折叠桁架-膜组合空间结构

1.本发明涉及空间结构搭建技术领域，尤其指一种折叠桁架-膜组合空间结构。


背景技术：

2.网架和膜均属于大型空间结构常用结构形式，网架结构由许多钢杆件组成，由于钢杆件具有自重轻、强度高等特点，使得网架结构具有极强的跨越能力，可作为大空间结构顶盖、以及整体化围合空间，但由于网架结构是由许多钢杆件按照结构受力合理性有规律地排列组合而成，因而其结构复杂且施工较困难，仅适用于固定的大型空间结构，比如展览馆、体育馆等。膜结构是有高强纤维交织物配合桅杆、拱、拉索等组合而成，由于其结构轻柔，在城市室外空间小品中常被使用，但其支撑体系固定繁琐，不适用于快速搭建和收纳。因此，目前空间体系常用于固定的永久性结构中，不适用于需要快速临时搭建和方便收纳运输的中小型结构中。可见，目前空间结构体系具有结构复杂、建造成本高、施工难度大等缺陷，因此仅适用于永久性大跨度结构，对中小型临时结构不适用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种轻盈便捷、施工简便、方便运输和收纳的折叠桁架-膜组合空间结构，以适应于中小型临时场景。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种折叠桁架-膜组合空间结构，包括顶膜以及设置在顶膜下方的至少四根立柱，所述立柱两两相对设置，所有立柱围成的区域中央设有中心连接体，每根立柱与中心连接体之间连接有横梁，相对设置的两根立柱之间连接有能够拉直或弯曲的绳索，并且所述绳索位于横梁的上方，所述绳索与横梁之间连接有第一防脱件，所述顶膜通过第二防脱件滑动连接于绳索，所述顶膜的边缘与其下方对应位置的立柱固定连接，所述横梁能够呈水平状连接于立柱和中心连接体以使得顶膜展开，或者所述横梁能够倾斜翻转以使得中心连接体下降高度，从而使得各立柱相互靠拢以收纳顶膜。
5.优选地，所述横梁的内端和外端分别设有内固定板和外固定板；所述内固定板的上端与中心连接体铰接、下端与中心连接体可拆卸连接；所述外固定板的上端与立柱可拆卸连接、下端与立柱铰接。
6.更优选地，所述第一防脱件为限绳扣，所述限绳扣包括用于供绳索穿过的环体以及固定连接在环体与横梁之间的连接杆。
7.更优选地，所述第二防脱件为限膜扣，所述限膜扣呈环状结构固定连接于顶膜并能够供绳索穿过。
8.更优选地，所述限绳扣与限膜扣的数量均为多个且沿绳索呈间隔交错设置。
9.更优选地，所述中心连接体设有多个侧面且侧面的数量与横梁的数量对应一致。
10.更优选地，所述立柱的顶端设有供外固定板连接的固定块，所述绳索的两端分别固定连接于两个相对的立柱顶端的固定块上。
11.更优选地，所述外固定板的下端通过转轴与固定块铰接、上端通过螺栓与固定块可拆卸连接；所述内固定板的上端通过转轴与中心连接体铰接、下端通过螺栓与中心连接体可拆卸连接。
12.更优选地，所述顶膜为高强纤维膜。
13.更优选地，所述横梁采用桁架制成。
14.通过将横梁呈水平状连接于立柱和中心连接体，即可拉直绳索以使得顶膜在上方展开，从而快速搭建出空间结构，通过将多个折叠桁架-膜组合空间结构拼靠在一起即可扩大空间结构的范围，施工过程非常方便，很使用于中小型临时场景；通过将横梁与立柱和中心连接体之间的连接结构卸下，然后将各立柱靠拢，即可使得横梁通过铰接部位发生倾斜翻转，进而使得顶膜被收纳起来，方便运输和携带。
附图说明
15.图1为本发明实施例中展开时的整体结构示意图；图2为实施例中横梁、绳索、限绳扣以及限膜扣的位置关系示意图；图3为实施例中收纳过程中的部分结构示意图。
16.图中：1——顶膜
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2——立柱
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3——中心连接体4——横梁
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4a——内固定板
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4b——外固定板5——绳索
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6——限绳扣
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7——限膜扣8——固定块。
