伸缩式露台雨棚设计含20张CAD图
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伸缩式露台雨棚设计摘要露 台 , 其 实 就 是 一 种 特 殊 的 阳 台 。 是 指 在 建 筑 的 顶 部 或 者 根 据 建 筑 的 设 计 要 求在 建 筑 的 各 个 地 方 设 计 出 来 的 露 天 开 放 式 平 台 。 一 般 的 露 台 具 备 比 较 大 的 面 积 。 对于 露 台 这 种 特 殊 的 阳 台 , 一 般 装 饰 得 比 较 清 新 , 给 人 的 感 觉 非 常 舒 服 , 通 常 用 来 做休 闲 休 息 之 用 。 既 然 露 台 是 没 有 屋 顶 的 , 在 雨 雪 天 气 里 就 有 可 能 积 而 影 响 我 们 的 生活 乐 趣 。 那 么 我 们 可 不 可 以 设 计 一 种 雨 棚 , 让 它 在 晴 天 里 伸 缩 起 来 , 不 影 响我们在露台沐浴阳光, 惬意享受生活; 在雨雪 天气里展开, 为我们挡风遮雨呢? 因此,在露台上设计一个可伸缩的活动雨棚对我们的优质生活有着重要的意义。 既 然 露 台 是敞 开 的 阳 台 , 所 以 在 晴 朗 的 天 气 则 需 要 伸 缩 折 叠 , 不 占 用 空 间 。 当 遇 到 雨 雪 天 气 的时 候 , 又 可 以 伸 展 开 来 保 持 地 面 的 干 净 清 洁 。 所 以 雨 棚 的 结 构 设 计 不 仅 要 可 以 实 现可 伸 缩 , 还 需 要 在 展 开 时 的 面 积 恰 好 或 者 稍 微 超 出 露 台 面 积 , 这 就 要 求 在 收 缩 起 来的 时 候 实 现 不 占 用 空 间 , 而 在 伸 展 开 来 的 时 候 不 仅 实 现 最 大 面 积 的 保 护 露 台 , 而 且在 雨 雪 天 气 里 各 个 伸 缩 部 分 的 连 接 部 位 结 实 牢 靠 , 保 证 足 够 大的支撑力为露台挡风遮雨。 本文为满 足上述 要求, 设计了 斜 拉式升 降伸缩 雨棚。 “斜拉” 式升降 雨棚的 设计思路米源于斜拉式大型桥梁。 升降雨棚工作时, 驱动钢丝绳带动支撑杆转动, 支 撑 杆 转 动 一 定 角 度 后 , 与 大 梁 连 接 的 钢 丝 绳 , 通 过 支 撑 杆 的 支 撑 , 随 着 它 的 摆 动 实 现 大 梁 的 升 起 。 升 起 后 , 安 装 在 尾 端 横 梁 处 的 动 力 装 置 , 通 过 链 条 、 链 轮 的 运 动 而 带 动 雨 棚 的 收 缩 。 整 个 工 作 过 程 , 大 梁 升 降 系 统 的 动 力 装 置 和 雨 棚 收 放 系 统 的 动 力 装 置 均 可 实 现 两 侧 运 动 的 同 步 性 , 并 且 在 雨 棚 展 开 后 , 利 用 电 机 的 制 动 功能,实现机构自锁,节省能源消耗。 关键词: 雨棚,可上下升降,水平伸缩,斜拉式 THE DESIGN FOR TERRACE RETRACTABLE AWNINGABSTRACTTerrace, in fact, a special kind of balcony. Refers to the roofs of houses or platform is due to the need of architectural design was planned out on different floors large balcony, which generally has a relatively large area, but do not have a roof on it. For this particular terrace balcony decorated general relatively fresh, feels very comfortable, generally used for rest and leisure purposes. Since there is no roof terrace, where there is rain and snow can accumulate and affect our enjoyment of life. Can we devise a canopy, stretching it up on a sunny day, and did not affect us soak up the sun on the terrace, enjoy comfortable life; in the rain and snow weather expand our shelter from the storm it? Therefore, the design on the terrace with a retractable awning activity on our quality of life is significant. Since the terrace is open terrace, so the sunny weather you need to stretch folding, does not occupy space. When confronted with rain and snow, but also extend to maintain clean clean the ground. Therefore, the structural design of the canopy can be achieved not only scalable, but also expanded the area at the time or just slightly beyond the area of the balcony, which requires the implementation does not shrink