专利名称：充气结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种圆筒屋顶形的充气结构，该充气结构适用于提供整个的或部分的工作或生活空间，例如维修或喷涂轮船的工作场所、施工场所、展览的临时场所，或露天体育场，可允许在下雨或下雪条件下进行活动。特别地，本发明还涉及一种轻便的以及能承受风或雪载荷的充气结构。
雨或雪通常妨碍了室外的工作，使工作的效率降低。然而，进度不能被拖延。于是为了确保工作或生活空间，如维修或喷涂轮船的工作场所、施工场所、展览的临时场所，或露天体育场，可允许在下雨或下雪条件下进行活动(在下面的描述中，用“工作空间”代表“工作或生活空间”)，开发了圆筒屋顶形的充气结构。这种充气结构包括一种半永久使用的和一种临时使用的。
申请人于1997年6月4日申请的、日本未审查的专利公开文件(Kokai)No.9-144382描述了一种临时使用的充气结构。该充气结构包括由肋条状的板或膜加强件连接的外部和内部板或膜，该板或膜限定了一组空气腔，在该空气腔内充入压缩空气使充气结构膨胀起来。隔板包括使空气腔间空气流动的开口。
现有技术的充气结构可使工作空间防雨，但是不能防大雪和大风，例如超过10m/sec的风，于是雪或大风使充气结构坍塌。由于充气结构越大，作用在充气结构上的雪或大风载荷就越大，这样在较大的充气结构上问题就严重了。
现有技术中的另外一个问题是，为了提供较大的工作空间，则需要较大的充气结构。这样就增加了充气结构的重量和运输、安装和拆卸的劳力。
本发明为了解决现有技术的问题，提供改进的充气结构以甚至在充气结构的尺寸增加时也方便运输、安装和拆卸。
本发明的目的是还提供一种改进的充气结构以提高承受雪或风载荷的力量。
本发明提供一种圆筒屋顶形式的充气结构，其中在该充气结构的相对两端具有开口。充气结构包括板材或膜材制成的外壁和内壁，该外壁由在其中的一组肋条状的隔板连接，以在外壁在和内壁之间限定一组肋条状的空气腔；隔板包括一组在邻近空气腔之间连通的开口。
根据本发明的另一个特征，提供一种圆筒屋顶形的充气结构组合，该充气结构组合在其相对两端具有开口。充气结构组合包括至少两个充气结构部分，该充气结构在相应的结构部分的末端互相连接。每个充气结构包括板材或膜材制成的外壁和内壁，该外壁由在其中的一组肋条状的隔板连接，以在外壁在和内壁之间限定一组肋条状的空气腔；在充气结构的末端设有拱座，以在两个充气结构互相连接时连接另一个充气结构的拱座部分；隔板包括一组在邻近空气腔之间连通的开口；充气结构具有如下限定的特定尺寸1.20≤b/a≤1.351.10≤d/c≤1.350.2≤a/c≤0.5其中a充气结构的最大开口宽度；b充气结构的总宽度；c有效高度(在地面和内壁的最大高度之间)；d总高度(在地面和外壁和最大高度之间)。
下面和附图一起讨论上述及其它目的和优点，并且进行进一步的描述。
图1为本发明的充气结构的部分剖面立体图；图2为图1中的充气结构的正视图；图3为本发明的充气结构组合的侧视图；图4为在图3中用“A”表示的部分的局部放大图；图5为沿图4中V-V线的充气结构组合的断面图；图6A为连接两个充气结构的束带的放大图；图6B为连接两个充气结构的束带另一个形式的放大图；图7A为沿图4中V-V线的充气结构的端面视图，其中示出了连通端口；图7B是为了示出充气结构的两个接通端口的连接的局部放大侧视图；图8为与图4类似的放大断面图，其中示出了附加的盖板；图9A为单向阀的正视图；图9B为图9A中示出的单向阀的断面图；图10A为图1中所示的充气结构的正上部的局部视图；图10B为在没有加固屏时在风载荷作用下充气结构的变形示意图10C为在有加固屏时在风载荷作用下充气结构的变形示意图；图11A为带加固屏时的充气结构的正视图；图11B示出了加固屏的另一个形式；图12A为带沿该结构内表面延伸的三个加强件的充气结构的剖视图；图12B为带沿该结构外表面延伸的三个加强件的充气结构的侧视图；参见图1，本发明的充气结构10包括外表面12和内表面14，外表面12和内表面14由一组肋条状的隔板连接，从而形成了一组空气腔20(参见图4)。