一种建筑膜结构涨紧自动调节系统及工作方法

摘要

本发明提供一种建筑膜结构涨紧自动调节系统及工作方法，包括矩形边框，其由四根方钢管依次首尾固定而成，膜结构，其设置在矩形边框上，包括电动调节螺杆，其包括：第二刚性连杆，其间隔分布在膜结构的一对相邻边缘部上；螺杆，其一端与第二刚性连杆可转动的连接，所述螺杆沿其轴向移动推拉第二刚性连杆；电动机，其与螺杆另一端连接并驱动螺杆正反转，所述电动机固定在矩形边框上。本发明具有调节机构，能够根据膜结构自身的应力变化而改变涨紧的力，从而维持在膜面最佳涨紧状态。

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种建筑膜结构涨紧自动调节系统，本发明还具体涉及一种建筑膜结构涨紧自动调节系统的工作方法。

背景技术

近些年随着ETFE等新型膜材的出现，传统的结构设计手段及施工工艺已不足以应对复杂形体ETFE钢-索膜结构，亟需对复杂形体ETFE钢-索膜结构的结构设计手段及施工工艺进行革新，解决复杂形体ETFE钢-索膜结构设计及施工的技术瓶颈。所有膜结构目前多以小面积膜片及简单曲面形态或气枕式形态出现，通过减小膜材应力或充气机构维持结构张拉，抵消或减缓因徐变所产生的应力松弛。国内尚无针对大面积单层膜片结构进行抵消或减缓因徐变所产生的应力松弛或者绷紧破坏。

对比文件：中国发明专利公开说明书CN109235651A，公开日20190118，公开了一种大跨度刚性山墙空间网格-索膜结构体系，主要由刚性山墙空间网格、索拱桁架、兼具竖向承载与围护建筑功能的索膜结构组成。其最主要的特征在于刚性山墙空间网格承受纵向风荷载，索拱桁架承受横向水平荷载，索膜结构承受屋面竖向荷载和维护覆盖。

但是对比文件中采用超张拉到目标索力的105％的方法以抵消预应力损失。而膜结构受常温徐变及温度性能影响，大面积膜结构在风、雪荷载作用下容易在结构边缘出现应力集中并产生塑性变形或因温度变化发生较大变形而改变形体尺寸或出现松弛，对比文件并不能实时地根据应力的变化来改变张力。又因为实际中使用膜结构的建筑交付运营的场所维修空间有限，给后期调整维修带来巨大的困难。

因此，需要一种建筑膜结构涨紧自动调节系统及方法，来解决现有技术中膜结构不能根据现场实际情况来自动涨紧或松弛膜结构的问题。

发明内容

本发明提供一种建筑膜结构涨紧自动调节系统及方法，具有调节机构，能够根据膜结构自身的应力变化而改变涨紧的力，从而维持在膜面最佳涨紧状态。

一种建筑膜结构涨紧自动调节系统，包括矩形边框，其由四根方钢管依次首尾固定而成，膜结构，其设置在矩形边框上，包括电动调节螺杆，其包括：

第二刚性连杆，其间隔分布在膜结构的一对相邻边缘部上；

螺杆，其一端与第二刚性连杆可转动的连接，所述螺杆沿其轴向移动推拉第二刚性连杆；

电动机，其与螺杆另一端连接并驱动螺杆正反转，所述电动机固定在矩形边框上。

采用这样的结构，膜结构的一边及其临边通过若干个电动调节螺杆与矩形边框固定，若干个电动调节螺杆将膜结构的膜面分为若干横、纵向的条状区域，在膜结构的膜面出现松弛或过于紧绷的状态时，可以通过无线的方式或有线的方式控制电动机转动，电动机带动与其连接的螺杆转动，而螺杆通过转动来推或拉膜结构膜面的条状区域，从而绷紧或放松该区域使其保持平直又不至损坏；通过调节所有电动调节螺杆可以使整个膜结构保持平直。并且电动机与螺杆的连接可以进行切换，能够手动控制螺杆来调节膜结构。