when it takes up space, spread out in time not only to achieve the maximum protected area of the balcony, and in the rain and snow in the connecting portion of each telescoping portion strong solid ensure sufficient support force for the sheltered terrace.In this paper, in order to meet the above requirements, the design of the movable retractable awning. The design idea of suspended lifting roof is coming from largescale suspended bridge When the lifting roof is on working, it will drive the steel wirerope to provide impetus for the radius rod to turnWhen the radius rod shifts certain angles,the steel rope fixed at the sides of crossbeam will help to make the crossbeamrise with the supporting and swinging about the strutting barAfter the roof rises,the motion devices set up at the beam of tail end will make the roof draw back by driving the chainDuring the while working process,the motion devices in girders lift system and roof retraction system will realize the synchronism along the sides and when the roof is opened up,it could make use of the braking function to achieve the self-locking of mechanism at the same time reducing energy consumptionKey words: Canopy, can move up and down, horizontal scaling, Oblique pulling type目录摘要1ABSTRACT .21 绪论11.1 引言 11.2 露台的介绍 11.3 雨棚的发展现状及应用 21.4 各类雨棚的研究31.5 研究目标及研究内容52 伸缩式露台雨棚方案的确定62.1 方案一 62.2 方案二 82.3 方案的确定92.4 本章小结93 伸缩式露台雨棚的结构设计.103.1 引言.103.2 雨棚的设计概述及系统组成.103.3 雨棚的载荷计算.113.4 大梁升降系统的组成及工作原理.113.5 雨棚收放系统的组成及工作原理.123.6 “斜拉”式升降雨棚大梁升降系统的设计.133.5.1 大梁升降系统的尺寸参数的确定.133.5.2 大梁升降系统载荷的计算.133.5.3 大梁的设计说明 .133.5.4 支撑杆的设计说明 .143.5.5 卷筒和钢丝绳的选取 .143.5.6 电机减速器的选型 .153.7 雨棚伸缩系统的设计 .163.7.1 雨棚单元板的设计说明.163.7.2 雨棚单元板的材料选用 .163.7.3 放置雨棚横梁的结构说明 .173.7.4 链轮及传动链、轴、联轴器的选用.173.8 本章小结.194 总结与展望.214.1 总结.214.2 展望.21致谢.22参考文献.2211 绪论1.1引言露 台 , 指 的 是 一 种 特 殊 的 阳 台 。 是 指 在 建 筑 的 顶 部 或 者 根 据 建 筑 的 设 计 要 求在建筑的各个地方设计出来的露天开放式平台。一般的露台具备比较大的 面积。通过这个说法可以获得一个结论,既是露台其实可以算作一种面积稍 大,顶部无屋顶的特殊阳台。在这种大面积、无屋顶的平台可以将它用清新 的方式装修,再加一些创意,这样可以给我们一种特别享受的感觉。 既然露台是没有屋顶的,在雨雪天气里就有可能积而影响我们的生活乐趣。 那么我们可不可以设计一种雨棚,让它在晴天里伸缩起来,不影响我们在露 台沐浴阳光,惬意享受生活;在雨雪天气里展开,为我们挡风遮雨。 露台是敞开的阳台,所以在晴朗的天气则需要伸缩折叠,不占用空间。当遇 到雨雪天气的时候,又可以伸展开来保持地面的干净清洁。所以雨棚的结构 设计不仅要可以实现可伸缩,还需要在展开时的面积恰好或者稍微超出露台 占地面积,这就要求在收缩起来的时候实现不占用空间,而在伸展开来的时 候不仅实现最大面积的保护露台,而且在雨雪天气里各个伸缩部分的连接部 位结实牢靠,保证能够承受一定强度的载荷。 1.2露台的介绍露台是一种特殊的阳台。部分露台是位于建筑顶部的活动平台,也有部分 是设计者在设计建筑时候处于一些结构上的考虑或者用来改善建筑空间而设 计的露天平台。露台一般来说面积较大、没屋顶、当然也可以说成是一种较 大的特殊阳台。 当然露台也分为以下几种类型: 1 ) 按 屋 顶 的 的 材 料 分 类 : 玻 璃 顶 露 台 、断 桥 铝 顶 露 台 、 德 高 瓦 顶 露 台 、 彩钢板顶露台。 2 ) 按 建 筑 墙 面 的 材 料 分 类 : 门 窗 的 材 料 是 风 铝 断 桥 铝的 露 台 、 门 窗 的 材 料是木铝的共同配合的露台、 门窗的材料是塑料与钢结构混合运用的 露台。 