"предварительно напряженныйпространственный строительный элемент

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

821665 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.07.79 (21) 2791389/29-33 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл з

Е 04 С 3/00

Гееударстеенный комитет (53) УДК 69.024..5 (088.8) Опубликовано 15.04.81. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 25.04.81

M делам изобретений и открытий аявитель (54) ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ

СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к строительным пространственным конструкциям и может быть использовано для образования вантовостержневых покрытий, каркасов, мачт и т. п. разнообразных пролетов, составленных из повторяющихся пространственных элементов с недостаточным числом связей.

Известен вантовостержневой предварительно напряженный пространственный строительный элемент из трех дискретно расположенных жестких стержней и вант, связывающих их так, что концы каждого жесткого стержня удерживаются тремя ° вантами. Соотношение числа стержней и узлов (двенадцать стержней и шесть узлов) обеспечивает им геометрическую неизменяемость, Расчет необходимого числа стержней для неприкрепленных систем производится по известному равенству; С=ЗУ вЂ” 6, где С— число стержней, У вЂ” число узлов (l j .

Недостатком является излишнее число и длина вант, увеличивающих общий вес элемента. В элементе, составленном из трех жестких стержней, суммарная длина вант на 40% превышает длину жестких.элементов. Значительные относительные пролеты вант и стержней снижают жесткость конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является предварительно напряженный пространственный строительный элемент, включающий дискретно расположенные жесткие стержни и соединяющие их ванты, объединяющие один из концов каждого стержня с подвешенным узлом, а другой конец каждого стержня соединен вантой с одним из смежных стержней. Система состоит из двенадцати стержней и вант, восьми узлов, два из которых подвешенные.

По указанной выше формуле в ней недостает шесть связей. Система с недостающими связями, т. е. с большим числом .степеней свободы, но которые благодаря особому подбору геометрических параметров, ведут себя как системы, обладающие лишь бесконечной малой подвижностью, относятся к мгновенно-жестким. Геометрические особенности элемента, обеспечивающие его зo устойчивость, заключаются в том, что основания повернуты по отношению друг к другу на строго определенный угол 180 —

- ф -:2, где и — число сторон многоуголь-!

821665

Зо

55 ников основания, что обеспечивает расположение каждого жесткого стержня и удерживающих его вант в одной плоскости, учитывая, что неподвижность системы обусловлена ее особой конфигурацией, а не числом стабилизирующих связей, возможно уменьшение числа вант, удерживающих узлы жестких стержней до одной (2).

Однако строительный элемент обладает излишним числом вант, удерживающих узлы; практически неоправданный погонах вант, увеличивающий вес конструкции, относительно большие свободные пролеты вант и жестких стержней, что снижает неподвижность элемента. Суммарная длина вант на 18% превышает длину жестких стержней.

Цель изобретения — упрощение конструкции, уменьшение длины вант и веса элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в предварительно напряженном пространственном строительном элементе, включающем дискретно расположенные жесткие стержни и соединяющие их ванты, объединяющие один из концов каждого стержня с подвешенным узлом, а другой конец каждого стержня соединен вантой с одним из смежных стержней, ванта, соединяющая другой конец каждого стержня прикреплена к смежному стержню в точке, лежащей на линии, направленной от этого конца к подвешенному узлу.

На фиг. 1 изображен предварительно напряженный пространственный элемент, горизонтальная проекция; на фиг. 2 — то же, вертикальная проекция; на фиг. 3 — то же, общий вид.

Предварительно напряженный пространственный строительный элемент включает три жестких стержня и шесть вант. Конец

1 жесткого стержня 2 соединен вантой 3 с подвешенным узлом 4, второй конец 5 жесткого стержня 2 соединен вантой 6 с точкой 7 жесткого стержня 8, лежащей на направлении линии, соединяющей конец 5 жесткого стержня 2 с подвешенным узлом

4, жесткий стержень 8 соединен одним концом вантой 10 с подвешенным узлом 9, а

его конец 11 соединен вантой 12 с точкой

13 жесткого стержня 14, один конец 15 которого соединен вантой 16 с подвешенным узлом 4, а второй конец 17 соединен вантой 18 с точкой 19 жесткого стержня 2, лежащей на направлении линии, соединяющей конец 17 стержня 14 с подвешенным узлом 4.

Основание, объединяющее концы 5, 11 и 17, повернуто по отношению к другому основанию, объединяющему концы 1, 9 и

15 на угол aL Угол поворота оснований d. обеспечивает устойчивость элемента, так как при этом каждый стержень иудерживающие его ванты лежат в одной плос4 кости. Стержень 2 лежит в одной плоскости с вантами .3, 6 и 18, жесткий стержень 8 лежит в одной плоскости с вантами 6, 10 и 12, стержень 14 в плоскости с вантами 12, 16 и 18. В то же время, ванты 6, 12 и 18 являются общими для пар смежных плоскостей, расположенных под углом друг к другу и проходя@их через ванты 3, 6, 18 и 6, 10 и 12, или через ванты 6, 10, 12 и

12, 16 и 18. При попытке с помощью внешних сил вывести любой узел из плоскости,усилия сопротивления оказывают все плоскости одновременно, стремясь возвратить узел в первоначальное положение. Важной статико-геометрической особенностью вантово-стержневых плоскостей, проходящих через точки 4, 9, 5, 11; 4,15, 11, 7 и 4, 1

17, 5 является то, что их стороны соответственно параллельны, 4, 9 параллельна 1.1, 15, 4, 5 и 11, 17, 4, 1 и 17, 5 (на фиг. 2).