这样的结构能够根据膜结构自身的情况来调节其涨紧程度，使膜结构适应由于风、雪荷载作用或温度变化而导致的应力改变。从而使整个建筑膜结构始终保持在一种最佳装饰效果状态。

进一步的，还包括应变片，其粘贴设置在所述膜结构上并临近第二刚性连杆，所述应变片的数量与第二刚性连杆的数量相匹配。

进一步的，所述第二刚性连杆上设置有螺杆套，螺杆的一端与螺杆套卡合，所述螺杆与螺杆套可转动的连接。

进一步的，所述第二刚性连杆设置有第二夹具，所述第二夹具夹持固定膜结构的边缘部。

采用这样的结构，能够更方便地使螺杆通过旋转推拉第二刚性连杆，并且结构简单，稳定性好。采用第二夹具夹持固定膜结构，能够在安装的时候更加快捷地固定膜结构，增加工作效率。结构简单，便于操作，防止施工过程中因操作不当而带来的膜面效果不足或膜面损坏。

进一步的，所述应变片通过有线传输或无线传输发送膜结构应力的感应信号。

进一步的，还包括控制计算机，所述控制计算机通过有线传输或无线传输接收应变片的感应信号，并根据所述感应信号控制电动机。

采用这样的结构，应变片贴设在膜结构的膜面上，其能够读取膜面上的应力数值；控制计算机在接收到所述应力数值的信号后，根据所述信号来控制电动机转动，最终调整膜结构膜面的涨紧程度。

进一步的，还包括至少一个第一刚性连杆，其设置有第一夹具，所述第一夹具固定膜结构的一边及其邻边。

进一步的，还包括弹簧螺栓，所述弹簧螺栓一端固定第一刚性连杆，另一端固定在方钢管上。

采用这样的结构，在没有安装电动调节螺杆的两边，膜结构通过第一刚性连杆和弹簧螺栓固定在矩形边框上，弹簧螺栓使得膜结构固定的更加稳固，不易松动，提高了稳定性。

一种使用上述建筑膜结构涨紧自动调节系统的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，在建筑需要安装膜结构的位置，首先安装矩形边框；

步骤2，将膜结构的一条边及其临边通过第一夹具与第一刚性连杆固定，然后在第一刚性连杆上安装弹簧螺栓；将安装好弹簧螺栓的第一刚性连杆安装在矩形边框上；

步骤3，在第二刚性连杆上安装螺杆，然后将膜结构的其余边缘部通过第二夹具与第二刚性连杆固定，之后在矩形边框上对应螺杆的位置安装相应的电动机，之后将螺杆与电动机连接；

步骤4，在膜结构靠近第二刚性连杆的地方设置应变片；

步骤5，根据现场实际情况手动或使用控制计算机调节绷紧膜结构，使其平直；

步骤6，然后将电动机和应变片接入控制计算机，并设置应变片的应力数值范围；当应变片检测到的应力数值小于或大于应力数值范围，则控制计算机将根据应变片的感应信号控制电动机的正转或反转，以此来驱动螺杆来绷紧或放松膜结构。

进一步的，步骤5中，从膜结构的膜面中间部位向两侧依次绷紧膜结构，然后再同样方法调节下一边。

采用这样的结构，首次安装时，可以通过无线控制使膜结构的膜面对应条状区域涨紧并不产生皱曲，依照此种方式将所有条状区域对应的电动调节螺杆由膜面的中间部位向两侧依次进行涨紧调节，直至一个方向膜面调整平直绷紧状态，再按照此种方式调节另一方向的膜面条状区域对应的电动调节螺杆。调整完毕后整张膜面紧绷且平整。

安装完毕后，读出应变片的应力数值，并将此数值输入计算机协调控制软件中，并设定应变片的应力数值范围，在后续的运行中，当膜面放张或收紧使应变片的应力数值超过设定范围后，计算机将发出指令启动电动调节螺栓开始工作，当应变片的应力数值小于设定范围的最小值时，电动调节螺杆运行，涨紧膜面；当应变片的应力数值大于设定范围的最大值时，电动调节螺杆运行，放松膜面；当应变片对应区域的应力达到设定数值便停止工作，使膜面维持在最佳涨紧状态。