3) 按 所 在 的 位 置 分 类 : 在 建 筑 屋 顶 露 台 、 作 为 花 园 类 型 建 筑 的 露 台 、 修 建在庭院周边的露台。 4 ) 按 露 台 的 结 构 分 类 : 钢 结 构 露 台 、 铝 结 构 露台 、 钢 铝 混 合 结 构 露 台 、 木2结构露台、复合结构露台、可调光露台(由特殊可调光玻璃制造) 。 5)按造型分类:创意屋顶露台、单一斜挂式露台、组合屋顶露台、可变造型屋顶露台。 作 为 当 今 比 较 有 创 意 的 建 筑 风 格 , 露 台 在 很 多 建 筑 上 都 以 不同 的 形 式 展 现 给 我 们 。 露 台 的 存 在 让 室 内 与 室 外 的 衔 接 更 加 自 然 美 观 。 而且 还 可 以 按 周 围 的 景 观 合 适 的 装 饰 露 台 , 使 得 露 台 更 具 有 观 赏 性 。 露 台 可以 很 好 的 提 升 都 市 人 们 的 生 活 质 量 。 当 然 还 可 以 摆 放 很 多 家 具 , 亦 或 是 观赏 性 植 物 。 而 且 可 以 为 住 户 提 供 晾 干 衣 物 、 栽 培 花 草 的 功 能 。 当 然 作 为 一个3面积较大的阳台,露台依然可以成为人们聚会,开 party 的不二之选 。 露 台 依 然 可 以 成 为 室 内 的 过 渡 空 间 , 把 露 台 当 成 储 存 室 , 既 可 以 节 省 室 内 空 间 , 而 且 还 不 算 室 外 。 取 用 方 便 。 在 商 业 中 露 台 的 作 用 也 是 可 见 一 斑 , 当餐厅加上露台,瞬间变得有格调了许多。可以更好的吸引客人。 1.3 雨棚的发展现状及应用雨棚有较多的骨架形式,比如不锈钢覆盖的骨架,氟碳覆盖的骨架,由铝 材料覆盖的骨架等等之类的。按面板材质可分为石材,玻璃,铝,不锈钢, 综合材料。 在 20 世纪中后期,一种以膜结构作为雨棚材料的新型雨棚被广泛使 用。它是由聚氯乙烯薄膜或聚四氟乙烯、钢柱和其它成分,在材料内通过一 定的方式结合,它的预张力较好,可以以多个形状覆盖建筑物。膜结构有许 多其他结构无法比拟的优点,并且可以与多种建筑机构配合,建立更多的形 式变化,让建筑的设计更具有想象力;在应用材料,降低传统建筑对钢铁, 水泥,水和石头等材料的使用,对环境的保护起到了显著作用。由于环保是 当今的主题,建筑功能组合的膜材料,许多城市的标志建筑都有使用。 膜结构有三种主要形式,分别膨胀膜结构,张拉膜结构,膜骨架结构体。膨 胀膜结构被固定到围绕膜的屋顶结构中,通过气压供应系统,以一定值提供 帘内压力,使用内部和外部的压力差的抵抗外力。气动膜结构和辅助材料的 使用支持了建筑无需额外的支撑梁,柱等机构,由于速度快,成本低的结构 的内部空间,被广泛用于大型建筑物。但在膜结构支撑的过程中,需要保持鼓风机 24 小时持续工作,这样会导致机器操作和维护成本高。张拉膜结构 是由以电缆的形式引入柱结构并到达结构稳定。电缆主要由电缆,柱子和膜 组成。这种结构不仅可以创新、创意、美观,而且还可以表达膜结构的功 用。屋顶骨架是钢的或集成的框架及其张紧膜结构,其下部为支撑结构,上 方的顶篷的组成的材料,稳定性高。由于其简单的屋顶形状的,不受限制的 面积开放,经济效率高等优良特点,其被广泛用于建筑物各种大和较小的空 4间。 图 1-1 北京水立方 5如图 1-1 便是膜结构的标志性建筑,北京水立方。位于北京奥林匹克公园内,是北京奥运会的标志性建筑。总面积约 70000 平方米。主要由膜结构 与钢结构组成,而且作为这个建筑的最大的特色,它使用了一种特殊膜,这 种膜结构具有很强的透光性,能够很好的吸收自然光,使得场馆内的光线充 足。而且这种膜在特定情况下还可以发出很多种颜色的光线,能够给我们带 来很大的观赏性。而且整个水立方里面的建筑为多层建筑,各个部分整齐排 列,错落有致。堪称钢结构与膜结构综合运用的典范。 图 1-2 韩国釜 ft 体育场 如图 1-2 也 是 膜 结 构 运 用 的 经 典 建 筑 , 韩 国 釜 ft 体 育 场 , 是 一 座 很 有 综 合 性的 膜 结 构 建 筑 。 其 屋 顶 作 为 这 个 建 筑 最 具 有 特 色 的 结 构 , 威 严 的 向 上 延 伸 的曲 线 形 屋 顶 , 象 征 着 起 伏 的 海 浪 , 给 观 众 完 美 展 现 了 一 个 海 滨 城 市 的 美 。 屋顶 采 用 了 世 界 上 最 先 进 的 斜 拉 索 桁 架 钢 结 构 , 用 透 明 白 色 膜 材 作 为 它 的 面 层材 料 , 这 样 的 设 计 使 得 白 天 的 自 然 光 线 充 足 的 照 射 进 场 内 , 使 得 场 内 的 采 光效 果 特 别 的 强,提供尽可能充足的亮度。 1.4 各类雨棚的研究现 在 各 类 建 筑 所 用 到 的 雨 棚 大 部 分 为 钢 结 构 雨 棚 。 其 中 钢 结 构 雨 棚 以 雨 棚 板的材质分类又可以分为如下三种: 1) 钢 结 构 玻 璃 材 料 雨 棚 。 该 种 雨 棚 顶 部 的 材 料 选 用 钢 化 玻 璃 或 者 夹 胶 安 全 玻 6璃,钢结构能够很好的做好支撑,承重作用。安全可靠不易坏。 2) 钢 结 构 铝 板 材 料 雨 棚 。 该 种 雨 棚 以 钢 结 构 作 为 它 的 主 龙 骨 架 , 顶 部 雨 棚 板 采用铝板材料。 因为铝合金不会生锈, 不易变形, 而且铝板材料的特殊性, 可以有效防止高空坠物对人生安全的威胁,具有较高的性价比。 3) 钢结构 pc 板材料雨棚。该种雨棚又可以分为耐力板雨棚和阳光板雨棚,这 种 类 型 的 雨 棚 具 有 较 低 的 重 量 , 质 保 年 限 长 , 被 广 泛 用 于 各 类 民 用 住 宅 的露台及其阳台的雨棚。 (本文涉及的雨棚便是该种类的雨棚) 7后文有这几种雨棚的配图。 