充气结构10还包括开口18以使空气在空气腔20间流动，充气结构10还包括在该结构10两端的加固屏22和拱座28。
包括例如风扇、鼓风机或压缩机的空气源26通过管道26a和至少一组端口24为空气腔提供压缩空气，使结构10胀起。空气源26配有加热器(图中未示出)为空气腔提供热空气，这样可使积聚在充气结构10上的雪融化。
外隔板、内隔板由机织纤维或针织纤维的板材或膜材组成，这种纤维是由高轫性的纤维，如聚酯纤维、聚酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、聚烯烃纤维或聚丙烯酸酯纤维，最好是聚酯纤维、聚酰胺纤维制成的。加在纤维中的是如聚氨酯或氯乙烯的树脂材料，或者是如丙烯酸橡胶或氟橡胶的橡胶材料，从而提供如下面将要描述的抗渗性。
另外，板材或膜材具有的密度范围值为30-200g/m2，最好在30-50g/m2之间。如果在密度大于200g/m2时，该充气结构的重量增加，并且其板材的相对高的硬度可使充气结构的搬运不便。相反，如果密度小于30g/m2，则板材的强度对于充气结构来说太低。特别地，对于相对大尺寸的充气结构来说，板材或膜材的密度最好选择在30-50g/m2的范围内，以减轻充气结构的重量。
另外，膜材或板材的空气渗透性选择在0.1cc/sec·m2或更小，最好为0.02cc/sec·m2或更小。在最好的情况下是采用抗渗透性板材。顺便地说，渗透性符合“普通纤维的JISL1096测试方法”，在压差为1.27cm·Hg条件下，其中确定每单位面积和时间通过纤维样本的空气流量。
下面描述隔板16的结构。
隔板16为肋条形，以20-100cm的间隔在外壁12和内壁14之间互相平行延伸。隔板16连接到外壁12和内壁14上，以加固充气结构10。如上所述，隔板16包括一组使空气在空气腔间流动的开口18。最好开口18具有的全面积为隔板16的1/400-1/2。开口18面积的上限由隔板16的强度所确定。另一方面，开口18总面积的下限由空气腔间的空气流所确定，即由充入到充气结构的空气时间和从充气结构中放出空气的时间确定。开口18的最佳形状为圆形或椭圆形。
根据本发明的特征，充气结构10具有如图2所示的特定尺寸。在图2中，“a”为最大开口的宽度，“b”为总宽度，“c”为有效高度(在地面和内壁14最大高度之间)“ru”为在充气结构顶部的外壁圆弧的半径，“rm”也是沿充气结构顶部和底部之间的外壁中点的外壁圆弧的半径。
根据本发明的实施例，总宽度“b”和最大开口宽度“a”的比值，即b/a，最好在1.20-1.35的范围。比直小于1.20的充气结构由于雪或风载荷容易坍塌。另一方面，如果比值大于1.35，由于工作的充气结构10的有效面积相对整个安装面积明显地减少，于是导致了经济上不合算的问题。
另外，根据本发明的实施例，总高度“d”和有效高度“c”的比值，即d/c，最好在1.10-1.35的范围。比值小于1.10的充气结构由于雪或风载荷容易坍塌。另一方面，如果比值大于1.35，则增加了材料，于是充气结构的重量使搬运不方便。另外，比值d/c大于1.35则增加了充气结构的侧壁面积，该面积容易兜风，于是该结构在风载荷的作用下很容易坍塌。
