Opis patentowy opublikowano: 1985 12 30 Int. C1.3E04B 1/19 E04B 1/58 E04C 1/24 CZY1LLNIA Urzedu Patentowego Twórcawynalazku: Janusz Rebielak Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Wroclawska, Wroclaw (Polska) Modularny element konstrukcyjny struktur przestrzennych Przedmiotem wynalazaku jest modularny element konstrukcyjny struktur przestrzennych, przeznaczony do wykonywania przestrzennych przekryc hal fabrycznych, obiektów widowisko¬ wych i sportowych, pawilonów wystawowych, a takze wszelkiego rodzaju duzych budowli uzyte¬ cznosci publicznej. Modularny element szczególnie przeznaczony jest do konstruowania przekryc dwukrzywiznowych takich jak kopuly, paraboloidy i hiperboloidy, ale takze dla przekryc o dowolnym ksztalcie i formie.W technice budowlanej znany jest modularny element konstrukcyjny struktur przestrzennych D. G. Emmaerich'a, przedstawiony w miesieczniku Techniaues Architecture nr 320 ? juin — juliet —1978 r. Element ten sklada sie z jednego typu pretów, wezlów laczacych dwa prety oraz ciegien, przy czym prety i ciegna wykonywane sa o róznej dlugosci. Wzajemne przestrzenne rozmieszczenie pretów i ciegien w obrebie uzupelniajacych sie prostopadlosciennych bryl wprowadza podzial pracy miedzy elementami struktury. Prety sa sztywnymi elementami sciskanymi, natmiast ciegna poddawane sa dzialaniu sil rozciagajacych. Sztywne prety lacza sie przegubowo ze soba za pomoca wezlów, stanowiacych wycinki sieci przestrzennej w formie czternastoscianów pólforemnych. Prety laczone sa parami do przeciwleglych scian tego wieloscianu.Koncówki pretów maja postac widelek o rozstawie odpowiadajacym odleglosci przeciwleg¬ lych scian czternastoscianu. W koncówkach pretów wykonane sa otwory na trzpienie osadzone w przeciwleglych scianach wezlów, które lacza prety z wezlami. Polaczenie preta z wezlem pozwala na swobodny jego obrót w jednej plaszczyznie. Os zamocowania drugiego preta w tym wezle jest prostopadla do osi zamocowania pierwszego preta. Zasada pracy wezla podobna jest do pracy przegubu krzyzowego, Modularne elementy konstrukcyjne doskonale nadaja sie dowykonywania przekryc plaskich w ksztalcie rusztów, sklepien walcowych, a takze powlok dwukrzywiznowych. Jednak w przy¬ padku wykonywania przekryc powlokowych dwukrzywiznowych konieczne jest stosowanie pre¬ tów o róznej dlugosci, obok ciegien równiez o róznej dlugosci. Szczególnie wykonywanie pretów o zmiennej dlugosci znacznie utrudnia proces wytwarzania i montowania, a ponadto stanowi zaprze¬ czenie zasady unifikacji elementów skladowych.Modularny element konstrukcyjny, wedlug wynalazku, zawiera jednakowe prety i jednakowe ciegna o regulowanej dlugosci oraz dwa rodzaje wezlów przegubowych. Podstawowym elementem2 130 608 konstrukcji modularnej jest równolegloboczny zestaw czterech pretów polaczonych ze soba za pomoca wezlów i stezonego ciegnem. Ciegno laczy ze soba dwa przeciwlegle wezly. Przez zmiane dlugosci uzyskuje sie zmiany dlugosci zestawu czterech pretów. Równolegloboczne zestawy czte¬ rech pretów laczy sie w modularne elementy konstrukcyjne za pomoca krzyzujacych sie ciegien o regulowanej dlugosci, mocowanych do wezlów kolejnych równoleglobocznych zestawów pretów.Do laczenia pretów w zestawy i zestawów w modularne elementy stosuje sie dwa rodzaje przegubowych wezlów. Jeden z nich posiada prostopadloscienny korpus o podstawie trójkata równobocznego, kwadratu lub szesciokata równobocznego. W korpusie wykonane sa pionowe otwory na uchwyty koncówek pretów. Otwory te odwiercone sa w ten sposób, ze tworza w scianach bocznych korpusu pionowe szczeliny, które umozliwiaja uchwytom koncówek osadzonych