图 1-3 钢结构玻璃雨棚 图 1-4 钢结构铝板雨篷 8图 1-5 钢结构 pc 板雨棚 9这些雨棚有一个共同的特点,即普遍以钢结构作为它们的承重横梁,由于钢 结构具有的刚度好,承重能力强等优良的特点,所以在钢结构的基础上配合 上不同材质的面板,能够满足不同建筑物对雨棚的各类要求。 1.5 研究目标及研究内容本次设计是以有露台的建筑作为设计对象,给露台设计一个可伸缩的活动 式雨棚。 作为含露台的这种建筑,很多方面是为了满足人们娱乐消遣,休息观光的 场地。所以为了方便与美观,很有必要设计一个在晴天可以收缩折叠起来的 雨棚,这样可以让住户有更好的生活体验。但当遇到雨雪天气的时候,为了保持露台的干净整洁,这个雨棚可以伸展开来为住户遮挡雨雪。而且为了给 住户更好的生活体验,这款雨棚需要满足在折叠起来的时候作为其重要支撑 结构的横梁也能够不影响露台的美观性,也需要满足在好天气里面降低到露 台地表,为了不占用露台空间,还要将雨棚板设计成为可以伸缩的系统。 该雨棚结构主要由雨棚支撑横梁在竖直方向上来回升降、雨棚板在水平方 向上来回伸缩组件组成。本文将对这两种系统进行设计分析,分别对各系统 组成、主要零部件的设计校核以及安全性进行阐述说明。 102 伸缩式露台雨棚方案的确定2.1方案一2.1.1 “电动门”式升降雨棚结构说明 该方案总体上是由横梁升降系统与雨棚单元板收缩系统组成。考虑到 横梁必须实现在上下自由度上的自由升降,在方案一中我采取用丝杠作为 竖直升降系统的支柱。利用“电动门”伸缩原理来设计雨棚在水平自由度 上的来回收缩伸展。 图 2-1 丝杠升降造型图 图 2-2 电动门造型图 由 于 丝 杠 升 降 机 结 构 在 现 代 工 业 、 建 筑 上 运 用 十 分 广 泛 , 我 将 它 设 计 成 为用来升降雨棚支撑横梁的支柱,通过电机的作用可以满足雨棚横梁的上 下移动。 在雨棚的设计上,我选择在横梁上设计微型电动门导轨。然后通过借电 动门的机构形式设计微型电动门。然后在适合的高度上设置雨棚布,通过 11类似电动门的电机收缩伸展装置来实现雨棚布的收缩伸展,如下图所示。 图 2-3 方案一雨棚收缩状态 12图 2-4 方案一雨棚伸展开状态 图 2-3 为方案一雨棚的收缩状态,图 2-4 为雨棚的伸展状态。 升降机能够将横梁上升到距离露台地面 3 米的高度。雨棚采用防水帆布,宽度为 4 米,完全伸展情况下能够延伸 5 米的宽度,恰好使得整个雨 棚完美的遮挡住露台,雨棚布采用弧形顶的形式,使得雨水能够及时的留 下,有效防止了积水导致横梁承重太大。 工作原理:在升降机电机的工作下,两个支撑横梁以一定的速度上升 完 成 支 撑 横 梁 的 升 起 , 然 后 电 机 停 止 工 作 , 丝 杠 机 构 实 现 自 锁 , 将 横 梁 有 效 的 固 定 。 当 需 要 降 落 的 时 候 , 丝 杠 机 构 取 消 自 锁 , 在 升 降 机 电 机 的 带 动 下 实现横梁的降落。 在两个支撑横梁的首末端各设置有电机,电机滚筒与钢丝绳配合,通过两个末端电机同时工作旋转带动钢丝绳完成微型电动门的伸展,使得雨 棚完全展开。通过支撑横梁首端的电机旋转带动微型电动门收缩,使得雨 蓬布收缩到支撑横梁首端。 2.1.2 “电动门”式升降雨棚的优缺点 优点:1) 该方案思路清晰,以我们常见的电动门作为设计灵感。 2) 该方案结构简单,便于图纸设计以及雨棚各部件的加工制造。 3) 该方案的动力均为电机带动,动力源获得方便且不会污染环境。 缺点: 131) 该方案雨棚结构固定,对使用时候的拆装清洗带来很大的麻烦。 2) 该方案的导轨设计在横梁的上表面, 这样设计对升降工作带来麻烦。 3) 该 方 案 的 雨 棚 材 料 选 择 为 防 水 帆 布 , 透 光 性 不 好 的 同 时 还 影 响 整 个 系统的美观性。 4) 雨 棚 的 展 开 收 缩 过 程 由 各 个 电 机 同 时 运 转 带 动 传 动 , 可 能 会 导 致 伸 展与收缩的同步性比较差。 142.2 方案二上述方案已经能够很好的实现露台伸缩雨棚的功能,但由于雨棚材料的 原因会导致雨棚对露台的实用性以及一些其他功能造成影响。所以设计了第 二种方案:斜拉式伸缩雨棚。图 2-5 与图 2-6 分别为该方案的展开与收缩示 意图。 图 2-5 斜拉式升降雨棚的展开状态 图 2-5 斜拉式升降雨棚的收缩状态 斜拉式升降雨棚利用杠杆原理实现两侧大梁的升降,主要由升降系统、雨 棚收放系统组成。升降系统由升降机和电机等组成,升降机与雨棚尾端横梁 连接, 当雨棚展开时, 升降机保持大梁铰支点左右两端力矩平衡。 “杠杆” 式 升降雨棚的收放系统对“四杆机构”式升降雨棚收放系统进行了改善,雨收 放系统的动力装置位于雨棚尾部横梁,采用单电机双输出的方式实现两侧链 轮 转 动 同 步 , 并 将 “杠 杆 ”式 升 降 雨 棚 支 架 采 用 倒 挂 式 , 使 得 雨 棚 展 开 时 , 遮雨板与大梁水平。 斜拉式升降雨棚的工作原理为:当雨棚展开时,电机同时带动两个升降 15机 工 作 , 从 而 使 得 两 侧 大 梁 铰 支 点 后 端 向 下 摆 动 , 前 段 绕 着 铰 支 点 向 上 摆 动 , 实现两侧大梁同步升起。大梁升起后,横梁上的电机通过减速器将动力同时 输出到两侧链轮上,实现两侧滑轮运动同步,第一块遮雨板左右两侧拉钩在 后一块遮雨板导轨上滑动并带动其运动,从而拉动其余遮雨板的展开。雨棚16收回原理与展开原理相反。 2.3 方案的确定由上面两种方案可知,两个方案各有各的好处,也各有各的不足之处。通过 对方案的比较,我选择使用斜拉式伸缩雨棚作为此次的方案。 斜拉式升降雨棚两侧大梁的升降,是通过与雨棚尾端横梁连接的升降机的工 作 , 使 大 梁 以 铰 支 点 为 支 撑 转 动 , 而 斜 拉 式 升 降 雨 棚 则 是 通 过 支 撑 杆 的 转 动 , 带 动与大梁前段和地面连接的钢丝绳,实现大梁的升降,如图 2-6 所示。 2.4 本章小结图 2-6 斜拉式升降雨棚展开示意图 因为前期的一些准备工作,我对雨棚有了较大的认识,所以在此次的设计工 作中,我在很多方案中选择了最优的两组作为此次的对比方案。 