本发明的有益效果如下：

1.本发明能够根据膜结构自身的情况来调节其涨紧程度，使膜结构适应由于风、雪荷载作用或温度变化而导致的应力改变。从而使整个建筑膜结构始终保持在一种最佳装饰效果状态。

2.本发明在充分发挥材料性能的前提下改善结构构件的适用性，结构简单，便于操作，防止施工过程中因操作不当而带来的膜面效果不足或膜面损坏。

3.本发明的结构稳定不易松动。

4.本发明能够自动调节膜结构的膜面，避免了后续的维修问题，防止膜结构的膜面在产生褶皱或涨坏而影响整个建筑的使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例2中异形膜结构的结构示意图；

附图标记：

1、矩形边框；11、方钢管；12、弹簧螺栓；2、第一刚性连杆；21、第一夹具；3、膜结构；4、电动调节螺杆；41、电动机；42、螺杆；43、第二刚性连杆；44、第二夹具；45、螺杆套；46、应变片。

具体实施方式

显然，下面所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，一种建筑膜结构涨紧自动调节系统，包括矩形边框1，其由四根方钢管11依次首尾固定而成，膜结构3，其设置在矩形边框1上，包括电动调节螺杆4，其包括：

第二刚性连杆43，其间隔分布在膜结构3的一对相邻边缘部上；

螺杆42，其一端与第二刚性连杆43可转动的连接，所述螺杆42沿其轴向移动推拉第二刚性连杆43；

电动机41，其与螺杆42另一端连接并驱动螺杆42正反转，所述电动机41固定在矩形边框1上。

采用这样的结构，膜结构3的一边及其临边通过若干个电动调节螺杆4与矩形边框1固定，若干个电动调节螺杆4将膜结构3的膜面分为若干横、纵向的条状区域，在膜结构3的膜面出现松弛或过于紧绷的状态时，可以通过无线的方式或有线的方式控制电动机41转动，电动机41带动与其连接的螺杆42转动，而螺杆42通过转动来推或拉膜结构3膜面的条状区域，从而绷紧或放松该区域使其保持平直又不至损坏；通过调节所有电动调节螺杆4可以使整个膜结构3保持平直。并且电动机41与螺杆42的连接可以进行切换，能够手动控制螺杆42来调节膜结构3。

这样的结构能够根据膜结构3自身的情况来调节其涨紧程度，使膜结构3适应由于风、雪荷载作用或温度变化而导致的应力改变。从而使整个建筑膜结构3始终保持在一种最佳装饰效果状态。

还包括应变片46，其粘贴设置在所述膜结构3上并临近第二刚性连杆43，所述应变片46的数量与第二刚性连杆43的数量相匹配。

所述第二刚性连杆43上设置有螺杆套45，螺杆42的一端与螺杆套45卡合，所述螺杆42与螺杆套45可转动的连接。

所述第二刚性连杆43设置有第二夹具44，所述第二夹具44夹持固定膜结构3的边缘部。

采用这样的结构，能够更方便地使螺杆42通过旋转推拉第二刚性连杆43，并且结构简单，稳定性好。采用第二夹具44夹持固定膜结构3，能够在安装的时候更加快捷地固定膜结构3，增加工作效率。结构简单，便于操作，防止施工过程中因操作不当而带来的膜面效果不足或膜面损坏。

所述应变片46通过有线传输或无线传输发送膜结构3应力的感应信号。

还包括控制计算机，所述控制计算机通过有线传输或无线传输接收应变片46的感应信号，并根据所述感应信号控制电动机41。

采用这样的结构，应变片46贴设在膜结构3的膜面上，其能够读取膜面上的应力数值；控制计算机在接收到所述应力数值的信号后，根据所述信号来控制电动机41转动，最终调整膜结构3膜面的涨紧程度。

