[发明专利]一种可展曲面管状结构

说明书

本发明公开了一种可展曲面管状结构，该可展曲面管状结构由沿轴向分布的至少一个曲面管状模块构成，单个曲面管状模块是具有多边形截面的薄壁管件，所述薄壁管件表面设有预制的曲线压痕纹路，在卷曲形成管件过程中，自然形成曲面。曲面可对其曲线压痕进行修改，包括改变曲线压痕的曲率、延伸方向和排布密度；具有可展性的曲面管状结构能同时满足高比吸能率和可控的稳定变形的结果，以及其它理想的曲面管状结构的要求；本发明的折痕形状便于成型，整个结构的表面为可展面，即其表面能够完全展开为一个平面。可展面的优点在于采用板材压制成型时加工更为方便，生产成本低，加工精确性高。

技术领域

本发明属于建筑结构设计的技术领域，涉及到建筑、土木设施建设过程中的结构性设计，特别涉及到一种在轴向压力作用下，能够快速可控的可展曲面管状结构。

背景技术

建筑的曲面造型是现代新颖的建筑设计中十分重要的发展方向。在目前的建筑设计中，通常是先制作起支撑作用的支架并在其表面覆盖曲面形成曲面构型，达到牢固且美观的效果。这种方式对建筑设计者与施工者来说不仅工艺复杂，而且耗时较长。

曲面构型在建筑设计中一般置于建筑结构的外立面等，用新颖的方式划分空间，给身处其中的人们提供良好的美学感受同时曲面结构也承担一定的载荷。但曲面结构相对平面结构较为复杂，在设计之中对其的要求与限制相对较多。

理想的曲面结构需要满足以下条件：1)外形美观，符合美学设计思想；2)稳定，有可控的预设的变形模式；3)质量轻；4)成本低廉，便于设计加工；5)安装方便，极易与其他建筑结构相配合。传统上，由钢筋，混凝土搭建结构内部框架，用水泥灰浆，或高强度复合纤维材料覆盖于支架表面形成曲面结构。这类曲面结构的主要问题在于它们的设计，加工时间相对较长，对曲面承载的研究尚不完善，计算验证周期较长。同时，由于曲面构型相对特殊，也很难与其他建筑结构相连接适配，这就使得曲面结构的很难广泛应用与实际工程之中。

为了提高曲面结构的加工方便性，可采用可展及结构。有些专利在设计管状结构的复杂表面时，采取了可展的结构设计，即使该结构可平面展开，即可通过按压折痕的方式，得到该复杂结构。且相邻面之间的连接处为一体形成，相对稳固受此启发，可设计拥有可展的几何特性的曲面结构。

在曲面构型中，曲面在承载过程中，其变形往往不可控制，不可预测。而在近期的研究中可以发现由一些特定曲线延伸而形成的曲面可发生相对稳定的变形。即在施加合理的载荷下，设计好的曲面结构会按设计的纹路自然变形，达到稳定的状态。

综上所述，目前有必要提出一种同时来满足美观与承担一定载荷，加工制造方便，从而符合面建筑结构的要求。在通常条件下，以上的要求是相互冲突的，因为在设计曲面的过程中，美观与易于加工往往难以兼得。因此，一种能同时满足以上要求的设计会在曲面的建筑结构中有重要的应用

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决曲面建筑结构设计过程中难以控制变形的问题，提供一种易于制造和安装的低成本可展曲面管状结构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可展曲面管状结构，该可展曲面管状结构由沿轴向分布的至少一个曲面管状模块构成，单个曲面管状模块是具有多边形截面的薄壁管件，所述薄壁管件表面设有预制的曲线压痕纹路，在卷曲形成管件过程中，自然形成曲面。

进一步的，所述曲面管状模块的多边形截面采用正方形、矩形、菱形、梯形、三角形或六边形其中的一种或几种。

进一步的，所述可展曲面管状结构的整体形状沿轴向是等截面竖直或变截面竖直的，且上下层曲线连接处构成有连续曲线。

进一步的，曲面可对其曲线压痕进行修改，包括改变曲线压痕的曲率、延伸方向和排布密度；可展曲面管状结构沿轴向采用相同的曲线连接或不相同的曲线连接；在单个模块中相邻曲面的每个曲线连接采用相同的曲线连接或不相同的曲线连接。