[实用新型]具有四个自由度的桁架结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种桁架结构,尤其是一种具有四个自由度的桁架结构。 

背景技术

现有的可开启式屋盖结构，其几何形状大多只考虑“开始”和“结束”两个状态，也即折叠状态和展开状态。这两个状态之间的转换方式大致为：水平移动式、水平旋转移动式、空间移动式、中枢轴转动式、折叠移动式和组合移动式等。但是这些可开启式屋盖结构只有平动或者转动的能力，事实上整个屋盖结构的外形并没有改变。所以这些可开启式结构并不是真正意义上的几何可变结构。 

在全球范围内利用太阳能、风能等新能源的很多大型项目，通常都是与建筑分离的独立接受太阳辐射的发电系统。太阳能屋顶与建筑结合是太阳能应用领域的新趋势。新型太阳能屋顶将是建筑一体化太阳能发电系统。设计人员可以精准地计算出每块网格接受太阳辐射的效率，根据太阳的方位不断调整结构的几何外形，在考虑到整体建筑美观性的同时，尽最大可能接受太阳辐射，使整套系统的发电功效实现最大化。另外，现在体育馆内举办各种文艺演出活动越来越频繁，有时甚至超过了体育比赛频次，因此在设计体育馆时必须考虑两种功能的协调。而举办不同文艺演出时所需的空间、灯光等设施也是不同的，屋盖结构需要通过调整几何外形改变屋盖所覆盖的空间。 

为了满足太阳能屋顶尽最大可能接受太阳辐射以及多功能体育场馆举办不同活动时的灯光、空间、节能等的要求，十分有必要提出可以在多个几何状态之间变化的屋盖体系，并且这些几何状态是稳定的。 

发明内容

为了满足太阳能屋顶尽最大可能接受太阳辐射以及多功能体育场馆举办不同活动时的灯光、空间、节能等的要求，十分有必要提出可以在多个几何状态之间变化的屋盖支撑结构，并且这些几何状态是稳定的。 

本实用新型提供了一种具有四个自由度的桁架结构，该桁架可以用作需要多个稳定几何构形屋盖体系的支撑结构，其不仅能满足建筑对屋盖形状变化的各项功能要求,还具有设计和施工方便等优点,能较好地满足各种跨度建筑对屋盖开合功能的要求。 

为了达到上述目的,本实用新型采用了如下技术方案: 

一种具有四个自由度的桁架结构，包括连杆机构和拉索，所述的连杆机构由n个四连杆机构通过n-1节点相互连接而成，n不小于3且不大于720，所述的四连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆相互转动连接组成，所述的四连杆机构的第三连杆及第四连杆和相邻四连杆机构的第一连杆和第二连杆共用一个节点，n个四连杆机构中第一个四连杆机构的第一连杆和第二连杆的节点与第一支座铰接点转动连接，最后一个四连杆机构的第三连杆和第四连杆的节点也与第二支座铰接点转动连接，其特征在于：

所述的n-1个节点包括第一铰接点、第二铰接点以及n-3个销接节点，第一铰接点和第二铰接点间隔的布置在n-3个销接节点之间，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第三连杆和另一个四连杆机构的第一连杆形成一根杆件，与每个销接节点连接的两个四连杆机构的第一四连杆机构的第四连杆和另一个四连杆机构的第二连杆形成一根杆件；

所述的连杆机构被第一铰接点、第二铰接点、第一支座铰接点以及第二支座铰接点分为三个子连杆机构，在每个子连杆机构中首尾均为铰接节点，在每个子连杆结构上设置第一拉索和第二拉索，所述第一拉索从该子连接结构首个节点开始，穿过第一个四连杆机构的第一连杆和第四连杆的连接节点，然后穿过第一个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点，再穿过第二个四连杆机构的第一连杆和第四连杆的连接节点，随后再穿过第二个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点，如此反复，直至连接到尾部的节点，所述的第二拉索连接子连杆机构首尾的两个节点；

在第一铰接节点或第二铰接点连接的相邻两个四连杆机构的第二连杆和第三连杆的连接节点之间设置一根伸缩杆。从而通过六根拉索和一根伸缩杆长度的变化来改变桁架结构的几何外形。

本实用新型的有益效果是，本实用新型由压杆组成具有四个自由度的连杆机构，并利用三根第一拉索、三根第二拉索和一根伸缩杆驱动连杆机构，形成具有多个稳定几何构形的桁架结构；该发明可以从一个几何构形任意变化到另外多个几何构形，并且在这些几何构形处可以承受外荷载；另外，由于本实用新型由高强度索和压杆组成，其质量较小，结构的部分刚度由预应力提供，所以可以节省大量的材料，减少自重；而且其构造合理、设计和施工简单，适合于各种跨度的建筑。 

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步详细说明： 

图1是本实用新型结构示意图。