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1、10申请公布号CN103590525A43申请公布日20140219CN103590525A21申请号201310642673222申请日20131203E04B7/16200601E04B7/1020060171申请人东南大学地址210096江苏省南京市四牌楼2号72发明人陆金钰舒赣平张涛74专利代理机构江苏永衡昭辉律师事务所32250代理人王斌54发明名称一种径向整体开合屋盖结构57摘要本发明涉及一种径向整体开合屋盖结构,所述开合屋盖结构包括活动屋盖、传动连杆和固定屋盖,整个开合屋盖只有一个自由度,在开启和关闭时为径向整体开合,各片活动屋盖通过传动连杆连接在一起,形成一个整体,各片活动屋盖。
2、通过万向球沿着布置于固定屋盖上的轨道运动,实现开合;活动屋盖采用变高度交叉桁架体系,形成空间受力结构体系,减小活动屋盖自重;轨道采用圆弧形轨道,并进行合理布置,避免轨道在屋盖开启状态暴露在视野中;对连接活动屋盖、传动连杆和万向球的节点进行了设计,能够实现活动屋盖和传动连杆之间的转动,实现开合。该径向开合屋盖结构开合方式新颖、结构受力合理、驱动控制方便,具有较好的运用前景。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图6页10申请公布号CN103590525ACN103590525A1/1页21一种径向开合屋盖结构,主体。
3、结构包括活动屋盖(1)、传动连杆(2)、固定屋盖(4)三部分,其中通过连接节点(5、6、7)连接活动屋盖(1)、传动连杆(2)和万向球(12),活动屋盖(1)通过万向球(12)沿着布置于固定屋盖(4)上的圆弧形轨道(3)运动,实现开合动作,其特征在于,活动屋盖(1)通过传动连杆(2)连接为一个整体,屋盖开合方式为整体开合,在屋盖开启和闭合状态,当屋盖完全闭合时,屋盖整体形状为圆形,当屋盖完全展开时,屋盖中心形成一完整的圆形开口,圆弧形轨道(3)均隐藏于活动屋盖(1)下。2如权利要求1所述的径向开合屋盖结构,其特征在于,其中所述固定屋盖(4)通过12根钢柱与底座相连,上面铺设所述圆弧形轨道(3)。
4、,活动屋盖(1)采用变高度交叉桁架空间结构体系,每片活动屋盖(1)底部布置四个万向球(12),在所述圆弧形轨道(3)上运动。3如权利要求1或2所述的径向开合屋盖结构,其特征在于,所述固定屋盖(4)顶面为平面梁系结构,以便于铺设所述圆弧形轨道(3),中间部分为悬挑,为保证固定屋盖(4)刚度,梁柱之间添加斜撑。4如权利要求1或2所述的径向开合屋盖结构,其特征在于,所述活动屋盖(1)共有六片,其采用变高度交叉桁架结构体系,为便于杆件位置及方向确定,杆件截面采用圆管形截面。5如权利要求4所述的径向开合屋盖结构,其特征在于,每片活动屋盖(1)下布置三条同心的所述圆弧形轨道(3),共有18条圆弧形轨道(3。
5、),以保证每片活动屋盖(1)运动过程为圆弧运动。6如权利要求4所述的径向开合屋盖结构,其特征在于,所述六片活动屋盖(1)通过6根传动连杆(2)交替连接,围成一周,形成只有单个自由度的整体屋盖体系,闭合时,屋盖整体成一个圆形。权利要求书CN103590525A1/4页3一种径向整体开合屋盖结构技术领域0001本发明涉及一种应用于体育场馆建筑屋盖体系的开合屋盖结构,具有径向整体开合的特点,可以根据天气的变化和场馆使用的需要全部或部分开启和关闭屋盖,使场馆实现室内、室外空间相互转换。背景技术0002开合屋盖结构是从上世纪60年代逐渐兴起的新型空间结构,能够根据天气的变化和体育场馆使用需要全部或部分开。