具体实施方式
17.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
18.如图1和图2所示，折叠桁架-膜组合空间结构，包括顶膜1以及设置在顶膜1下方的至少四根立柱2，立柱2两两相对设置，所有立柱2围成的区域中央设有中心连接体3，每根立柱2与中心连接体3之间连接有横梁4，相对设置的两根立柱2之间连接有能够拉直或弯曲的绳索5，并且绳索5位于横梁4的上方，绳索5与横梁4之间连接有第一防脱件，顶膜1通过第二防脱件滑动连接于绳索5，顶膜1的边缘与其下方对应位置的立柱2固定连接，横梁4能够呈水平状连接于立柱2和中心连接体3以使得顶膜1展开，或者横梁4能够倾斜翻转以使得中心连接体3下降高度，从而使得各立柱2相互靠拢以收纳顶膜1。
19.在上述结构中，横梁4的内端和外端分别设有内固定板4a和外固定板4b；内固定板4a的上端与中心连接体3铰接、下端与中心连接体3可拆卸连接；外固定板4b的上端与立柱2可拆卸连接、下端与立柱2铰接。具体来说，内固定板4a朝内面的上端可安装一根转轴且转轴的轴线与内固定板4a平行，然后可在中心连接体3对应的面上设置一个凸块，以供转轴穿过，使得转轴能够在凸块中转动，从而实现内固定板4a与中心连接体3之间的铰接效果；同理，这样的结构也可以设置在外固定板4a朝外的面上。而对于可拆卸连接的方式，本领域技术人员可以根据需要设置不同的结构，例如可以直接通过螺栓螺母组件将内固定板4a与中心连接体3连接、通过螺栓螺母组件将外固定板4b与立柱2连接，这种连接方式可以保证足
够的连接强度和可靠性，当然，为了追求便捷性，也可以使用快拆形式的卡扣结构来使内固定板4a与中心连接体3、外固定板4b与立柱2实现更快速的拆装连接，从而进一步提高整个空间结构的拆装便捷性。
20.作为优选地，第一防脱件为限绳扣6，限绳扣6包括用于供绳索5穿过的环体以及固定连接在环体与横梁4之间的连接杆，通过连接杆将环体固定连接在横梁4上，具体则可以是直接焊接连接的方式，以使得整个限绳扣6的位置在横梁4上能够保持稳定不变，从而保证起到限制绳索5脱落的作用。
21.相应地，第二防脱件为则限膜扣7，限膜扣呈环状结构固定连接于顶膜1并能够供绳索5穿过。在实际使用过程中，为了方便制作，可直接在顶膜1下表面的对应位置处设置绑绳，通过绑绳直接与限膜扣7进行捆绑固定，然后再供绳索5穿过，在收纳时，限膜扣7则能够沿着绳索5发生移动从而带动顶膜1发生形变收紧。
22.在上述基础上，限绳扣6与限膜扣7的数量均为多个且沿绳索5呈间隔交错设置。更具体地，如图3所示，限绳扣6的数量为两个，间隔设置在横梁4的中部，而限膜扣7的数量则为三个，与限绳扣6交错设置，并且位于最两端的限绳扣6分别与立柱2、中心连接体3保持一段距离，那么在收纳时，顶膜1的中部可以在绳索5的弯曲下实现收紧。而本领域技术人员应该知道，当整个结构收纳时，固定于顶膜1的限膜扣7只能在绳索5上进行一定程度的滑动，限膜扣7在滑动到一定程度后则能够被限绳扣6阻挡住，以避免限膜扣7无限制滑动而导致顶膜1出现不良的收紧形态，使得顶膜1在收紧时实际上只有中间一部分会折叠收缩，其余部分则依然沿绳索5的长度方向限制在绳索5上，因此得以让顶膜1的收紧状态能够保持得很规整。可见，限绳扣6在这里实际上起到了双重效果，其不仅能够限制绳索5脱落和随意摆动，还能够在整体结构收纳时限制顶膜1的收紧动作，让顶膜1的收紧状态更加的规整。
23.本实施例中的中心连接体3设有多个侧面且侧面的数量与横梁4的数量对应一致，左右一种较优的方案，这里设定的整体结构中包括四根立柱2以及相对应的四根横梁4，那么中心连接体3实际上可以设计为正方体的结构，其具备四个侧面来分别与对应的四根横梁4进行连接即可。而四根立柱2则能够成矩阵式排列，连接在中心连接体4相对的两个侧面上的两根横梁4则实际上沿着矩形空间中的对角线布置，这种空间结构在搭建后结构更加稳定可靠，并且也是结构最简易轻盈的。当然，为了扩大单个折叠桁架-膜组合空间结构单元的面积，也可以增大顶膜1的面积并相应的设置更多根的立柱2，但本领域技术人员都应该知道，立柱2的数量需要成对，并且围绕中心连接体3呈均匀间隔设置，以保证空间结构整体架构的稳定性。
