一种径向开合网壳技术领域
本发明涉及一种径向开合网壳。
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。
将霍伯曼径向伸缩网架从平面通过投影可变为三维类网壳即霍伯曼径向伸缩网
壳（如图1所示）。然而，由于霍伯曼径向伸缩网壳本身的几何构型使得其内部不可避免的存
在一无法完全消除的孔洞，在其运动过程的始末，结构始终为一个类似悬臂结构的结构形
式，而无法形成完整的网壳类结构，这对结构的受力及经济性能都是较为不利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高结构强度和刚度的径向开合网壳。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种径向开合网壳，包括霍伯曼径向伸缩网壳，所述霍伯曼径向伸缩网壳的内圈包括
若干个内圈节点，其特征在于：相邻两内圈节点之间连接设置有一平面约束，该平面约束为
一伸缩方向沿着两个节点连线方向的伸缩杆。
所述伸缩杆是由若干段截面面积从小到大依次排列的套管构成。
所述套管为圆管。
在伸缩杆内设有使得伸缩杆在伸展到最大长度状态时，相邻杆件不会互相脱落的
嵌固装置；伸缩杆两端分别设有与内圈节点相连的耳板。
所述内圈节点包括：销轴、外套钢结构杆件、内穿钢结构杆件、内套管、外套管、聚
四氟乙烯环形垫片、上螺母、下螺母、聚四氟乙烯环、垫筒和两个连接件；
所述销轴，其两端具有外螺纹；
所述外套钢结构杆件，其为由上翼缘、下翼缘和腹板组成的截面为箱型或槽形的钢结
构杆件，所述外套钢结构杆件在节点转动轴线位置的上翼缘和下翼缘上开有圆孔；所述外
套钢结构杆件销轴两侧的的腹板上一定距离内开有长孔，所述外套钢结构杆件腹板上的长
孔的宽度大于所述内穿钢结构杆件的宽度，长孔高度等于腹板高度；
所述内穿钢结构杆件，其为由上翼缘、下翼缘和腹板组成的截面为箱型或槽形的钢结
构杆件，所述内穿钢结构杆件在节点转动轴线位置的上翼缘和下翼缘上开有圆孔；所述内
穿钢结构杆件销轴两侧的腹板上开有长孔；
所述内穿钢结构杆件穿设于所述外套钢结构杆件的腹板上的长孔处并与所述外套钢
结构杆件相插接形成V型结构；
所述外套管，其两端分别位于所述内穿钢结构杆件的上翼缘和下翼缘的圆孔内并与所
述内穿钢结构杆件相焊接；
所述内套管贯穿于所述外套管的通孔，所述内套管的两端分别位于所述外套钢结构杆
件的上翼缘和下翼缘的圆孔内并与所述外套钢结构杆件相焊接；
所述外套钢结构杆件和内穿钢结构杆件的两上翼缘之间以及两下翼缘之间分别夹设
有所述聚四氟乙烯环形垫片，所述聚四氟乙烯环形垫片套设于所述内套管上；
所述上螺母，其下端面设有环形凹槽，所述上螺母的环形凹槽内设有一所述聚四氟乙
烯环，所述聚四氟乙烯环的厚度大于所述上螺母的环形凹槽的深度，所述上螺母螺接在所
述销轴的上端；
所述下螺母，其上端面设有环形凹槽，所述下螺母的环形凹槽内设有一所述聚四氟乙
烯环，所述聚四氟乙烯环的厚度大于所述下螺母的环形凹槽的深度，所述下螺母螺接在所
述销轴的下端；
所述垫筒套设于所述外套筒外部；
所述连接件由连接套筒和与连接套筒相连接的竖直耳板组成，所述竖直耳板的高度是
所述连接套筒的高度的两倍，所述连接套筒套设于所述外套筒上并位于所述垫筒的上方，
所述竖直耳板与伸缩杆端部的耳板销接在一起。
所述销轴为实心销轴或空心销轴。
所述聚四氟乙烯环形垫片的内径比所述外套管的外径大1-2mm。
有益效果：
本发明径向开合网壳，网壳完全打开时，伸缩杆达到其最大长度；在网壳闭合状态下，
伸缩杆达到其长度的最小值，在这个状态下对网架施加荷载的话，相邻内圈节点之间会有
互相靠近的趋势，而伸缩杆则限制了内圈节点之间相互靠近，相邻节点之间会形成一定的
