Узловое соединение стержней пространственного каркаса
Владельцы патента RU 2496951:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к строительству, а именно к узлам сопряжения элементов пространственных конструкций. Технический результат заключается в повышении надежности соединения. Узловое соединение включает сборно-разборный узловой элемент, выполненный из соединенных между собой четырехгранных фасонок с отверстиями в стенках, к которым прикреплены болтами концы стержней. Соединение содержит полый металлический сердечник квадратного сечения, расположенный в центре узлового элемента и объединяющий фасонки. Каждая из фасонок выполнена с полкой и вертикальными стенками, две из которых взаимно перпендикулярны, а расположенная между ними стенка соединена со стенкой сердечника. Между смежными стенками фасонок образован зазор, в котором установлен наконечник стержневого элемента. Сердечник снабжен центральным болтом, жестко закрепленным с помощью накладки в его основании, с выступающим наружу концом. Основание сердечника расположено в узловом элементе с выступом по отношению к наружной грани полки фасонки. На выступающем конце центрального болта закреплена дисковая накладка, примыкающая к основанию сердечника и снабженная отверстиями, совпадающими по расположению с отверстиями в полках фасонок. Между дисковой накладкой и полками фасонок образован зазор, в котором установлены и закреплены наконечники. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к узлам сопряжения элементов пространственных конструкций, например структурного типа.
Известно узловое соединение стержней пространственной системы UNISTRIT, включающее тонкостенный стальной штампованный узловой элемент, имеющий плоский участок и отогнутые наклонные участки, к которым через отверстия в них на болтах прикреплены тонкостенные стержни открытого профиля («Lightweight structures in civil engineering)), Proceedings of the international symposium, Warsaw, Poland, 24-28 June, 2002. «Development of jointing systems for modular prefabricated steel space structures)), Z.S. Makowski, стр.21, 23).
Недостатками известного аналога являются высокая трудоемкость изготовления штампованного узлового элемента, повышенная металлоемкость узлового соединения, применение односрезных болтов, что значительно снижает их несущую способность, а также недостаточная надежность узлового элемента.
Известно узловое соединение пространственной системы NEWBAT, включающее пространственный стальной узловой элемент, образованный из соединенных сваркой прямолинейных пластин с отверстиями в них, обеспечивающих пространственное расположение закрепленных на них с помощью болтовых соединений стальных стержневых элементов круглого сечения со сплющенными концами. («Lightweight structures in civil engineering», Proceedings of the international symposium, Warsaw, Poland, 24-28 June, 2002. «Development of jointing systems for modular prefabricated steel space structures)), Z.S. Makowski, стр.27, аналог).
Недостатками известного аналога являются высокая трудоемкость изготовления узлового элемента, повышенная металлоемкость узлового соединения и ограниченная область применения в связи с использованием металлических элементов круглого сечения со сплющенными концами и отсутствием в узловом элементе плоской площадки для крепления плит ограждения и плит декоративных потолков.
Известно узловое соединение решетчатой пространственной конструкции, включающее тонкостенные стержни открытого профиля поясных сеток и раскосов с отогнутыми полками, тонкостенные узловые пространственные фасонки, имеющие плоские участки и отогнутые наклонные участки для крепления раскосов, пространственная фасонка соединена с плоской фасонкой болтовым соединением, а к поясным стержням прикреплены кровельные плиты с помощью скоб и стяжек. (Авторское свидетельство СССР №1805180, дата приоритета 12.02.1991, дата публикации 30.03.1993, авторы Клячин А.З. и др., SU).
Недостатком известного аналога является недостаточная прочность, ввиду одноболтового соединения двух элементов коннектора, а также возможный поворот их друг относительно друга, сложность изготовления пространственной фасонки, повышенная металлоемкость за счет применения в сжатых элементах конструкции металлических профилей, односрезность болтов, снижающая их несущую способность и появление в стержневых элементах конструкции дополнительных моментов за счет непосредственного опирания на них плит ограждения.
Известно узловое соединение стержней пространственного каркаса, принятое в качестве прототипа, включающее разъемный узловой элемент, выполненный в виде сходящихся вершинами в центре узла полых пирамид с отверстиями в гранях, к которым прикреплены болтами концы стержней (Авторское свидетельство СССР №543720, дата приоритета 14.08.1975, дата публикации 17.03.1977, авторы Калугин М.В. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является недостаточная прочность и податливость соединения, связанные с выполнением узлового элемента из фасонок в виде усеченных полых пирамид, соединенных непосредственно в местах крепления стержней, повышенные трудозатраты при сборке, вызванные необходимостью точного соединения частей узлового элемента при монтаже конструкции, узкая область применения узлового соединения ввиду использования в качестве стержней конструкции спаренных швеллеров, а также отсутствие в узловом элементе плоской площадки опирания для крепления плит ограждения или плит декоративных потолков.