另外，根据本发明的实施例，最大开口宽度“a”和有效高度的比值，即a/c的范围最好为0.2-0.5。比值小于0.2则减少了充气结构的工作空间，使充气结构平展，而在该结构的顶部有积雪，清除顶部的积雪很困难。比值大于0.5则增加了该结构受到的风载荷，这样可使充气结构容易坍塌。
另外，根据本发明，在充气结构的顶部的圆弧半径ru和中点圆弧半径的rm的比值，即ru/rm最好在1.15-1.30的范围。如果比值ru/rm小于1.15，风载荷开始就使中点处的外壁褶皱。风越大，外壁可产生导致充气结构坍塌的褶皱就越大。为了避免这个现象的发生，需要在充气结构中使用加固件。另一方面，比值ru/rm大于1.30，则增加了易兜风的前面面积，从而增加了充气结构的风载荷。于是比值ru/rm提高到大于1.30不能有效地提高充气结构的强度。
根据本发明的实施例的充气结构10具有由上述参数限定的形状，如果内部压力相对低，如为0.0037Kg/cm2·g，在风力为10-16m/sec的条件下，该形状可使充气结构的外形保持稳定。一般地，充气结构10的内部压力最好选择在0.001-0.05Kg/cm2·g的范围内。内部压力小于0.001Kg/cm2·g，则充气结构不能在有风雪载荷的情况下维持，另一方面，内部压力高于0.05Kg/cm2·g，则要求增加外壁12、内壁14和隔板16的强度。这样就进一步需要增加充气结构10的重量，使充气结构10的搬运不方便。而且，为了使内部压力增加到大于0.05Kg/cm2·g，需要准备作为空气源的大的风扇、鼓风机或空气压缩机，于是提高了成本。
虽然在图1和图2中充气结构10作为单体示出，本发明还包括一个实施例，其中由一组充气结构10互相连接。参照图3和图4，下面描述本发明的第二实施例。
图3示出了其中包括两个充气结构10的充气结构组合，作为充气结构部分，所述两个充气结构10通过一组梁34互相连接。当充气结构10连接起来时，相应充气结构的拱座28互相接触。
由于每个充气结构10的尺寸没有增加，这种形状在不影响充气结构的搬运同时，提高了工作面积。
图4为图3中用“A”表示的在两个充气结构10之间连接部的放大剖面图，以及图5为图4中沿V-V线的端面视图。
拱座28由端壁30限定，该拱座是由与外壁12和内壁14相同的材料制成的。端壁30可由比外壁更坚固的材料制成，以加固拱座28。端壁30限定了空腔32，该空腔32可通过位于最外边的隔板16上的开口18与空气腔20连通。相应充气结构10的拱座28通过如图5中所示的剖面线部分的接触面30a互相接触。
为了避免水经过两个充气结构10之间的连接部进入到结构中，充气结构10必须连接起来，于是接触面30a具有一个大于4mm的参数K。该参数K为穿过接触面30a任意条线的最小尺寸，该线一般在充气结构10的顶部。参数K越大，阻止渗出的能力就越强。然而，我们发现参数K大于4mm才能阻止渗出。我们还发现内部压力P和阻止渗出的参数K之间的关系如下PK≥0.2(Kg/cm2·mm)……(1)其中P内部压力(Kg/cm2·g)K接触面的最小尺寸(mm)图6A示出了一个束带34的例子，该束带34包括带条34a、一对眼孔34b、撑条34c以及带扣。该对眼孔34b均在彼此连接的相应充气结构10上的；该撑条34c设在带条34a的一端，把带条34a的一端连接到其中的一个眼孔34b上。该撑条34c插入到其中的一个眼孔34b中，以使带条34a的一端连接到眼孔34b上。带条34a的另一端穿入到另一个眼孔中，并通过带扣固定到带条34a上。每个眼孔34b设在接头上，该接头缝在拱座28和外壁12之间的缝“S”上。这种结构可通过调整连接的充气结构10之间的距离“D”，即调整梁34的长度来调整参数K。另外，该结构还在充气结构没有连接时，使梁34与充气结构10分开。