还包括至少一个第一刚性连杆2，其设置有第一夹具21，所述第一夹具21固定膜结构3的一边及其邻边。

还包括弹簧螺栓12，所述弹簧螺栓12一端固定第一刚性连杆2，另一端固定在方钢管11上。

采用这样的结构，在没有安装电动调节螺杆4的两边，膜结构3通过第一刚性连杆2和弹簧螺栓12固定在矩形边框1上，弹簧螺栓12使得膜结构3固定的更加稳固，不易松动，提高了稳定性。

一种使用上述建筑膜结构涨紧自动调节系统的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，在建筑需要安装膜结构3的位置，首先安装矩形边框1；

步骤2，将膜结构3的一条边及其临边通过第一夹具21与第一刚性连杆2固定，然后在第一刚性连杆2上安装弹簧螺栓12；将安装好弹簧螺栓12的第一刚性连杆2安装在矩形边框1上；

步骤3，在第二刚性连杆43上安装螺杆42，然后将膜结构3的其余边缘部通过第二夹具44与第二刚性连杆43固定，之后在矩形边框1上对应螺杆42的位置安装相应的电动机41，之后将螺杆42与电动机41连接；

步骤4，在膜结构3靠近第二刚性连杆43的地方设置应变片46；

步骤5，根据现场实际情况手动或使用控制计算机调节绷紧膜结构3，使其平直；

步骤6，然后将电动机41和应变片46接入控制计算机，并设置应变片46的应力数值范围；当应变片46检测到的应力数值小于或大于应力数值范围，则控制计算机将根据应变片46的感应信号控制电动机41的正转或反转，以此来驱动螺杆42来绷紧或放松膜结构3。

步骤5中，从膜结构3的膜面中间部位向两侧依次绷紧膜结构3，然后再同样方法调节下一边。

采用这样的结构，首次安装时，可以通过无线控制使膜结构3的膜面对应条状区域涨紧并不产生皱曲，依照此种方式将所有条状区域对应的电动调节螺杆4由膜面的中间部位向两侧依次进行涨紧调节，直至一个方向膜面调整平直绷紧状态，再按照此种方式调节另一方向的膜面条状区域对应的电动调节螺杆4。调整完毕后整张膜面紧绷且平整。

安装完毕后，读出应变片46的应力数值，并将此数值输入计算机协调控制软件中，并设定应变片46的应力数值范围，在后续的运行中，当膜面放张或收紧使应变片46的应力数值超过设定范围后，计算机将发出指令启动电动调节螺栓开始工作，当应变片46的应力数值小于设定范围的最小值时，电动调节螺杆4运行，涨紧膜面；当应变片46的应力数值大于设定范围的最大值时，电动调节螺杆4运行，放松膜面；当应变片46对应区域的应力达到设定数值便停止工作，使膜面维持在最佳涨紧状态。

本发明的有益效果如下：

1.本发明能够根据膜结构3自身的情况来调节其涨紧程度，使膜结构3适应由于风、雪荷载作用或温度变化而导致的应力改变。从而使整个建筑膜结构3始终保持在一种最佳装饰效果状态。

2.本发明在充分发挥材料性能的前提下改善结构构件的适用性，结构简单，便于操作，防止施工过程中因操作不当而带来的膜面效果不足或膜面损坏。

3.本发明的结构稳定不易松动。

4.本发明能够自动调节膜结构3的膜面，避免了后续的维修问题，防止膜结构3的膜面在产生褶皱或涨坏而影响整个建筑的使用。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中的膜结构3为异形结构，其中螺杆42沿其轴向推拉第二刚性连杆43从而绷紧或放松膜面，所述螺杆42的轴向取决于其对面第一夹具21的长度方向。所述应变片46的拉伸方向与螺杆42的轴向相同。

如图2所示，本实施例的膜结构3为不规则的异形结构，分别存在直边和圆弧形的第一夹具21，其中：

当第一夹具21为直边时，螺杆42的轴向和其对向第一夹具21的长度方向相垂直。

当膜结构3为圆弧形的结构时，与膜结构3相对应的，所述第一夹具21为圆弧边；这种情况下，其对向螺杆42的轴向和第一夹具21的圆弧边框切线相垂直。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。