方 案 一 相 对 来 说 比 较 简 单 , 而 且 在 材 质 上 也 是 现 今 市 场 上 大 部 分 雨 棚 的 选 择 , 但出于很多方面的考虑,比如更好的实用性,更全面具体的功能等等一些方面, 我选择了方案二作为此次我的研究方案。 17103 伸缩式露台雨棚的结构设计3.1 引言通过第二章对两个方案的比较和分析,本文确定了在斜拉式升降雨棚的基础 上 改 进 和 创 新 , 设 计 了 伸 缩 式 露 台 雨 棚 。 斜 拉 式 升 降 雨 棚 的 设 计 思 路 来 源 于 大 型 斜拉式桥梁和斜拉式雨棚等结构。 斜 拉 式 雨 棚 的 具 体 尺 寸 是 参 考 毕 业 设 计 任 务书 给 出 的 露 台 尺 寸 , 雨 棚 的 实 际 尺 寸 为 5000mm(长)4000mm(宽),雨棚展开时最高点距离室外地面为 3000mm。 斜拉式升降雨棚主要由大梁的升降系统、 雨棚收放系统, 本章将对升降系统、 收放系统的主要组成部件进行设计说明。 3.2 雨棚的设计概述及系统组成斜 拉 式 升 降 雨 棚 的 设 计 借 鉴 了 一 些 杠 杆 斜 拉 结 构 。 通 过 图 片 可 以 看 出 雨 棚 机 构 的 结 构 形 式 及 各 系 统 的 组 成 , 本 节 主 要 阐 述 斜 拉 式 升 降 雨 棚 各 个 系 统 的 组 成 及 工作原理。图 3-1、3-2 分别为斜拉式升降雨棚完全展开状态和收缩状态下的轴 测图。 图 3-1 斜拉式升降雨棚完全展开状态 10图 3-2 斜拉式升降雨棚收缩状态 111 23.3 雨棚的载荷计算根据上海地区的情况比较特殊,地域属于临海靠江,而且上海城市的房屋建 筑比较集中,气温很难达到很低的状态,所以近 30 年来并没有很大的降雪量,从而导致并没有很厚的积雪量 【8】 。所以选择取最近 10 年的有效积雪 厚度大概为 D=5cm, 雪的密度 P=008x 10 3 kgm。 每块雨棚单元板的积雪质量: m=pDS=38kg (3-1) 所有雨棚单元板的积雪总质量: M=4xm=152kg (3-2) 雨棚总压力为: F=Mg=1520N (3-3) 每块单元雨棚板所受的压力: f=F4=380N (3-4) 所以每个单元雨棚板、雨棚的支撑横梁、以及历年平均积雪的总压力: FN=(M+M1+M2)gcos=11060N (3-5) 在以上公式中,S 为雨棚单元板的面积,M 1 为所有雨棚板的总质量,M 2 为支撑横梁的总质量。其中 S=4.8m2,M =154kg,M =800kg, =13.44。 3.4 大梁升降系统的组成及工作原理如图 3-3 和 3-4,升降系统主要由动力装置和支承装置两部分组成。 3-3 升降系统动力装置 12图 3-4 升降系统支撑装置 动力装置由电机、减速器、传动轴、滚筒和钢丝绳等组成,其结构形式为电13机 连 接 减 速 器 , 在 减 速 器 两 侧 安 装 传 动 轴 , 两 侧 传 动 轴 轴 端 装 有 卷 筒 , 钢 丝 绳 与 卷筒和支架杆上钢丝绳固定端连接,卷筒带动钢丝绳的收缩实现支撑杆的旋转。 为 了 使 大 梁 两 侧 升 降 具 有 同 步 性 , 减 速 器 采 用 双 输 出 轴 减 速 器 , 使 得 两 侧 大 梁 在 伸展和收缩过程中更加稳定安全。 支撑装置由支撑杆、 滑轮、 支撑杆底 座等组成, 其 结 构 形 式 为 钢 丝 绳 与 大 梁 钢 丝 绳 固 定 端 和 地 面 的 钢 丝 绳 固 定 端 连 接 , 中 间 通 过 支 撑 杆 上 的 滑 轮 进 行 支 撑 。 支 撑 装 置 处 于 展 开 状 态 和 收 缩 状 态 时 所 用 钢 丝 绳 的 长 度 不 同 , 因 此 在 收 缩 状 态 时 , 钢 丝 绳 不 会 处 于 绷 紧 状 态 , 展 开 时 , 支 撑 杆 在 初 始 状 态 处 于 空 载 旋 转 , 这 样 更 加 有 利 于 机 构 运 动 的 实 现 。 综 上 所 述 , 大 梁 升 降 系 统 展 开 时 的 工 作 原 理 为 电 机 将 动 力 通 过 双 输 出 轴 减 速 器 传 到 两 侧 传 动 轴 , 两 侧 传 动 轴 端 安 装 卷 筒 , 卷 筒 的 转 动 带 动 钢 丝 绳 的 收 缩 , 从 而 使 得 支 撑 杆 旋 转 , 支 撑 杆 在 初 始 状 态 是 空 载 旋 转 , 当 钢 丝 绳 绷 紧 时 , 两 侧 大 梁 将 会 随 着 支 撑 杆 的 转 动 实 现 升 起 。 当 支 架 杆 转 到 竖 直 位 置 时 , 电 机 停 止 输 出 动 力 , 处 于 制 动 状 态 , 通 过 钢 丝 绳 提供的拉力将支撑杆保持在竖直位置。 大 梁 升 降 系 统 收 回 的 工 作 原 理 是 由 于 雨 棚 前 端 受 到 重 力 的 作 用 , 这 个 力 会 通 过 钢 丝 绳 和 滑 轮 施 加 到 支 撑 杆 上 , 支 撑 杆 会 受 到 斜 向 下 的 合 力 , 当 电 机 以 一 定 的 功 率反转时,支撑杆将会沿相反方向回转,从而使得大梁收缩于两侧护墙。 3.5 雨棚收放系统的组成及工作原理如图 3-5 和 3-6 所示,雨棚收放系统由传动链、链轮、滚轮、遮雨板、遮 雨板支架、拉钩等组成。 图 3-5 收放系统动力装置 图 3-6 棚收放系统部件 14雨棚收放系统结构及工作原理:雨棚收放系统动力装置的机构形式类似于升 降系统的动力装置, 采用双输出轴驱动, 实现两侧链轮的同步。 当横梁升起来后,15传 动 电 机 开 始 工 作 , 电 机 通 过 双 输 出 轴 减 速 器 带 动 左 右 两 侧 传 动 轴 , 传 动 轴 轴 端 的 链 轮 驱 使 传 动 链 运 动 , 传 动 链 与 第 一 个 遮 雨 板 支 架 固 联 在 一 起 , 在 链 条 的 拉 动 下 , 遮 雨 板 两 侧 滚 轮 在 预 定 的 轨 道 内 前 进 , 当 前 一 块 遮 雨 板 的 拉 钩 拉 住 后 一 块 遮 雨板的被拉件时, 后一块遮雨板就会随前一块遮雨板一同运动, 由此展开遮雨板。 