6、启和关闭屋盖,使场馆实现室内、室外空间相互转换,充分利用自然条件,对场馆进行利用与保护,并且同时保证赛事的如期举行。开合屋盖结构包括活动屋盖、固定屋盖、驱动控制系统三大部分,各部分由于工作状态和使用过程中所起的作用不同,都具有各自的特点。屋盖在正常使用阶段需要运动并且具备多个不同的受力状态是开合屋盖结构和常规建筑结构最大的不同。0003迄今为止,已有多伦多天空穹顶、大分体育场、新太平洋西北棒球场、上海旗忠网球中心等开合屋盖结构在世界各地相继出现,但是国内外对开合屋盖结构的研究仍然处于起步阶段,还存在着开合方式比较单一、计算分析方法不够成熟、没有统一的设计准则等方面的不足。发明内容0004本发明。
7、基于径向开合板式结构进行了径向整体开合屋盖实际结构设计,针对轨道的隐藏问题,提出了相应的优化设计方案,对连接活动屋盖、连杆与万向球的关键节点进行了设计。0005本发明采用如下技术方案一种开合方式新颖的开合屋盖结构,主要部分包括活动屋盖、传动连杆、固定屋盖、驱动控制系统,各活动屋盖通过传动连杆相互连接,形成整体开合的屋盖结构,活动屋盖和传动连杆之间通过特殊节点连接,实现相互之间的自由转动。0006具体来说,本发明的一种径向开合屋盖结构,主体结构包括活动屋盖、传动连杆、固定屋盖三部分,其中通过连接节点、连接活动屋盖、传动连杆和万向球,活动屋盖通过万向球沿着布置于固定屋盖上的圆弧形轨道运动,实现开合。
8、动作,其特征在于,活动屋盖通过传动连杆连接为一个整体,屋盖开合方式为整体开合,在屋盖开启和闭合状态,当屋盖完全闭合时,屋盖整体形状为圆形,当屋盖完全展开时,屋盖中心形成一完整的圆形开口,圆弧形轨道均隐藏于活动屋盖下。0007根据本发明的一个方面,其中所述固定屋盖通过12根钢柱与底座相连,上面铺设所述圆弧形轨道,活动屋盖采用变高度交叉桁架空间结构体系,每片活动屋盖底部布置四个万向球,在所述圆弧形轨道上运动。所述固定屋盖顶面为平面梁系结构,以便于铺设所述圆弧形轨道,中间部分为悬挑,为保证固定屋盖刚度,梁柱之间添加斜撑。0008根据本发明的一个方面,所述活动屋盖共有六片,其采用变高度交叉桁架结构体说。
9、明书CN103590525A2/4页4系,为便于杆件位置及方向确定,杆件截面采用圆管形截面。每片活动屋盖下布置三条同心的所述圆弧形轨道,共有18条圆弧形轨道,以保证每片活动屋盖运动过程为圆弧运动。所述六片活动屋盖通过6根传动连杆交替连接,围成一周,形成只有单个自由度的整体屋盖体系,闭合时,屋盖整体成一个圆形。0009本发明设计的该开合方式新颖的整体开合屋盖结构,通过连杆的传动,能够实现多片活动屋盖的径向整体开合,减少驱动装置的布置,便于活动屋盖运动同步性控制,节省驱动能量。0010该开合屋盖结构在闭合时各片活动屋盖之间能够完美贴合,展开时,开口为一完整的圆形,造型美观。0011本发明与常规的开。
10、合屋盖结构有多方面的差别从开合方式上看,为径向开合,多片活动屋盖同时旋转展开,整个结构的展开过程像花朵的开放,和通常使用的平动展开、整体旋转等开合方式相比,更为新颖、美观,能够更好地满足建筑师的要求;从工作机理上看,该开合屋盖由多片活动屋盖通过传动连杆相连,整个机构只有一个自由度,能够实现整体开合,便于开合控制的同步性,理论上,只要控制任意一片屋盖运动,整个屋面就会随着共同运动,而且结构的整体性强,能够节省不少驱动能量。0012本发明针对开合屋盖展开时轨道暴露在视野中的问题,结合圆弧形轨道方案提出了隐藏轨道的优化设计方法,通过合理布置活动屋盖支承点和相应轨道的位置,实现在活动屋盖展开和闭合状态。
