专利名称：放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及建筑业空间结构设计技术领域，尤其涉及一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置。
背景技术：
目前，在建筑领域进行大跨度空间结构的设计和建造过程当中，如果建筑的表面是规则的，如球面、圆柱面或一般的平面，那么在其表面布置各类杆系网格结构也是十分方便的，如联方网格、肋环型网格、扇形网格、葵花型网格等等，但能够布置出这些规则网格的前提条件是这些网格所在的建筑表面是规则的。随着建筑设计理论和结构设计水平的不断提高，建筑表面为“自由曲面”的情况越来越多，要在这些“自由曲面”上布置各类规则的杆系网格，使得其满足线条流畅、杆件尺寸基本相同就变得相当困难，原因是这些“自由曲面”·无法用显式的数学方程式来表达，杆件长度的计算和杆件本身的定位变得非常困难，目前尚无可行的办法。为此，在具有自由曲面的建筑表面上，如何实现每根杆件长度基本相同，且由每根基本相同的杆件构成的网格线条美观流畅，同时满足建筑美观与建造经济的双重目的。
发明内容本实用新型所要实现的目的是提供一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，以在具有自由曲面的建筑表面上实现每根杆件长度基本相同，且由每根基本相同的杆件构成的网格线条美观流畅，同时满足建筑美观与建造经济的双重目的。为达到上述目的，本实用新型提供一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，包括索网和多个索头，所述索网包括多个杆件、用于调节所述索网张力的多个预应力牵引器和限位器；每个所述预应力牵引器的内部设有预留空间，每个所述预留空间的两端分别通过铰接方式将不同的杆件连接，且每个所述预留空间用于存放被拉回的或释放被拉长的杆件；限位器，被吸附在所述曲面建筑表面上，所述限位器表面上设有至少一个以上的悬挂点，所述限位器的各悬挂点与所述限位器外周相邻的各杆件的外端分别连接；所述多个索头，设置在所述曲面建筑表面边界，不同的索头与所述边界外周相邻的各杆件的外端分别连接。进一步的，所述索网的杆件为弹性杆件。进一步的，所述预留空间的内径和所述杆件的外径相互配合滑动，且沿所述预留空间存放杆件的方向，所述杆件与所述预留空间活动连接。进一步的，所述索网蒙皮到所述曲面建筑表面上，且通过所述限位器限制所述杆件离开所述曲面建筑表面。[0013]进一步的，所述曲面建筑表面上还贴有一金属表面。进一步的，吸附在所述金属表面的所述限位器的材料为磁铁。进一步的，所述预应力牵引器为拉力器。由上述技术方案可知，本实用新型与传统的在具有规则由曲面的建筑表面上布置杆系网格的技术相比，本实用新型公开的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，具有以下优势I、收敛迅速，由于预应力牵引器通过预留空间对索网施加张力，根据力学计算，仅需对构成索网的杆件通过3-5次的拉力调节即可达到一个合理的状态，因此能很快找到合理的目标杆件长度，最终所有杆件都被调整到长度基本相同，且由每根基本相同的杆件构成的整个网格线条美观流畅，能同时满足建筑美观与建造经济的目的。2、使用和操作方便，一是对构成索网的各杆件长度无任何要求，仅仅需要将索网通过限位器贴附在曲面建筑表面上即可；二是预应力牵引器对索网施加张力的原则也非常简单，即“长的杆件施大力，短的杆件施小力”，具体实施按杆件比例反复通过每个预应力牵引器内部设有的预留空间调节索网的张力即可。3、结构组成简单，仅有几种主要部件，且每种部件均能方便地找到材料，如索网采用弹性杆件，限位器采用磁铁制成，预应力牵引器采用拉力器。
图I为本实用新型一实施例中的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置的结构示意图；图2为本实用新型一实施例中的预应力牵引器的结构示意图；图3为本实用新型一实施例中的设有多个悬挂点的限位器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。参见图1，本实用新型所提供的一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，包括索网I和多个索头4，所述索网I包括多个杆件1-1、多个预应力牵引器2和限位器3。所述索网的杆件1-1可以为钢索杆件或弹性杆件，优选的，所述索网的杆件1-1为弹性杆件，所述弹性杆件具有弹性。如图2所示，每个所述预应力牵引器2的内部设有预留空间7，所述预留空间7的两端分别通过铰接方式将不同的杆件1-1连接，所述杆件交接处由于所述铰接方式可以发生转动，具体的所述铰接方式为所述预留空间7的内径Dl和所述索网的杆件1-1的外径D2相互配合且可滑动，且沿所述预留空间7存放杆件的方向，所述索网的杆件与所述预留空间7活动连接，以保证刚好插入所述预留空间7中的所述杆件1-1能沿杆件方向被拉回或释放，从而所述预留空间7用于通过存放被拉回多余的或释放被拉长的所述杆件1-1来调节所述杆件的拉力，进而每个所述预应力牵引器2通过其内部设有的预留空间7调节所述索网I的张力。