挤压作用，使得网壳内形成类似网壳结构的效应；另外，伸缩杆可以提供一定的竖向抗剪刚
度，使得所连接的相邻内圈节点之间在相互发生剪切作用时，不会发生较大的相互变形，内
圈节点在开合的全过程中始终保持在同一水平面内。因此，这种径向开合网壳具有结构简
单、使用方便、结构强度刚度高的优点，可以有效解决霍伯曼径向伸缩网壳无法形成完整网
壳作用的问题，能够在大中型结构上加以运用。
附图说明
图1是现有技术中霍伯曼径向伸缩网壳结构。
图2是本发明径向开合网壳的结构示意图。
图3是本发明径向开合网壳中的相邻两内圈节点和伸缩杆连接结构示意图。
图4是本发明径向开合网壳中的外套钢结构杆件结构示意图。
附图标记：1－霍伯曼径向伸缩网壳；2－内圈节点；3－伸缩杆；4－销轴；5－外套
钢结构杆件；6－内穿钢结构杆件；7－内套管；8－外套管；9－聚四氟乙烯环形垫片；10－上
螺母；11－下螺母；12－聚四氟乙烯环；13－垫筒；14－连接套筒；15－竖直耳板；16－长孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方
式作进一步地详细描述。
如图2、图3、图4所示，一种径向开合网壳，包括霍伯曼径向伸缩网壳1，霍伯曼径向
伸缩网壳的内圈包括若干个内圈节点2，相邻两内圈节点2之间连接有一伸缩方向沿着两个
节点连线方向的伸缩杆3，伸缩杆是由若干段直径从小到大依次排列的钢制圆管构成的，且
在相邻圆管连接的部位设有一嵌固装置，使得伸缩杆在伸展到最大长度状态时，相邻杆件
不会互相脱落。伸缩杆两端分别设有一个耳板与主体结构节点相连。
内圈节点2包括：销轴4、外套钢结构杆件5、内穿钢结构杆件6、内套管7、外套管8、
聚四氟乙烯环形垫片9、上螺母10、下螺母11、聚四氟乙烯环12、垫筒13和两连接件；
销轴4，其两端具有外螺纹；
如图4所示，外套钢结构杆件5，其为由上下翼缘51和腹板52组成的截面为箱型或槽形
的钢结构杆件，外套钢结构杆件5在节点转动轴线位置的上翼缘和下翼缘上开有圆孔53；外
套钢结构杆件5销轴两侧一定长度内的腹板上开有长孔，长孔的宽度大于内穿钢结构杆件
的宽度，高度等于腹板高；
内穿钢结构杆件6，其为由上翼缘、下翼缘和腹板组成的截面为箱型或槽形的钢结构杆
件，内穿钢结构杆件6在节点转动轴线位置的上翼缘和下翼缘上开有圆孔；所述内穿钢结构
杆件的销轴两侧一定长度内腹板上开有长孔，长孔高度等于腹板高；
内穿钢结构杆件6穿设于外套钢结构杆件5的腹板上的长孔处并与外套钢结构杆件5相
插接形成V型结构；
外套管8，其两端分别位于内穿钢结构杆件6的上翼缘和下翼缘的圆孔内并与内穿钢结
构杆件6相焊接；
内套管7贯穿于外套管8的通孔，内套管7的两端分别位于外套钢结构杆件5的上翼缘和
下翼缘的圆孔内并与外套钢结构杆件5相焊接；
外套钢结构杆件5和内穿钢结构杆件6的两上翼缘之间以及两下翼缘之间分别夹设有
聚四氟乙烯环形垫片9，聚四氟乙烯环形垫片9套设于内套管7上；
上螺母10，其下端面设有环形凹槽，上螺母10的环形凹槽内设有一聚四氟乙烯环12，聚
四氟乙烯环12的厚度大于上螺母10的环形凹槽的深度，上螺母10螺接在销轴4的上端；
下螺母11，其上端面设有环形凹槽，下螺母的环形凹槽内设有一聚四氟乙烯环12，聚四
氟乙烯环12的厚度大于下螺母11的环形凹槽的深度，下螺母11螺接在销轴4的下端；
垫筒13套设于外套筒8上；
连接件由连接套筒14和与连接套筒相连接的竖直耳板15组成，竖直耳板15的高度是连
接套筒14的高度的两倍，连接套筒14套设于外套筒8上并位于垫筒13的上方，竖直耳板15与
伸缩杆3伸出的耳板相销接。
销轴4为实心销轴或空心销轴。
聚四氟乙烯环形垫片9的内径比外套管8的外径大1-2mm。