收 缩 遮 雨 板 时 , 电 机 反 转 带 动 第 一 个 遮 雨 板 收 回 , 由 第 一 个 遮 雨 板 分 别 推 动 其 余 遮雨板逐个收回。 3.6 “斜拉”式升降雨棚大梁升降系统的设计3.5.1 大梁升降系统的尺寸参数的确定 “斜拉”式升降雨棚的升降系统通过钢丝绳的收放实现两侧大梁的升起 和降落,两侧大梁的升降利用杠杆原理绕着支点转动,本文根据露台尺寸的要求 和整体结构的美观性,对升降系统的尺寸参数进行确定,达到钢丝绳驱动力小、 结构稳定、外形美观等特点。 根据要求, 即大梁升起后, 大梁展开时最高点距室外地面为 3000mm, 与地 面夹角为 13.23。支撑杆的长度为 3000mm,与展开时大梁最高点平齐。 3.5.2 大梁升降系统载荷的计算 当雨棚支撑横梁最开始工作的时候,雨棚支撑横梁受到末端横梁、雨棚单元 板、雨棚的承重梁、雨棚链绳的拉力。 令 F1 为雨棚单元板展开时受到链绳的拉力,F 2 与 F3 为 F1 在 X 轴与 Y 轴的分力。F5 分别为雨棚支撑横梁的重力,F 6 为雨棚板的总重力 通过尺寸设计以及材料密度的查询,各零部件的重力大致计算可得: F4 =3000N, F5 =2100N, F6 =2200N (3-6) F2AF+F5MF+F6FZ=F4FN (3-7) 其中 AF=400mm,MF=500mm,FZ=1000mm,FN=1750mm,将这些数据带入 3-7 式可得 F2=4565N (3-8) F1 与 F2 之间的夹角大约等于 63。再根据机械原理课本上的平行四边形定理可 以求得 F1=9350N。 所 以 雨 棚 支 撑 横 梁 的 在 由 液 压 升 降 机 上 升 到 一 定 距 离 之 后 , 会 受到这个雨棚单元板连接的链绳的拉力为 9360N,在后文会对链轮的规格与拉力 载荷进行介绍 【2】 。 根据 3-7 式的分析介绍,为了尽量减少用以联动雨棚单元板的链绳的张应 力 , 减 少 链 绳 的 消 耗 磨 损 , 可 以 适 当 的 在 雨 棚 的 横 梁 处 放 置 电 机 的 末 端 施 加 一 定 一. 毕业设计(论文)的目的与要求:1培养学生综合运用所学基础课、技术基础和专业课的知识,分析和解决工程技术问题的工作能力。2巩固、深化和扩大学生所学基本理论、基本知识和基本技能。3使学生幕墙设计、工程制图等方面的能力得以提高。4参与社会生产和学校科研和实验室建设工作,为现代化建设作出贡献。5培养学生的创新能力和团队精神,树立良好的学术思想和工作作风。要求:1 每周有足够的时间用于毕业设计。2 确保按时完成要求的工作量。3 确保毕业设计的质量。二毕业设计(论文)的内容:设计一套长 5 米、最大伸出 4 米、可以人为控制、收放自如的可伸缩雨棚,以便满足不同天气状况时的实际需求。要求完成的工作:需要完成整体设计、雨棚的载荷计算、雨棚结构设计、伸缩部分的设计、主要零件的强度校核等。必须完成的工作量:1 一套工程图(总数量不少于 3 张 0 号图纸)2 一套毕业设计说明书(12000 字)三. 毕业设计(论文)课题应完成的工作:1. 与课题相关的 1 万字以上的外文翻译。2. 调研报告3. 还要完成的设计内容(1) 总体设计(2) 载荷的计算(3) 雨棚结构的设计(4) 伸缩驱动部分的设计(5) 主要零部件强度及刚度的校核四毕业设计(论文)进程的安排:序 号 设计(论文)各阶段名称 日 期 备 注1 英文资料的收集与翻译 2015 年 12 月 18 日 2016 年 1 月 8 日2 开题报告的书写 2016 年 1 月 8 日 2016 年 1 月 18 日3 总体设计 2016 年 2 月 21 日 2016 年 2 月 28 日4 载荷的计算 2016 年 3 月 1 日 2016 年 3 月 15 日5 雨棚结构的设计 2016 年 3 月 16 日 2016 年 3 月 31 日6 伸缩驱动部分的设计 2016 年 4 月 1 日 2016 年 4 月 14 日7 主要零件的强度和刚度校核 2016 年 4 月 15 日 2016 年 4 月 30 日8 毕业设计说明书的书写 2016 年 5 月 1 日 2016 年 5 月 15 日9 答辩准备 2016 年 5 月 15 日 2016 年 5 月 20 日五应收集的资料及主要参考文献:1 罗忆,张芹,刘忠伟.玻璃幕墙设计与施工,中国建筑出版社。20052 罗小柏.机械设计.北京:高等教育出版社,19943 沈小峰.玻璃结构的发展和应用,世界建筑,2002(1):17124 徐灏.机械设计手册.北京:机械工业出版社,19945 谢志城主编.材料力学.北京:清华大学出版社,19936 中国工程建设标准化协会.点支式玻璃幕墙工程技术规范.20017 中华人民共和国行业标准.玻璃幕墙工程技术规范.2004六. 任务执行日期:自 20XX 年 12 月 15 日 起,至 20XX 年 6 月 1 日 止。学 生(签字)_指导教师(签字)_系 主 任(签字)_目录第 1 节 课题背景 21.1 研究背景 21.2 研究意义 2第 2 节 文献调研 3第 3 节 课题目标 3第 4 节 课题内容 34.1 课题内容介绍 34.2 技术路线 44.3 可行性分析 54.4 雨棚载荷计算分析 5第 5 节 与课题相关工作基础和条件 7第 6 节 日程安排 8参考文献. 811 课题背景1.1 研究背景露台,指的是一种特殊的阳台。是指房屋的屋顶平台或者是由于当时建筑设计的需要而在不同的楼层规划出来的大阳台。由这里就可以得到一个结果,那就是露台其实就是一种比较特殊的阳台,它一般具备比较大的面积,而且在其上面不具备屋顶,因此这种特殊的阳台又被称之为露台。像露台这种特殊的阳台,一般装饰得比较清新,给人的感觉非常舒服,通常用来做休闲休息之用。