Указанная особенность позволяет вычислить угол взаимного поворота af оснований. Углы 01 и ф равны, как смежные, заключенные между двумя параллельными. Очевидно, что угол ф равен половине внутреннего угла треугольника, имеющего концы 9, 1 и

15. По известной формуле внутреннего уг- ла правильного многоугольника получим о1= P= (180 — З® — ):2. При неправильном многоугольнике основания углы взаимного поворота оснований будут равны половине каждого внутреннего угла многоугольника.

Для осуществления предварительно напряженного пространственного строительного элемента с произвольной формой основания и соответственным числом жестких стержней, необходимо выполнить на чертеже в плане многоугольник нижнего основания, например, объединяющий точки 1, 9 и 15. Угол поворота верхнего основания определим, проведя биссектрисы внутренних углов нижнего основания, которые соединяясь в центре, образуют подвешенный узел 4. Через этот узел проведем линии параллельные сторонам нижнего основания: параллельно 1, 9, 4, 11 и 9, 15; 4, 17 и

15, 1; 4 и 5; 4, 11 и 4, 17 представляют собой биссектрисы углов многоугольника верхнего основания, длина которых равна длине смежной биссектрисы нижнего основания, например, 4, 9 равна 4, 5; 4, 15, равна 4, ll; 4, 1, равна 4, 17. Соединив противоположные точки взаимно-повернутых треугольников, получим в плане направление и границы жестких стержней 2, 8 и 14. По направлению линий биссектрис верхнего основания проведем ванты 6, 12 и 18, соединяющие верхние концы жестких стержней с пролетной частью смежного жесткого стержня в точках 7, 13 и 19. После построения плана вантовостержневого элемента зададим его высоту, Снеся с плана на вертикальную проекцию основные узловые точки, получим боковую проекцию

5 !

821665 (фиг. 3). По двум полученным проекциям, аналитически или способом известным из начертательной геометрии, определим натуральную величину каждого элемента. Для получения конкретных размеров чертежи следует выполнять в едином масштабе. Соединяя изготовленные в натуре стержни и ванты в маркировочном порядке, получим предварительно напряженный вантовостержневой пространственный строительный элемент.

Известный элемент относится к числу мгновенно-жестких систем и содержит на пятнадцать связей меньше, чем это необходимо для геометрически неизменяемой системы. При трех жестких элементах общее число вант уменьшится с девяти до шести; на 37 /р сократится суммарная длина растянутых элементов; каждый узел удерживается только одной вантой; суммарная длина вант предлагаемой конструкции на

ЗОО/о меньше суммарной длины жестких стержней, уменьшение свободного пролета вант и жестких стержней повышает жесткость конструкции; уменьшается вес элемента.

Целесообразная область использования предварительно напряженного пространственного строительного элемента — устройство покрытий, пролетных конструкций, каркасов, мачт и т. п. средних, малых и больших пролетов, не имеющих значительно, неравномерно распределенных и точечных нагрузок. Покрытие типа структур могут зо монтироваться как из одинаковых, так и разных многократно повторяющихся элементов без применения специальных строительных лесов, например, монтаж на весу с помощью крана. Возможны варианты конструкций, геометрически неизменяемые и изменяемые. Разъединение одной из вант в любом узле превращает пространственную систему в плоскую, компактно укладывающуюся для транспортировки. Эта особенность позволяет запроектировать систему так, чтобы она трансформировалась, и могла быть самовозбудимой. Ванты могут быть в жестком и гибком исполнении. В качестве материала для жестких и гибких частей может быть использован металл, пластмассы, дерево, бетон и т. д. Жесткие и гибкие стержни могут быть раздвижными, надувными, пружинящими и т. д.

Формула изобретения

Предварительно напряженный пространственный строительный элемент, включающий дискретно расположенные жесткие стержни и соединяющие их ванты, объединяющие один из концов каждого стержня с подвешенным узлом, а другой конец каждого стержня соединен вантой с одним из смежных стержней, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения длины вант и веса элемента, ванта, соединяющая другой конец каждого стержня прикреплена к смежному стержню в точке, лежащей на линии, направленной от этого конца к подвешенному узлу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 1377290, кл. Е 04 В опублик. 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 424954, кл. Е 04 С 3/00, 1974.

77

17

Pv2. Я

77

1 Составитель В. Павлова

Редактор Н. Мико Техред А. Бойкас Корректор В. Синицкая

Заказ 1744/49 Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», .г. Ужгород, ул. Проектная, 4