11、,轨道均位于活动屋盖覆盖范围内。0013本发明针对结构各部件的特点,设计了三种构造简单、运用方便的连接节点,用以连接活动屋盖、传动连杆、万向球,使多片活动屋盖形成一个整体,实现整体开合。0014活动屋盖采用变高度交叉桁架体系,形成起拱形屋面,便于屋面排水及建筑外观要求,同时与活动屋盖中部支承,两端悬挑的结构受力形式相符合。0015综上所述,该径向整体开合屋盖结构能够很好地运用于体育场馆建筑的屋盖体系中,使场馆实现室内、外空间的相互转换,具有开合方式新颖、结构受力合理、驱动控制方便等优点,具有较好的应用前景。附图说明0016现在将描述如本发明的优选但非限制性的实施例,本发明的这些和其他特征、方面。
12、和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见,其中图1为本发明的径向整体开合屋盖结构组装图;图2为本发明的径向整体开合屋盖结构完全闭合状态轴测图;图3为本发明的径向整体开合屋盖结构完全展开状态轴测图;图4为本发明的活动屋盖展开过程轴测图;图5为本发明的固定屋盖轴测图;图6为本发明的活动屋盖轴测图;图7为本发明的活动屋盖平面图及连接点布置;图8为本发明的传动连杆平面图;图9为本发明的圆弧形轨道平面布置图;说明书CN103590525A3/4页5图10为本发明的活动屋盖完全闭合状态平面图;图11为本发明的活动屋盖、传动连杆和轨道连接位置关系图;图12为本发明的连接件A分解图;图13为本发明的连。
13、接件B分解图;图14为本发明的连接件C分解图;图15为本发明的万向球示意图。0017附图标记1活动屋盖;2传动连杆;3轨道;4固定屋盖;5连接件A;6连接件B;7连接件C;8矩形连接板;9小立柱A;10小立柱B;11环板;12万向球。具体实施方式0018以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是,在全部附图中,对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。0019本发明所介绍的径向整体开合屋盖结构,如图1至图15所示,下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。0020如图1所示,显示出本发明的径向整体开合屋盖结构组装图,其中固定屋盖4通过12根钢柱与。
14、底座相连,上面铺设圆弧形轨道3,活动屋盖1采用变高度交叉桁架空间结构体系,每片活动屋盖1底部布置四个万向球12,在圆弧形轨道3上运动。所述活动屋盖1通过底部传动连杆2连接为整体,实现整体运动。本发明的一种径向整体开合屋盖结构,主体结构包括活动屋盖1、传动连杆2、固定屋盖4三部分,圆弧形轨道3布置于固定屋盖4上,活动屋盖1通过传动连杆2连接为整体,在轨道3上运行,实现开启和关闭,屋盖完全开启和完全关闭状态分别如图2和图3所示,当屋盖完全闭合时,屋盖整体形状为圆形,当屋盖完全展开时,屋盖中心形成一完整的圆形开口。所述活动屋盖1展开过程如图4所示,活动屋盖1通过传动连杆2的连接形成一个整体,每片活动。