既然露台是没有屋顶的,在雨雪天气里就有可能积而影响我们的生活乐趣。那么我们可不可以设计一种雨棚,让它在晴天里伸缩起来,不影响我们在露台沐浴阳光,惬意享受生活;在雨雪天气里展开,为我们挡风遮雨呢?因此,在露台上设计一个可伸缩的雨棚对我们的优质生活有着重要的意义。1.2 研究意义露台是敞开的阳台,所以在晴朗的天气则需要伸缩折叠,不占用空间。当遇到雨雪天气的时候,又可以伸展开来保持地面的干净清洁。所以雨棚的结构设计不仅要可以实现可伸缩,还需要在展开时的面积恰好或者稍微超出露台总占地面积,这就要求在收缩起来的时候实现不占用空间,而在伸展开来的时候不仅实现最大面积的保护露台,而且在雨雪天气里各个伸缩部分的连接部位结实牢靠,保证足够大的支撑力为露台挡风遮雨。2 文献调研幕墙工程中有很多种类,其中玻璃幕墙是我们见得最为广泛。玻璃作为一种古老的建筑材料, 从诞生的那天起,就是最重要的建筑构成元素之一。在古代 ,人们只是把玻璃作为采光窗;到了中世纪,工匠们通过彩色玻璃进行建筑空间和立面的塑造;19 世纪, 由于花房的大量兴建 , 玻璃建筑几乎成了一种时尚;20世纪中期, 现代义大师们重新定义了玻璃在建筑中的地位和作用 ,使玻璃幕墙建筑几乎一度成为现代主义建筑的代名词。当然玻璃结构的形式和应用十分广泛,它几乎深入到建筑的每一个角落。从结构上来看,就分为玻璃幕墙、屋顶玻璃、玻璃栏杆、玻璃地板以及其他存在的玻璃结构。从设计施工来看,涉及到玻璃幕墙的建筑施工时,不管是明框还是隐框,玻璃幕墙必须要有额外支撑,比如固定支撑,弹性支撑,球铰支撑。其中这些支撑按结构分又有钢结构、木结构、索结构等。就以点支式幕墙为例。点支式玻璃幕墙系指幕墙的钢化玻璃面板通过不锈钢爪件连接到支承结构上。与单元式玻璃幕墙不同 ,点支式玻璃幕墙具有独立的支承体系 。由于幕墙的钢化玻璃面板与支承结构通过不锈钢爪件分离开来 ,钢化玻璃面板之间只有防水胶,没有铝合金框架。因此具有其他形式不可替代的优点 更通透 、更安全、更灵活 ,使建筑的现代工艺美、技术美等得以尽情地渲泻。但这种方式的玻璃幕墙不仅需要分析设计好它的支撑结构。当设计好结构之后,还需要讨论支撑结构体系的优化和预应力问题、风振和地震响应问题。总的来说,作为现代的建筑,它也应当考虑到节能因素。如今建筑节能工作已在全国启动 ,节能住宅也是一项正在兴起的事业 。我们必须跟随世界和中国建筑节能发展的大趋势和大潮流 ,抓住机遇 ,迎接挑战、开拓进取 , 搞好建筑屋面的节能 ,改善市内热环境 , 促进建筑技术和建筑产业的发展 , 为合理利用资源、保护生态环境 、提高人民生活质量而努力。23 课题目标1) 调研相关研究方法,收集与课题相关资料,并认真阅读理解。通过对相关材料的理解对课题进行更深的理解认识。2) 整理认识幕墙行业的工程技术规范,特别是玻璃幕墙。然后通过参考各类文献,研究分析出总体结构。3) 完成调研,对城市的标志性建筑以及施工工地走访观察,学会建立模型及一些关键数据的校核。4) 着手露台雨棚的总体设计、载荷计算、关键结构设计、伸缩驱动部分设计、零件强度和刚度的校核等工作。5) 整理文档,撰写说明书。4 课题内容4.1 课题内容介绍 4.1.1 雨棚整体结构设计通过调研得知,根据大部分露台的面积取平均值可得露台面积平均值为长*宽=3*2=6 平方米。考虑到雨棚需要将整个露台遮住,通过研究计算,将可伸缩式雨棚分为 3 个单元,其中每个单元面积分别为长*宽=3.16*0.8=2.528 平方米, 长*宽=3.08*0.8=2.464 平方米 ,长*宽=3.00*0.8=2.40 平方米(备注:由于滚槽的设计所以导致单元雨棚的长度不一致) 。然后每个单元采用滚槽与小滚轮实现伸展与收缩,在雨雪天气里各单元雨棚通过各单元雨棚的滚轮在各自滚槽像外滚动伸展开来,在晴天通过各滚轮在各自滚槽像里滚动由外向里收缩成单元雨棚大小。4.1.2 雨棚的材料选择及单元雨棚伸展时候连接处设计a) 材料选择考虑到适用性,在防水的同时又能承受一定强度的载荷,我选择用玻璃雨棚。其中玻璃具有具有有刚性好、抗冲击性、耐低温性、机械强度好,便于加工,加工尺寸稳定与表面光泽度高等优点。b)单元雨棚连接处设计在靠里的单元雨棚下表面靠外端合适位置设置一个与雨棚板平行的凹槽,并在靠外的单元雨棚上表面靠里端设置一个凸槽,并保证使凹槽与凸槽能完美结合,并在结合处放置防水垫圈。4.1.3 滚槽与滚轮的设计 在单元雨棚的下表面两端固定好平行的滚槽,并在两端固定可滚动的滚轮。通过单元雨棚的滚轮在上一单元雨棚的滚槽里滚动实现露台雨棚整体的伸展与收缩。4.2 技术路线3提出课题 绪论调研分析幕墙的介绍整体设计理论基础研究分析方案设计幕墙设计与施工材料选用与数据计算结构分析载荷计算结构设计伸缩机构:滚槽与滚轮设计单元雨棚设计与连接处设计结构优化结构优化结构上的修改结构上的修改总结总结运动仿真3D 模型设计与图纸测绘研究结果及后续改进44.3 可行性分析利用所学的机械设计、材料力学的知识以及图书馆查阅资料等途径设计出结构,在设计过程并完成强度刚度校核。不断提出问题自己尽力解决并及时询问指导老师,我认为该课题能完成。4.4 雨棚载荷计算分析4.4.1 雨棚所在地区: 上海地区;4.4.3 雨篷荷载计算1) 玻璃雨篷的荷载作用说明:玻璃雨篷承受的荷载包括:自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。(1)自重:包括玻璃、杆件、连接件、附件等的自重,可以按照 400N/m2 估算:(2)雪荷载:是指雨篷水平投影面上的雪荷载,按 GB50009 采用;5 与课题相关工作基础和条件5.1 相关工作的基础和条件所属学院:东华大学机械工程学院幕墙工程属于一个新兴的专业,东华大学机械工程学院近几年开办了幕墙工程与机械这个专业。在学院开办的基础课程中,我们学习了很多机械方面的知识。在机械原理的学习中,我们了解到了机械的神奇之处,哪怕是一个小小的齿轮,也能成为一个大型机械传送动力必不可少的工具。