图6B示出了束带36的另一个实施例，其中包括环状的第一带条36a、第二带条36b以及固定在第二带条36b上的撑条。撑条36c插入到第一带条36a的环中，如图6B所示，使第一带条36a和第二带条36b连接起来。
在图3和图4中，虽然示出的束带34是在充气结构10的外边，束带34也可在充气结构10的里面。
在使用中，在充气结构10的连接形式的安装中，两个充气结构10首先通过束带34或36互相连接，然后空气源26通过管道26a和端口24为充气结构10提供空气。供气后，管道26a与端口24分开，于是端口24可由塞子或盖子(图中未示出)封住。另一方面，空气通过端口24从连接的充气结构10中放出或抽出，使充气结构缩回，然后分开束带34或36。在缩回后，把充气结构10折叠以存放起来。
如图7A和7B所示，充气结构10可包括在拱座28上的连通的端口38。图7B为两个充气结构10之间的连接部的局部放大的侧视图，其中拱座28彼此单独示出，以看清连通端口38。连通端口38设在连接的相应的充气结构10上，该连通端口通过例如拉链和内配合件、钩或环等连接件彼此连接。连通端口38使空气从一个充气结构流动到另一个，于是把空气输送到另一个充气结构中的空气管道可省略。当连通端口38不用时，可通过塞子、帽盖或密封件密封。
为阻止水渗入、出现或为了两个充气结构10之间连接部的保护，在两个充气结构10之间的连接部设有附加的盖板39。附加的盖板39可通过如拉链和内配合件、钩或环等连接件固定件固定到充气结构10上。本发明包括一个实施例，其中附加盖板设在充气结构10的内表面上。图8示出了设在充气结构10的外表面和内表面上的附加盖板39和39’。
根据本发明的另一个特征，单向阀40位于开口18处，以控制充气结构10中的气流。阀40包括环状的阀框40a、通过螺钉40c固定在阀框40a端面上的膜片40b、支撑膜片40b的十字杆40d。膜片40b为柔性的，如图9B所示，以使空气在一个方向上流动。在适当选择的开口18的部位上设有单向阀40可控制充气结构10中的气流，于是可极大地阻止了在载荷下的变形。特别地，在空气腔20和拱座28的空腔32之间的单向阀40装置增加了拱座28的强度，当两个充气结构10连接时，该单向阀40使拱座28互相挤压，于是提高了充气结构组合的整体性，并且阻止了水渗透。
下面参照图10A、图10B和图10C来描述本发明的另一个特征。
图10A为充气结构的正上部的局部视图，其中风“W”流动到充气结构中。当风“W”与充气结构相遇时，如图10A所示，充气结构的上顶部把风“W”分成上面气流“W1”和下面气流“W2”。分开的气流“W1”和“W2”产生了流体动力，该力作用在充气结构的上顶部并使其变形。一些状态包括充气结构中的自激振荡，如图10B虚线所示使充气结构整个坍塌变形。
本发明的充气结构10包括屏22(图1和11A)以阻止上述现象发生。屏22可由手织的、非手织或机织纤维制成。另外，屏22可由金属或塑料板或片制成。
屏22设在充气结构10的两端的开口的上部。屏22可减少了下面的气流“W2”，以减少充气结构10的流体动力，增加了充气结构的强度。图10c大致示出了由于风载荷使带加强屏的充气结构的变形。屏22可拆卸地或不可拆卸地固定到充气结构10上。在屏22可拆卸地固定到充气结构10上时，可使用例如拉链和内配合件、钩和环或眼孔和绳索装置等连接件装置。分离的屏22可增加尺寸，特别是充气结构10的开口的高度，这样可使相对高的机构或临时支架进入到充气结构10中，减轻了重量。如图11A所示，在屏22的下端设有加强撑条42。