所述限位器3被吸附在所述曲面建筑表面5上，所述曲面建筑表面5为所述索网蒙皮的目标曲面。当所述索网蒙皮到所述曲面建筑表面5上之后，通过所述限位器限制所述杆件1-1离开所述曲面建筑表面5，且使所述限位器3只能发生面内的滑移。所述限位器3的表面上设有至少一个以上悬挂点3-1，优选的，参见图图3，图3为设有多个悬挂点的限位器。所述限位器的各悬挂点3-1分别与所述限位器3外周相邻的各杆件1-1的外端连接。图3虽然以较佳实施例公开了所述限位器3中设有的悬挂点，但其并不是用来限定所述限位器3的结构，凡是可以实现与所述杆件的外端连接的限位器的结构均受本实用新型公开的限位器的保护范围内。为了更好的实现所述限位器3的功能，还可以在所述曲面建筑表面上贴上金属表面(图中未示)，而所述限位器3则采用磁铁制作，利用磁铁的磁性将所述限位器3吸附在 所述曲面建筑的金属表面上。所述限位器3可吸附于所述曲面建筑表面的所有位置处。所述索头4设置在所述曲面建筑表面5边界，不同的索头分别与所述边界外周相邻的各杆件1-1的外端分别连接。本实用新型提供的一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置的操作过程如下第一步，通过每个所述预应力牵引器2中设有的预留空间7的两端将各杆件1-1通过所述铰接方式连接，所述铰接方式为所述预留空间7的内径Dl和所述杆件1-1的外径D2相互配合且可滑动，且沿所述预留空间7存放杆件的方向，所述索网的杆件与所述预留空间7活动连接，以保证刚好插入所述预留空间7中的所述杆件1-1能沿杆件方向被拉回或释放，并将与所述限位器3外周相邻的各杆件1-1的外端分别连接至所述限位器的各悬挂点3-1，因此，将通过所述预应力牵引器2、所述限位器3和各杆件1-1连接形成的索网蒙皮到需要布置杆系网格的曲面建筑表面5上。此时，所述限位器3限制所述杆件1-1离开所述曲面建筑表面，且与所述曲面建筑表面5贴紧，并且使所述限位器只能在所述曲面建筑表面上发生面内滑移。此时，所述索网中的每根杆件1-1的长度可以长短不一。第二步，固定所述曲面建筑表面边界上的索头4，将与所述边界外周相邻的各杆件1-1的外端分别连接至不同的索头4。第三步，通过所述预应力牵引器2对每根杆件1-1施加一次预应力，施加预应力的方式如下预应力的大小与所述杆件1-1的初始长度成正比，即“长的杆件施大力，短的杆件施小力”，则原来短的杆件1-1由于施加的预应力小而被拉长了，而原来长的杆件1-1的长度由于施加的预应力大被拉回了所述预应力牵引器2内部设有的预留空间而变短了。按照杆件比例长短，通过每个所述预应力牵引器2内部设有的预留空间7调节与其两端连接的各杆件1-1的拉力，进而调节所述索网I的张力。通过所述预应力牵引器2调节所述索网I的张力，使得所述索网I在所述曲面建筑表面5上的各节点处产生不平衡力，由这些不平衡力自动协调所述限位器3在所述曲面建筑表面5上的节点的位置，从而调整构成所述索网的各杆件1-1的长度，逐渐使得所述索网I中的各变换后的杆件1-1的长度趋于相同，而由于限位器3的限制，使得所述索网I不发生离开所述曲面建筑表面5的位移，因此所述索网I仍紧紧地贴附在所述曲面建筑表面上并在所述曲面建筑表面上的各节点处进行面内的移动。并且，仅需经过3-5次第三步的反复操作后，所述索网I将平衡到一个新的状态，所述的新的状态与第二步原有的状态相比，所述限位器3重新停止在所述曲面建筑表面的另一位置上(也可能与第一步中所述的位置重合)，所述索网I中的各杆件1-1的长度发生了重要的变化，最终所有所述杆件1-1都将被调整到长度基本相同、而整个所述索网的线条又非常流畅，同时所有构成所述索网的杆件又是紧贴所述曲面建筑表面的。当以上过程最终满足建筑师的最初设想、同时又因为所有变换后的杆件的长度基本相同，就可以直接量取这些变换后的杆件的长度作为合理的目标杆件长度进行工厂生产，最后将工厂生产出来的杆件替换本操作中的所述索网即可，因此方便向网架钢结构的设计与建造提供用于施工制作的准确的杆件尺寸信息。本实用新型提供的一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置可以在以下三种状态下使用实际现场状态(I)、缩尺模型状态(2)和计算机模拟状态(3)。所述实际现场状态(I)是指直接在现场实际建筑的目标曲面上安装并进行操作，最后将工厂生产出来的杆件替换操作中使用的索网。所述缩尺模型状态是指为了降低工人的劳动强度，先将实际建筑的目标曲面进行等比例缩尺，在缩小的模型上运用本实用新型，然后再将模型上获得的杆件长度按比例放样到实际建筑杆件的尺寸。