[發(fā)明專利]一種基于剛性折紙單元的組合式可展開結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710568134.7
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107415327B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳耀;張穎;張會會;李談詞;葉健
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B31D5/04
• 分類號: B31D5/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于剛性折紙單元的組合式可展開結(jié)構(gòu)，縱向由全等重復(fù)單元組成，即多榀相同的折紙單元組合連續(xù)拼接起來達(dá)到所需要的空間縱向尺寸，寬度和高度由基本折紙單元的尺寸決定。每榀折紙單元平面圖為矩形，折紙單元的中央位置由兩個(gè)同底等高的梯形板塊組成，外側(cè)邊緣由八塊和中間板塊具有相同的寬度和折痕夾角的剛性板塊組成，其中四塊剛性板塊尺寸相同，中間夾有一塊短剛性板塊。每塊剛性板塊的幾何尺寸決定了結(jié)構(gòu)的整體形狀。本發(fā)明所展示的組合式可展開結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)節(jié)縱向尺寸的矩形庇護(hù)空間，具有很好的適應(yīng)性和伸縮性，結(jié)構(gòu)簡單，造型美觀，易于移動(dòng)、組裝和可擴(kuò)展，尤其適用于由折紙技術(shù)啟發(fā)的移動(dòng)模塊化收容所等特定項(xiàng)目。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于剛性折紙單元的組合式可展開結(jié)構(gòu)，屬于現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

折紙結(jié)構(gòu)是近幾十年發(fā)展起來的新型空間結(jié)構(gòu)形式，近年來基于剛性折紙的可折疊結(jié)構(gòu)在工程和建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛。折紙結(jié)構(gòu)的空間可展性使得結(jié)構(gòu)在需要使用時(shí)，可以展開至工作狀態(tài)，工作完畢后可以收回到折疊狀態(tài)便于運(yùn)輸。折紙結(jié)構(gòu)因其現(xiàn)場安裝及拆除速度快，在使用時(shí)不需要很多人力和機(jī)械就可以方便地在現(xiàn)場展開成形，因而適用范圍很廣，應(yīng)用于生活、軍事、醫(yī)學(xué)、土木工程、航天工程等領(lǐng)域。

剛性折紙單元有兩個(gè)較為顯著的特性：結(jié)構(gòu)合理性和形狀可變性。折紙可以很容易將本來柔軟的紙材變得擁有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這一點(diǎn)奠定了其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。基于折紙藝術(shù)的啟發(fā)，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用折疊的概念，將能達(dá)到方便、靈活的藝術(shù)效果。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明將可折疊原理應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)，在于改進(jìn)現(xiàn)有組合折紙結(jié)構(gòu)的不足，提供一種造型簡單，安裝使用便捷的基于剛性折紙單元的組合式可展開結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于剛性折紙單元的組合式可展開結(jié)構(gòu)，包括多榀依次拼接的全等矩形折紙單元，每一榀全等矩形折紙單元包括位于中間部位的第一對折構(gòu)型、分別連接于所述第一對折構(gòu)型兩側(cè)的兩個(gè)第二對折構(gòu)型、分別連接于所述第二對折構(gòu)型外側(cè)的兩個(gè)第三對折構(gòu)型、分別連接于所述第三對折構(gòu)型外側(cè)的兩個(gè)第四對折構(gòu)型、分別連接于所述第四對折構(gòu)型外側(cè)的兩個(gè)第五對折構(gòu)型，所述第一對折構(gòu)型由兩塊對稱設(shè)置并在長底邊連接的梯形板塊單元組成，所述第二對折構(gòu)型和第四對折構(gòu)型均由兩塊全等且相互對稱的平行四邊形板塊單元在頂邊連接組成，所述第三對折構(gòu)型由兩塊全等且相互對稱的平行四邊形板塊單元在底邊連接組成，所述第五對折構(gòu)型為三角形板塊單元，每榀全等矩形折紙單元在完全展開于同一平面時(shí)，呈現(xiàn)為二維矩形構(gòu)型。

進(jìn)一步的，本發(fā)明組合式可展開結(jié)構(gòu)的二維矩形構(gòu)型中，所有斜向折痕與水平折痕的夾角均為α，其中0°＜α＜90°，在展開、折疊運(yùn)動(dòng)過程中，角度α保持初始值不變化；所述全等矩形折紙單元中，與水平折痕相連的同一對折構(gòu)型的板塊間的夾角為β，其中0°＜β＜90°，在折疊、展開過程中折痕夾角β發(fā)生改變，進(jìn)而使得所述結(jié)構(gòu)具有不同的外部輪廓，當(dāng)β＝0°時(shí)所述結(jié)構(gòu)完全折疊，當(dāng)β＝180°時(shí)，所述結(jié)構(gòu)完全展開為平面。

進(jìn)一步的，本發(fā)明組合式可展開結(jié)構(gòu)在展開、折疊運(yùn)動(dòng)過程中，縱向尺寸變化，而寬度和高度保持不變。

進(jìn)一步的，本發(fā)明組合式可展開結(jié)構(gòu)中，第二對折構(gòu)型和第四對折構(gòu)型的尺寸相同。

本發(fā)明組合式可展開結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)構(gòu)型中β＝90°。

本發(fā)明組合式可展開結(jié)構(gòu)的對稱結(jié)構(gòu)橫向?qū)ΨQ性表現(xiàn)為單榀矩形折紙單元的對稱性。每榀矩形折紙單元中第一對折構(gòu)型的梯形板塊單元的對稱軸即為矩形折紙結(jié)構(gòu)單元的對稱軸，其兩側(cè)各包括連接于所述第一對折構(gòu)型的第二對折構(gòu)型、連接于所述第二對折構(gòu)型外側(cè)的第三對折構(gòu)型、連接于所述第三對折構(gòu)型外側(cè)的第四對折構(gòu)型、連接于所述第四對折構(gòu)型外側(cè)的第五對折構(gòu)型，呈對稱分布。

本發(fā)明組合式可展開結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)縱向?qū)ΨQ性表現(xiàn)為能夠通過改變依次拼接的全等矩形折紙單元的數(shù)量對結(jié)構(gòu)的縱向長度進(jìn)行調(diào)整。