24.在上述基础上，立柱2的顶端设有供外固定板4b连接的固定块8，绳索5的两端分别固定连接于两个相对的立柱2顶端的固定块8上，为了提高整体结构的紧凑性，如图3所示，可以在固定块8的顶端固定连接一根竖直的支撑杆，该支撑杆的顶端用来与顶膜1固定连接，并且绳索5的一端也可以拉到支撑杆上与支撑杆进行固定连接。另外，从附图中可以看出，设置在立柱2顶端的固定块8为矩形体结构，其至少具有一个能够与横梁4的外固定板4b实现螺纹连接以及铰接的侧面，而为了提高立柱2本身的稳定性，在此基础上，还可以在立柱2的底端设置相应的垫板，而垫板的横截面积大于固定块8的横截面积最好，同时也要具备一定的厚度，用以增大与地面的摩擦面积从而提供更大的抓地作用力，提高整个空间结构的可靠性。
25.而对于横梁4与固定块8和中心连接体3的具体连接方式来说，外固定板4b的下端通过转轴与固定块8铰接、上端通过螺栓与固定块8可拆卸连接；内固定板4a的上端通过转轴与中心连接体3铰接、下端通过螺栓与中心连接体3可拆卸连接。本领域技术人员知道，除了前述的通过转轴实现铰接的连接方式之外，还可以通过其他铰接形式的结构来实现，例如铰链等结构，只要能够使横梁4与中心连接体3、横梁4与固定块8之间都能实现相对翻转即可。
26.另外，在本实施例中，顶膜1为高强纤维膜，其具体用料可采用本领域常见的高强纤维材料制成，这种高强纤维膜展开后具有足够的强度，同时自收纳折叠时也能很好的发生形变收紧。而横梁4则采用桁架制成，如各附图所示，桁架可以由三根空间平行的直梁组成，各直梁之间的间隔角度均为60度，同时，在相邻两根直梁之间还连接有连续性的加强梁结构，而具体的连接方式则可以是焊接连接，以保证足够的连接可靠性和强度，然后，直梁的两端则分别连接内固定板4a和外固定板4b，这使得所形成的桁架式的横梁4具有非常好的结构强度，配合高强纤维膜的组合结构，实现了强度高同时自重轻的效果。而在该结构的横梁4基础上，一般可将两根直梁平行设置在同一平面，然后将另一根直梁设置在这两根直梁中间的上方，形成牢固的三角结构，那么相应地，限绳扣6则能够与最上方的直梁进行固定连接。
27.上述实施方式提供的折叠桁架-膜组合空间结构的工作原理是：搭建时，将横梁4撑起至水平状态，然后通过螺纹连接的方式使其两端分别与固定块8和中心连接体3连接，连接完成后即可使得绳索5拉直从而让顶膜1展开，以快速实现空间结构的搭建（如图1所示），为了扩大空间结构，可使多个搭建好的折叠桁架-膜组合空间结构形成的单元拼靠在一起，即可拓展为多单元空间结构，施工过程非常的便捷，通过限绳扣6限制了绳索5脱离，而绳索5上的限膜扣7又能限制顶膜1的脱离，保证了顶膜1在展开后的稳定性。收纳时，首先将横梁4两端与固定块8和中心连接体3的连接螺栓拆除，然后便可将各立柱2往中间靠拢，靠拢的过程中，横梁4内端会向下倾斜（如图3所示），与此同时，由于绳索5是可以弯曲的，而顶膜1为高强纤维膜，具备良好的形变张力，因此整个结构收纳后，顶膜1的中部也会配合着收紧，但仍不会脱离绳索5，而且此时顶膜1的边沿也被立柱2的顶端拉紧，保证了顶膜1能够以很好的收紧姿态与各立柱2一起收拢靠近，由于高强纤维膜拥有非常好的拉伸形变性能，因此即便其边沿被立柱2的顶端固定住了，也能在各个立柱2彼此靠近时发生一定程度的形变从而实现很好的收紧，而且顶膜1的中部区域由于没有受到限制，能够配合往上收紧，使得整个顶膜1的收紧能够很顺畅。可见，整个收纳过程也很便捷，收纳起来之后能够便于携带和运输。
28.需要说明的是，本领域技术人员应该知道，说明书附图3中的状态是为了便于展示顶膜1和绳索5弯折形变后的大致状态，但实际应用过程中并非一定呈现这样的状态，绳索5可能会具有更大的弯折弧度，顶膜1也会发生一定程度的收紧和褶皱现象，而且顶膜1的收紧形变位置也会更加的圆滑和自然，本领域技术人员对于收纳时的顶膜1和绳索5的状态变化不会产生任何理解障碍，因此仅通过示意图进行大致展示，不再进行赘述。
29.该折叠桁架-膜组合空间结构巧妙的利用了高强纤维膜的轻盈和桁架自重轻、强度高、刚度大、跨越能力强的优点，相对传统的大型空间结构而言，不仅减轻了重量，而且还通过融合折叠技术，使得运输方便、搭建和拆除也快速便捷，方便了重复使用，节约了材料，
降低了使用成本，解决了空间结构安装施工困难、造价高、仅适用于永久性结构等不足，充分发挥了各部分结构的有点，使其适用于中小型结构及临时性工程结构，比如临时工地厂房、临时舞台、临时展厅等结构，拓展了其使用空间。
30.为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。