Задачей изобретения является повышение надежности узлового соединения за счет применения цельных фасонок, объединенных сердечником, и использования двусрезных болтов, в том числе фрикционных, повышение технологичности и снижение трудоемкости изготовления узлового элемента за счет его полной заводской готовности, упрощения сборки, однотипности и взаимозаменяемости фасонок, расширение области применения.
Для решения поставленной задачи узловое соединение стержней пространственного каркаса, включающее сборно-разборный узловой элемент, выполненный из соединенных между собой четырехгранных фасонок с отверстиями в стенках, к которым прикреплены болтами концы стержней, согласно изобретению, оно дополнительно содержит полый металлический сердечник квадратного сечения, расположенный в центре узлового элемента и объединяющий с помощью болтов или винтов четырехгранные фасонки, каждая из которых выполнена с полкой и вертикальными стенками, две из которых взаимно перпендикулярны, а расположенная между ними стенка соединена со стенкой сердечника, при этом между смежными стенками фасонок образован зазор, в котором установлен и закреплен с помощью болтового соединения наконечник стержневого элемента, сердечник снабжен центральным болтом, жестко закрепленным с помощью накладки в его основании с выступающим наружу концом, при этом основание сердечника расположено в узловом элементе с выступом по отношению к наружной грани полки каждой фасонки, а на выступающем конце центрального болта закреплена дисковая накладка, примыкающая к основанию сердечника и снабженная отверстиями, совпадающими по расположению с отверстиями в полках фасонок, при этом между дисковой накладкой и полками фасонок образован зазор, в котором установлены и закреплены с помощью болтовых соединений наконечники стержневых элементов.
Согласно изобретению, стержневые элементы соединены с узловым элементом при помощи фрикционных болтов.
Согласно изобретению, узловой элемент дополнительно снабжен опорным столиком для опирания плит ограждения или крепления плит декоративных потолков, установленным на дисковую накладку и соединенным с ней через центральный болт сердечника.
На фиг.1 изображена схема монтажа раскосов узлового соединения; на фиг.2 - узловое соединение в сборе, вид сверху; на фиг.3 - узловой элемент в сборе; на фиг.4 - то же, вид сбоку; на фиг.5 - то же, вид сверху; на фиг.6 - четырехгранная фасонка; на фиг.7 - сердечник с центральным болтом; на фиг.8 - дисковая накладка; на фиг.9 - узловое соединение с опорным столиком и плитами ограждения (стержневые элементы условно не показаны).
Узловое соединение включает сборно-разборный узловой элемент 1, объединяющий до восьми стержневых элементов 2 с наконечниками 3, соединенных с узловым элементом 1 при помощи болтов 4. В качестве стержневого элемента 2 применен стержень из древесины или металла круглой или другой формы сечения, содержащий наконечник в виде одиночной фасонки с отверстием под болт 4.
Узловой элемент 1 содержит расположенный в центре полый прокатный металлический сердечник 5 квадратного сечения с четырьмя закрепленными на нем четырехгранными фасонками 6, снабженными отверстиями 7 под болты 4. Каждая из фасонок 6 выполнена цельноштампованной с полкой 8 и вертикальными стенками, две из которых 9 взаимно перпендикулярны, а расположенная между ними стенка 10 соединена со стенкой сердечника 5 при помощи, по меньшей мере, двух болтов 11 или винтов, установленных на разных уровнях. При этом между смежными стенками 9 фасонок 6 образован зазор, в котором установлен и закреплен с помощью болтового соединения наконечник 3 стержневого элемента 2, для чего болты 4 пропущены через отверстия 7 в стенках 9. Сердечник 5 снабжен центральным болтом 12, жестко закрепленным с помощью накладки 13 в его основании с выступающим наружу концом. Основание сердечника 5 расположено в узловом элементе с выступом по отношению к наружной грани полки 8 каждой фасонки, а на выступающем конце центрального болта 12 закреплена дисковая накладка 14 с отверстием 15, примыкающая к основанию сердечника и снабженная отверстиями 7, совпадающими по расположению с отверстиями в полках 8 фасонок 5. При этом между дисковой накладкой 14 и полками 8 фасонок образован зазор, в котором установлены и закреплены с помощью болтовых соединений наконечники 3 стержневых элементов.