所述计算机模拟状态被认为是本产品较佳的一种使用状态，由于本实用新型运用了力学平衡原理和材料的弹性原理，因此很容易在现有的电脑中对本实用新型提供的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置进行仿真计算，从而得到与实际效果相同的杆件尺寸。所述计算机模拟状态不但减轻了现场施工和试验的劳动强度，而且还可以对建筑师提出的多种方案进行对比和优选，同时还能将计算结果与实际施工结果进行误差比较，以提高建筑的施工质量。在2010年上海世博会世博轴“阳光谷”的设计和建造过程中，本实用新型通过所述计算机模拟状态下使用，实现了对“阳光谷”杆系网格的布置，获得了出色的经济效益。因此本实用新型提供的一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，不仅可全地对各类形状的建筑表面，包括规则曲面和“自由曲面”，进行杆件布置，而且具有以下优势I、收敛迅速，由于预应力牵引器通过预留空间对索网施加张力，根据力学计算，仅需对构成索网的杆件通过3-5次的拉力调节即可达到一个合理的状态，因此能很快找到合理的目标杆件长度，最终所有杆件都被调整到长度基本相同，且由每根基本相同的杆件构成的整个网格线条美观流畅，能同时满足建筑美观与建造经济的目的。2、使用和操作方便，一是对构成索网的各杆件长度无任何要求，仅仅需要将索网通过限位器贴附在曲面建筑表面上即可；二是预应力牵引器对索网施加张力的原则也非常简单，即“长的杆件施大力，短的杆件施小力”，具体实施按杆件比例反复通过每个预应力牵引器内部设有的预留空间调节索网的张力即可。3、结构组成简单，仅有几种主要部件，且每种部件均能方便地找到材料，如索网采用钢索杆件或弹性杆件，限位器采用磁铁制成，预应力牵引器采用拉力器。本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
权利要求1.一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，包括索网和多个索头，所述索网包括多个杆件、用于调节所述索网张力的多个预应力牵引器和限位器； 每个所述预应力牵引器的内部设有预留空间，每个所述预留空间的两端分别通过铰接方式将不同的杆件连接，且每个所述预留空间用于存放被拉回的或释放被拉长的杆件； 限位器，被吸附在所述曲面建筑表面上，所述限位器表面上设有至少一个以上的悬挂点，所述限位器的各悬挂点与所述限位器外周相邻的各杆件的外端分别连接； 所述多个索头，设置在所述曲面建筑表面边界，不同的索头与所述边界外周相邻的各杆件的外端分别连接。
2.如权利要求I所述的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，所述索网的杆件为弹性杆件。
3.如权利要求2所述的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，所述预留空间的内径和所述杆件的外径相互配合滑动，且沿所述预留空间存放杆件的方向，所述杆件与所述预留空间活动连接。
4.如权利要求I所述的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，所述索网蒙皮到所述曲面建筑表面上，且通过所述限位器限制所述杆件离开所述曲面建筑表面。
5.如权利要求4所述的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，所述曲面建筑表面上还贴有一金属表面。
6.如权利要求5所述的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，吸附在所述金属表面的所述限位器的材料为磁铁。
7.如权利要求4所述的放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，其特征在于，所述预应力牵引器为拉力器。
专利摘要本实用新型提供了一种放置于曲面建筑表面均匀杆件的定位装置，包括索网和设置在曲面建筑表面边界的多个索头；索网包括多个杆件、多个预应力牵引器和限位器；每个预应力牵引器的内部有预留空间，每个预留空间的两端分别通过铰接方式将不同杆件连接，且每个所述预留空间用于存放被拉回的或释放被拉长的杆件；被吸附在曲面建筑表面上的限位器的表面上设有至少一个以上的悬挂点，限位器的各悬挂点与限位器外周相邻的各杆件的外端分别连接；不同的索头与边界外周相邻的各杆件的外端分别连接。本实用新型可在具有自由曲面的建筑表面上实现每根杆件长度基本相同，且由此构成的索网线条美观流畅，同时满足建筑美观与建造经济的双重目的。
文档编号E04G21/16GK202788006SQ20122042298
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者卢旦, 汪大绥, 杨联萍, 李承铭 申请人:上海现代建筑设计(集团)有限公司