参照图11A，屏22最好具有有效的开口高度“h”，该高度在屏的下端和地面之间，以及具有最大高度“H”，即如图2中的“C”。根据本发明的实施例，有效开口高度“h”和最大高度“H”，也就是说h/H需要满足下面的条件h/H≤0.8……(2)比值h/H大于0.8则减少了加强效果和对下面气流“W2”的阻碍效果。另外有效的开口高度“h”最好至少为2m，以进入充气结构10中。最大高度“H”最好为至少2.5m，以确保在充气结构10中的有效工作空间。
图11B示出了根据本发明的另一个实施例的屏22’。该屏22’基本上靠近充气结构10的开口并且包括进口44。在这个例子中，如图11B所示，有效高度“h”由进口44的高度所限定。充气结构10可包括至少一个拱形加强件。图12A为充气结构10的侧面剖视图，其中有三个加强件46沿充气结构10的内表面布置，图12B为充气结构10的侧视图，其中在充气结构10的末端设有两个加强件48a，一个加强件48b沿充气结构10的外表面布置。加强件46、48a和48b可由金属或塑料或拱形或半圆形的空气管制成。空气管形式的加强件可由高韧性的手织纤维或机织纤维制成，如聚酯纤维、聚酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、聚烯烃纤维或聚丙烯酸酯纤维，最好是聚酯纤维、聚酰胺纤维制成的。加在纤维中的是如聚氨酯或氯乙烯的树脂材料，或者是如丙烯酸橡胶或氟橡胶的橡胶材料，从而提供抗渗性。
空气管道可由具有密度为100-600g/m2的板材制成。如果密度比600g/m2大，板的硬度太高不利于加强件的搬运。相反，如果密度小于100g/m2，起到加强作用的板材的强度太低。
加强件通过拉链和内配合件、钩或环或眼孔和绳索等连接件固定到充气结构上，如果采用空气管道，加强件可整体地连接到充气结构10上。
本领域的技术人员可以知道上面描述的是公开装置的最佳实施例，在不脱离本发明的精神和范围时可进各种变化和改型。
权利要求
1．一种圆筒屋顶形的充气结构，其中在该充气结构的相对两端具有开口，包括板材或膜材制成的外壁和内壁，该外壁由在其中的一组肋条状的隔板连接，以在外壁在和内壁之间限定一组肋条状的空气腔；隔板包括一组在邻近空气腔之间连通的开口；充气结构具有下面限定的特定尺寸1.20≤b/a≤1.351.10≤d/c≤1.350.2≤a/c≤0.5其中a充气结构的最大开口宽度；b充气结构的总宽度；c有效高度(在地面和内壁的最大高度之间)；d总高度(在地面和外壁和最大固定之间)。
2.根据权利要求1所述的充气结构，其特征在于该充气结构还具有如下限定的尺寸15≤ru/rm≤1.30其中ru在充气结构顶部外壁圆弧的半径；rm沿充气结构顶部和底部之间的外壁中的中点处的外壁圆弧半径。
3.根据权利要求2所述的充气结构还包括屏，该屏设在充气结构的末端，以避免在其中末端处的充气结构的变形。
4.根据权利要求3所述的充气结构，其特征在于该屏具有如下限定的尺寸h/H≤0.8h≥2(m)H≥2.5(m)h；在下端和充气结构安装的地面之间的有效开口高度；H总高度(在地面和外壁的最大高度之间)
5.根据权利要求4所述的充气结构，其特征在于所述屏可拆卸地固定在充气结构的末端。
6.根据权利要求5所述的充气结构，其特征在于所述屏由机织材料制成。