15、屋盖沿着轨道3作圆弧运动,形成屋盖整体的径向开启和关闭。0021所述固定屋盖4由矩形钢管制作,圆弧形轨道3按照活动屋盖的运动轨迹布置于固定屋盖上,如图5所示。所述固定屋盖4顶面为平面梁系结构,以便于铺设轨道3,中间部分为悬挑,为保证固定屋盖4刚度,梁柱之间添加斜撑。固定屋盖4通过12根矩形钢柱与底座相连,底座采用双腹板焊接H形钢截面。0022本发明的径向整体开合屋盖结构共有六片活动屋盖1,采用变高度交叉桁架结构体系,为便于杆件位置及方向确定,杆件截面采用圆管形截面,活动屋盖1轴测图如图6所示。每片活动屋盖1底部在A、B、C、D、E五个连接点处设有矩形连接板,用于通过连接件5、6、7与传动连杆2。
16、、万向球12连接,各连接点位置示意如图7所示。0023图8为传动连杆2平面图,传动连杆2用于连接各片活动屋盖1形成整体,与活动屋盖1相对应,共有6根传动连杆2。传动连杆由厚钢板切割而成,为保证节点连接以及连杆2转折处弯矩传递可靠,在各连接节点处进行扩大头处理。0024图9为固定屋盖4上轨道3布置示意图,各轨道3按预先设定的活动屋盖1运动轨迹布置。每片活动屋盖1下布置三条同心圆弧轨道3,共有18条圆弧轨道3,以保证每片活动屋盖1运动过程为圆弧运动。说明书CN103590525A4/4页60025活动屋盖完全闭合状态如图10所示,所述六片活动屋盖1通过6根连杆2交替连接,围成一周,形成只有单个自由。
17、度的整体屋盖体系,闭合时,屋盖整体成一个圆形。活动屋盖1、传动连杆2和轨道3连接位置关系如图11所示,其中A、C连接点通过连接件A5连接活动屋盖1、连杆2、万向球12;B、D连接点通过连接件B6连接活动屋盖1和万向球12;E连接点通过连接件C7连接活动屋盖1与传动连杆2,活动屋盖1通过万向球12在圆弧形轨道3上运行,A、C位于同一条圆弧轨道3上,B、D分别位于另外两条圆弧轨道3上。0026连接件5、6、7由矩形连接板8、小立柱9、10和环板11等部分组成,各连接件分解图分别如图12、13、14所示,连接件A5分为矩形连接板8、小立柱A9和环板11三部分,连接件B6分为矩形连接板8、小立柱A9两。
18、部分,连接件C7分为矩形连接板8、小立柱B10和环板11三部分。其中矩形连接板8通过螺栓与活动屋盖1上预先焊接的矩形板相连;小立柱9、10通过配套轴承与传动连杆2相连,环板11为传动连杆2提供支承,防止传动连杆2脱落。连接件A5和连接件C7在加工制作时已安装于传动连杆上,小立柱A9通过底部内螺纹与万向球12相连。各连接件针对所连接部件不同具有各自特点,通过此连接件的连接可实现现场全装配并可拆卸。0027本发明采用的万向球12如图15所示,万向球12上部通过螺杆与小立柱A9相连,下部为能够绕各个方向转动的小圆球,使万向球12可沿着轨道3运动并随着轨道3方向的改变而改变运动方向。0028该径向整体。
19、开合屋盖通过传动连杆2的连接,使多片活动屋盖1形成一个整体,形成整体开合的屋盖体系;活动屋盖1采用变高度交叉桁架结构体系,符合结构受力特点和建筑造型要求;活动屋盖1支承点和轨道3的合理布置实现了屋盖开启状态时隐藏轨道的目的;连接节点设计简单、使用方便,能够很好地实现屋盖运动。综上所述,该径向整体开合屋盖结构具有开合方式新颖、结构受力合理、驱动控制方便等优点,适合运用于实际工程。说明书CN103590525A1/6页7图1图2说明书附图CN103590525A2/6页8图3说明书附图CN103590525A3/6页9图4说明书附图CN103590525A4/6页10图5图6图7图8说明书附图CN103590525A105/6页11图9图10图11图12说明书附图CN103590525A116/6页12图13图14图15说明书附图CN103590525A12。