉折處彎矩傳遞可靠，在各連接節點處進行擴大頭處理。
[0024]圖9為固定屋蓋4上軌道3布置示意圖，各軌道3按預先設定的活動屋蓋I運動軌跡布置。每片活動屋蓋I下布置三條同心圓弧軌道3，共有18條圓弧軌道3，以保證每片活動屋蓋I運動過程為圓弧運動。[0025]活動屋蓋完全閉合狀態如圖10所示，所述六片活動屋蓋I通過6根連桿2交替連接，圍成一周，形成只有單個自由度的整體屋蓋體系，閉合時，屋蓋整體成一個圓形。活動屋蓋1、傳動連桿2和軌道3連接位置關系如圖11所示，其中A、C連接點通過連接件a5連接活動屋蓋1、連桿2、萬向球12 ;B、D連接點通過連接件b6連接活動屋蓋I和萬向球12 ；E連接點通過連接件c7連接活動屋蓋I與傳動連桿2，活動屋蓋I通過萬向球12在圓弧形軌道3上運行，A、C位于同一條圓弧軌道3上，B、D分別位于另外兩條圓弧軌道3上。
[0026]連接件5、6、7由矩形連接板8、小立柱9、10和環板11等部分組成，各連接件分解圖分別如圖12、13、14所示，連接件a5分為矩形連接板8、小立柱a9和環板11三部分，連接件b6分為矩形連接板8、小立柱a9兩部分，連接件c7分為矩形連接板8、小立柱blO和環板11三部分。其中矩形連接板8通過螺栓與活動屋蓋I上預先焊接的矩形板相連；小立柱9、10通過配套軸承與傳動連桿2相連,環板11為傳動連桿2提供支承，防止傳動連桿2脫落。連接件a5和連接件c7在加工制作時已安裝于傳動連桿上，小立柱a9通過底部內螺紋與萬向球12相連。各連接件針對所連接部件不同具有各自特點，通過此連接件的連接可實現現場全裝配并可拆卸。
[0027]本發明采用的萬向球12如圖15所示，萬向球12上部通過螺桿與小立柱a9相連，下部為能夠繞各個方向轉動的小圓球，使萬向球12可沿著軌道3運動并隨著軌道3方向的改變而改變運動方向。
[0028]該徑向整體開合屋蓋通過傳動連桿2的連接，使多片活動屋蓋I形成一個整體，形成整體開合的屋蓋體系；活動屋蓋I采用變高度交叉桁架結構體系，符合結構受力特點和建筑造型要求；活動屋蓋I支承點和軌道3的合理布置實現了屋蓋開啟狀態時隱藏軌道的目的；連接節點設計簡單、使用方便，能夠很好地實現屋蓋運動。綜上所述，該徑向整體開合屋蓋結構具有開合方式新穎、結構受力合理、驅動控制方便等優點，適合運用于實際工程。
【權利要求】
1.一種徑向開合屋蓋結構，主體結構包括活動屋蓋(I)、傳動連桿(2)、固定屋蓋(4)三部分，其中通過連接節點(5、6、7 )連接活動屋蓋(I)、傳動連桿(2 )和萬向球(12 )，活動屋蓋(I)通過萬向球(12)沿著布置于固定屋蓋(4)上的圓弧形軌道(3)運動，實現開合動作，其特征在于，活動屋蓋(I)通過傳動連桿(2)連接為一個整體，屋蓋開合方式為整體開合，在屋蓋開啟和閉合狀態，當屋蓋完全閉合時，屋蓋整體形狀為圓形，當屋蓋完全展開時，屋蓋中心形成一完整的圓形開口，圓弧形軌道(3)均隱藏于活動屋蓋(I)下。
2.如權利要求1所述的徑向開合屋蓋結構，其特征在于，其中所述固定屋蓋(4)通過12根鋼柱與底座相連，上面鋪設所述圓弧形軌道(3)，活動屋蓋(I)采用變高度交叉桁架空間結構體系，每片活動屋蓋(I)底部布置四個萬向球(12)，在所述圓弧形軌道(3)上運動。
3.如權利要求1或2所述的徑向開合屋蓋結構，其特征在于，所述固定屋蓋(4)頂面為平面梁系結構，以便于鋪設所述圓弧形軌道(3)，中間部分為懸挑，為保證固定屋蓋(4)剛度，梁柱之間添加斜撐。
4.如權利要求1或2所述的徑向開合屋蓋結構，其特征在于，所述活動屋蓋(I)共有六片，其采用變高度交叉桁架結構體系，為便于桿件位置及方向確定，桿件截面采用圓管形截面。
5.如權利要求4所述的徑向開合屋蓋結構，其特征在于，每片活動屋蓋(I)下布置三條同心的所述圓弧形軌道(3)，共有18條圓弧形軌道(3)，以保證每片活動屋蓋(I)運動過程為圓弧運動。
6.如權利要求4所述的徑向開合屋蓋結構，其特征在于，所述六片活動屋蓋(I)通過6根傳動連桿(2)交替連接，圍成一周，形成只有單個自由度的整體屋蓋體系，閉合時，屋蓋整體成一個圓形。
【文檔編號】E04B7/10GK103590525SQ201310642673
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】陸金鈺, 舒贛平, 張濤 申請人:東南大學