7.根据权利要求4所述的充气结构，其特征在于所述屏包括沿屏下端延伸的加固撑杆。
8.根据权利要求5所述的充气结构，其特征在于所述屏与内壁连接成一体。
9.根据权利要求1所述的充气结构，其特征在于制成外壁和内壁的材料具有的密度范围为30-200g/m2，空气渗透性为0.1sec·m2。
10.根据权利要求1所述的充气结构还包括至少一个单向阀，该单向阀设在隔板的开口，以控制充气结构中的气流。
11.根据权利要求1所述的充气结构还包括至少一个拱形的加强件，该加强件包括密度为100-600g/m2板材制成的空气管道。
12.一种圆筒屋顶形的充气结构组合，该充气结构组合在其中的相对两端具有开口，包括至少两个充气结构部分，该充气结构部分在相应的结构部末端互相连接；每个充气结构包括板材或膜材制成的外壁和内壁，该外壁由在其中的一组肋条状的隔板连接，以在外壁在和内壁之间限定一组肋条状的空气腔；在充气结构的末端设有拱座，以在两个充气结构互相连接时连接另一个充气结构的拱座；隔板包括一组在邻近空气腔之间连通的开口；充气结构具有如下限定的特定尺寸20≤b/a≤1.3510≤d/c≤1.352≤a/c≤0.5其中a充气结构的最大开口宽度；b充气结构的总宽度；c有效高度(在地面和内壁的最大高度之间)；d总高度(在地面和外壁和最大高度之间)。
13．根据权利要求12所述的充气结构，其特征在于该充气结构还具有如下限定的尺寸15≤ru/rm≤1.30其中ru在充气结构顶部外壁圆弧的半径；rm沿充气结构顶部和底部之间的外壁中的中点处的外壁圆弧半径。
14.根据权利要求13所述的充气结构还包括屏，该屏设在充气结构的末端，以避免在其中末端处的充气结构的变形。
15.根据权利要求14所述的充气结构，其特征在于该屏具有如下限定的尺寸h/H≤0.8h≥2(m)H≥2.5(m)h；在下端和充气结构安装的地面之间的有效开口高度；H总高度(在地面和外壁的最大高度之间)
16．根据权利要求15所述的充气结构，其特征在于所述屏可拆卸地固定在充气结构的末端。
17．根据权利要求16所述的充气结构，其特征在于所述屏由机织材料制成。
18．根据权利要求15所述的充气结构，其特征在于所述屏包括沿屏下端延伸的加固撑杆。
19根据权利要求16所述的充气结构，其特征在于所述屏与内壁连接成一体。
20．根据权利要求12所述的充气结构，其特征在于制成外壁和内壁的材料具有的密度范围为30-200g/m2，空气渗透性为0.1cc/sec·m2。
21．根据权利要求12所述的充气结构还包括至少一个单向阀，该单向阀设在隔板的开口，以控制充气结构中的气流。
22.根据权利要求12所述的充气结构还包括至少一个拱形的加强件，该加强件包括密度为100-600g/m2板材制成的空气管道。
全文摘要
一种圆筒屋顶形的充气结构,其中在该充气结构的相对两端具有开口,包括:板材或膜材制成的外壁和内壁,该外壁由在其中的一组肋条状的隔板连接,以在外壁在和内壁之间限定一组肋条状的空气腔;隔板包括一组在邻近空气腔之间连通的开口;充气结构具有下面限定的特定尺寸:1.20≤b/a≤1.35,1.10≤d/c≤1.35,0.2≤a/c≤0.5,其中a:充气结构的最大开口宽度;b:充气结构的总宽度;c:有效高度(在地面和内壁的最大高度之间);d:总高度(在地面和外壁和最大固定之间)。
文档编号E04H15/20GK1231373SQ9812525
公开日1999年10月13日 申请日期1998年12月3日 优先权日1998年4月3日
发明者芝池哉, 关谷佳房, 青柳宏, 佐藤贡司, 杂贺勇, 久田俊明 申请人:帝人株式会社