从机械设计中我们了解到,要学好机械,光了解理论知识是远远不够的,还需要我们能够实际操作设计机械的各种系统,什么动力系统、传动装置等等,我们如果单一的从课本上去了解是肯定不能够把上面的知识运用自如的。当然还有材料力学、工程材料,让我们了解了不同的材料有不同的性能,不同的性能可以有很多不同的益处。小到微观世界,大到整个宇宙。当然作为幕墙工程与机械专业,机械必不可少,当然也巧妙的成为我们专业学习幕墙工程中的一个特别好的工具,在学习机械的过程中了解到很多知识能够运用到幕墙工程中去。在幕墙专业课程的学习中,我们在理论上认识了幕墙,了解了幕墙对建筑的功用,以及幕墙建设的规范。当然纸上得来终觉浅,老师还孜孜不倦的带领我们去外面的幕墙建筑、幕墙建设工地考察学习,让我们立体全方位的认识了这个专业,学到了很多知识。6 日程安排5序号 设计(论文)各阶段名称 日期 备注1 英文资料的收集与翻译 12 月 18 日-1 月 8 日2 开题报告的书写 1 月 18 日-1 月 18 日3 总体计算 2 月 21 日-2 月 28 日4 载荷的计算 3 月 1 日-3 月 15 日5 雨棚结构的设计 3 月 16 日-3 月 31 日6 伸缩驱动部分的设计 4 月 1 日-4 月 14 日7 主要零件的强度和刚度校核 4 月 15 日-4 月 30 日8 毕业设计说明书的书写 5 月 1 日-5 月 15 日9 答辩准备 5 月 15 日-5 月 20 日参考文献1罗忆,张芹,刘忠伟.玻璃幕墙设计与施工,中国建筑出版社,20052何小柏.机械设计.北京:高等教育出版社,19943沈小峰.玻璃结构的发展和应用,世界建筑,2002(1):17-224徐灏.机械设计手册.北京:机械工业出版社,19945谢志诚主编.材料力学.北京:清华大学出版社,19936中国工程建设标准化协会.点支式玻璃幕墙工程技术规范.20017中华人民共和国行业标准.玻璃幕墙工程技术规范.20048龙驭球、包世华主编,结构力学教程(I) ,高等教育出版社,北京:2012 年 8 月第三版9 洪天华, 李宏男. 风荷载作用下点支式玻璃幕墙的动力性能研究,大连理工大学,200710 宋秋芝, 刘志海. 我国玻璃幕墙发展现状及趋势. 玻璃深加工,200911 马眷荣,刘海波. 风荷载作用下隐框玻璃幕墙力学行为研究, 中国建筑材料科学研究总院,201112 黄宝锋, 卢文胜,曹文清. 建筑幕墙抗震性能指标探讨, 结构工程 (2009年 09 期)13 张超. 上海市既有建筑节能改造示范项目调研分析, 住宅科技 , Housing Science,2015 年 12 期614 冯雪雁. 建筑抗震设计中建筑设计的作用分析, 建材与装饰 ,Construction Materials & Decoration, 2015 年 49 期15 康小军,赵潇,韩彬彬. BIM 技术在城市综合体中的实践应用, 建筑设计管理 , Architectural Design Management,2015 年 12 期16 王万祯,马宏伟,张振涛. 剖分 T 型钢轴压杆件的腹板宽厚比限值研究J. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2001(02)17 潘海宏. 玻璃幕墙技术及其在设计中的若干问题A. 中国金属学会第一届青年学术年会论文集C. 200218 邓晓蔚,石永久,王元清,徐悦. 驳接式玻璃幕墙及其工程应用A. 钢结构工程研究(五)中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会 2004 年学术交流会论文集C. 200419 黄小坤. 玻璃幕墙及采光顶结构设计若干问题探讨A. 2008 年全国铝门窗幕墙行业年会论文集C. 200820 孙巍,翟国芳,吕国龙. SMC 快速成型模具技术A. 第二十届全国玻璃钢/复合材料学术交流会暨中国玻璃钢/复合材料学科建设、学术发展 40 年回顾与展望活动论文集C. 201421 刘宝臣,杨柏,唐黔,张晨富,罗东生. 峰林岩溶区危岩失稳模式分析A. 工业建筑2015 年增刊C. 201522 张战廷. 钢筋、混凝土本构关系及数值模拟A. 工业建筑2015 年增刊C. 201523 柳锦春,于润清. 基于等效荷载 GFPM 法的玻璃承载能力分析A. 全国第二届防灾减灾工程学术会议论文集C. 201324 孙伟,柳锋,王竹雪,田璐,徐扬. 高层建筑外套玻璃幕墙结构性能分析A. 庆贺刘锡良教授执教六十周年暨第十一届全国现代结构工程学术研讨会论文集C. 201125 杨健,王星尔,王瞳,张杨梅,赵世伟. 建筑玻璃抗冲击性能研究A. 第24 届全国结构工程学术会议论文集(第册)C. 201526 马启元. 浅析建筑幕墙玻璃粘接结构可靠性A. 北京粘接学会第二十四届学术年会暨粘接剂、密封剂技术发展研讨会论文集C. 201527 Hui, S. C. M., 2001. Low energy building design in high density urban cities, Renewable Energy, 24 (3-4): 627-640.28 Hachem C., A. Athienitis, P. Fazio, 2012. Design of roofs for increased solar potential of BIPV/T systems and their applications to housing units. ASHRAE Transactions , RNS-00226-2011.R1.29 Reinhart, C. F., Mardaljevic, J. , and Rogers, Z. ,2006. Dynamic daylight performance metricsfor sustainable building design. Leukos, 3(1).
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