[发明专利]一种基于刚性折纸单元的组合式可展开结构

说明书

本发明公开了一种基于刚性折纸单元的组合式可展开结构，纵向由全等重复单元组成，即多榀相同的折纸单元组合连续拼接起来达到所需要的空间纵向尺寸，宽度和高度由基本折纸单元的尺寸决定。每榀折纸单元平面图为矩形，折纸单元的中央位置由两个同底等高的梯形板块组成，外侧边缘由八块和中间板块具有相同的宽度和折痕夹角的刚性板块组成，其中四块刚性板块尺寸相同，中间夹有一块短刚性板块。每块刚性板块的几何尺寸决定了结构的整体形状。本发明所展示的组合式可展开结构产生一个可调节纵向尺寸的矩形庇护空间，具有很好的适应性和伸缩性，结构简单，造型美观，易于移动、组装和可扩展，尤其适用于由折纸技术启发的移动模块化收容所等特定项目。

技术领域

本发明涉及一种基于刚性折纸单元的组合式可展开结构，属于现代空间结构形态设计领域。

背景技术

折纸结构是近几十年发展起来的新型空间结构形式，近年来基于刚性折纸的可折叠结构在工程和建筑设计中的应用越来越广泛。折纸结构的空间可展性使得结构在需要使用时，可以展开至工作状态，工作完毕后可以收回到折叠状态便于运输。折纸结构因其现场安装及拆除速度快，在使用时不需要很多人力和机械就可以方便地在现场展开成形，因而适用范围很广，应用于生活、军事、医学、土木工程、航天工程等领域。

刚性折纸单元有两个较为显著的特性：结构合理性和形状可变性。折纸可以很容易将本来柔软的纸材变得拥有一定的结构强度，这一点奠定了其应用于结构领域的基础。基于折纸艺术的启发，在建筑设计时运用折叠的概念，将能达到方便、灵活的艺术效果。

发明内容

技术问题：本发明将可折叠原理应用于建筑结构，在于改进现有组合折纸结构的不足，提供一种造型简单，安装使用便捷的基于刚性折纸单元的组合式可展开结构。

技术方案：本发明的基于刚性折纸单元的组合式可展开结构，包括多榀依次拼接的全等矩形折纸单元，每一榀全等矩形折纸单元包括位于中间部位的第一对折构型、分别连接于所述第一对折构型两侧的两个第二对折构型、分别连接于所述第二对折构型外侧的两个第三对折构型、分别连接于所述第三对折构型外侧的两个第四对折构型、分别连接于所述第四对折构型外侧的两个第五对折构型，所述第一对折构型由两块对称设置并在长底边连接的梯形板块单元组成，所述第二对折构型和第四对折构型均由两块全等且相互对称的平行四边形板块单元在顶边连接组成，所述第三对折构型由两块全等且相互对称的平行四边形板块单元在底边连接组成，所述第五对折构型为三角形板块单元，每榀全等矩形折纸单元在完全展开于同一平面时，呈现为二维矩形构型。

进一步的，本发明组合式可展开结构的二维矩形构型中，所有斜向折痕与水平折痕的夹角均为α，其中0°＜α＜90°，在展开、折叠运动过程中，角度α保持初始值不变化；所述全等矩形折纸单元中，与水平折痕相连的同一对折构型的板块间的夹角为β，其中0°＜β＜90°，在折叠、展开过程中折痕夹角β发生改变，进而使得所述结构具有不同的外部轮廓，当β＝0°时所述结构完全折叠，当β＝180°时，所述结构完全展开为平面。

进一步的，本发明组合式可展开结构在展开、折叠运动过程中，纵向尺寸变化，而宽度和高度保持不变。

进一步的，本发明组合式可展开结构中，第二对折构型和第四对折构型的尺寸相同。

本发明组合式可展开结构工作状态下的结构构型中β＝90°。

本发明组合式可展开结构的对称结构横向对称性表现为单榀矩形折纸单元的对称性。每榀矩形折纸单元中第一对折构型的梯形板块单元的对称轴即为矩形折纸结构单元的对称轴，其两侧各包括连接于所述第一对折构型的第二对折构型、连接于所述第二对折构型外侧的第三对折构型、连接于所述第三对折构型外侧的第四对折构型、连接于所述第四对折构型外侧的第五对折构型，呈对称分布。

本发明组合式可展开结构的结构纵向对称性表现为能够通过改变依次拼接的全等矩形折纸单元的数量对结构的纵向长度进行调整。