Для соединения стержневых элементов 2 с узловым элементом 1 вместо обычных болтов могут быть использованы фрикционные болты, повышающие надежность соединений за счет дополнительных сил трения.
Дисковая накладка 14 образует плоскую горизонтальную поверхность, к которой через центральный болт 12 может быть закреплен дополнительный столик 16 для опирания плит ограждения 17 или крепления к нему плит декоративных потолков.
Монтаж узлового соединения стержней пространственного каркаса осуществляют следующим образом. На месте монтажа собирают узловой элемент 1, используя прокатный металлический сердечник 5, штампованные четырехгранные фасонки 6, дисковую накладку 14, центральный болт 12 с накладкой 13 и крепежные элементы. В основании сердечника 5 приваривают накладку 13 с закрепленным в ней болтом 12, установленным концом наружу. К граням сердечника 5 снаружи крепят четырехгранные фасонки 5, раскрепляя их попарно болтами И вверху и внизу, при этом отверстия под болты соседних граней сердечника разведены по высоте. На выступающем конце центрального болта 12 крепят дисковую накладку 14, совмещая при этом отверстия 7 в дисковой накладке с отверстиями в четырехгранных фасонках. В зазоры между дисковой накладкой и полками четырехгранных фасонок, а также в зазоры между смежными гранями четырехгранных фасонок заводят наконечники стержневых элементов, совмещают отверстия 7 и скрепляют на болтах 4. При необходимости через центральный болт 12 закрепляют дополнительный столик 16, на который опирают плиты ограждения 17 или крепят к нему плиты декоративных потолков.
Для ускорения монтажа возможно применение сборно-разборного узлового элемента 1 в виде сборочной единицы заводской готовности, что существенно снижает трудозатраты при монтаже
Узловое соединение может быть использовано в нижних и верхних узлах структурных конструкций, блочных конструкций или для пространственного соединения стержневых элементов.
Преимущество заявляемого узлового соединения стержней пространственного каркаса заключается, во-первых, в повышение надежности узлового соединения в связи с применением в узловом элементе цельных фасонок, объединенных сердечником, и использования двусрезных болтов, в том числе фрикционных; во-вторых, в повышении технологичности и снижении трудоемкости монтажа за счет применения узлового элемента полной заводской готовности, упрощения сборки, однотипности и взаимозаменяемости фасонок, в-третьих, в расширении области применения в связи с возможностью закрепления плит ограждения.
1. Узловое соединение стержней пространственного каркаса, включающее сборно-разборный узловой элемент, выполненный из соединенных между собой четырехгранных фасонок с отверстиями в стенках, к которым прикреплены болтами концы стержней, отличающееся тем, что дополнительно содержит полый металлический сердечник квадратного сечения, расположенный в центре узлового элемента и объединяющий с помощью болтов или винтов четырехгранные фасонки, каждая из которых выполнена с полкой и вертикальными стенками, две из которых взаимно перпендикулярны, а расположенная между ними стенка соединена со стенкой сердечника, при этом между смежными стенками фасонок образован зазор, в котором установлен и закреплен с помощью болтового соединения наконечник стержневого элемента, сердечник снабжен центральным болтом, жестко закрепленным с помощью накладки в его основании с выступающим наружу концом, при этом основание сердечника расположено в узловом элементе с выступом по отношению к наружной грани полки каждой фасонки, а на выступающем конце центрального болта закреплена дисковая накладка, примыкающая к основанию сердечника и снабженная отверстиями, совпадающими по расположению с отверстиями в полках фасонок, при этом между дисковой накладкой и полками фасонок образован зазор, в котором установлены и закреплены с помощью болтовых соединений наконечники стержневых элементов.
2. Узловое соединение стержней пространственного каркаса по п.1, отличающееся тем, что стержневые элементы соединены с узловым элементом при помощи фрикционных болтов.
3. Узловое соединение стержней пространственного каркаса по п.1 или 2, отличающееся тем, что узловой элемент дополнительно снабжен опорным столиком для опирания плит ограждения или крепления плит декоративных потолков, установленным на дисковую накладку и соединенным с ней через центральный болт сердечника.