w otworach obrót w zakresie ograniczonym szerokoscia szczeliny. Drugi z wezlów, przeznaczony do laczenia pretów i ciegien, ma dwie pokrywy z wybraniami na dzwignie i podstawami w postaci pierscieni. Pomiedzy te dwie pokrywy osadza sie koncówki pretów i po wsunieciu dzwigni skreca sie w calosc wezla polaczeniem srubowym. Sruba tego polaczenia stanowi jednoczesnie os obrotu dla dzwigni. Do koncówek dzwigni mocowane sa widlaste zakonczenia ciegien za pomoca trzpieni.Natomiast ciegna o regulowanej dlugosci skladaja sie z dwóch pretów z widlastymi uchwy¬ tami, polaczonych ze soba rzymska nakretka. Koncówki pretów i elementy zlaczne uchwytów wezlów maja ksztalt zblizony do pierscieni i dzieki temu umozliwiaja laczenie elementów modular¬ nego elementu konstrukcyjnego w szerokim zakresie katów.Przedstawiony modularny element konstrukcyjny struktur przestrzennych, skladajacy sie z jednego rodzaju powtarzalnego preta i ciegna oraz dwóch rodzajów wezlów umozliwia praktycznie konstruowanie i montowanie dowolnych form przekryc powlokowych. Pozwala na skuteczne skrócenie czasu wykonywania elementów i czasu zmontowania calej kontrukcji. Umozliwia takze rozbiórke niepotrzebnej juz konstrukcji i ponowne montowanie innej konstrukcji o zasadniczo róznej postaci przekrycia z tych samych elementów. Zasadnicza zaleta tego rozwiazania jest wystepujacy tu podzial obciazen. Stosunkowo krótkie prety przenosza sily sciskajace, natomiast dlugie ciegna pracuja zawsze pod obciazeniem sil rozciagajacych. Przy teoretycznie prawie dwuk¬ rotnie wiekszej rozpietosci struktury pretowo-ciegnowej jest ona równoczesnie znacznie lzejsza od podobnej przestrzennej struktury pretowej.Przedmiot wynalazku jest pokazany na rysunkach i przedstawiony w przykladach wykonania, przy czym na rysunku fig. 1 przedstawia sposób laczenia pretów i ciegien, fig. 2 — uklad brylowy struktury pretowej, bez ciegien, jedenastoszescianu uzupelnionego dwoma ostroslupami prawidlo¬ wymi o podstawie szesciokatnej, fig. 3 — uklad brylowy struktury pretowej czternastoscianu uzupelnionego dwiema polówkami osmioscianu, fig. 4 — uklad brylowy struktury pretowej dwu- dziestodwuscianu uzupelnionego dwoma czworoscianami, fig. 5 — widok z góry — fragmentu struktury o ukladzie dwudziestodwuscianu uzupelnionego dwoma czworoscianami, fig. 6 — widok z góry fragmentu struktury o ukladzie jedenastoscianu uzupelnionego dwoma ostroslupami pra¬ widlowymi o podstawie szesciokatnej, fig. 7 — widok z góry fragmentu struktury o ukladzie czternastoscianu uzupelnionego dwiema polówkami osmioscianu, fig. 8 — widok dwóch segmen¬ tów struktury dwudziestodwuscianu, fig. 9 — uklad ciegien struktury pretowo-ciegnowej, fig. 10 — szczegól laczenia pretów, fig. 11 — przekrój poprzeczny i podluzny preta, fig. 12 — widok ciegna bezjednej z widlastych koncówek, fig. 13 — widok koncówek ciegna, fig. 14 — wezel laczacy prety w przekroju pionowym, fig. 15 — wezel laczacy prety w przekroju poziomym, fig. 16 — uchwyt koncówek preta w pólwidoku i pólprzekroju, fig. 17 — wezel laczacy prety w widoku czesciowo anatomicznym, fig. 18 — korpus wezla z czterema otworami na uchwyty, fig. 19.— korpus wezla z szescioma otworami na uchwyty, fig. 20 — dzwignia wezla pretowo-ciegnowego, fig. 21 — wezel laczacy prety i ciegna w widoku z jednej ze stron, fig. 22 — wezel laczacy prety i ciegna w7 przekroju poprzecznym pionowym, fig. 23 — wezel laczacy prety i ciegna w przekroju pionowym, fig. 24 — fragment wezla laczacego prety i ciegna w przekroju poziomym, fig. 25 — optymalne rozmieszcze¬ nie elementów modularnych struktury pretowo-ciegnowej, o ukladzie czternastoscianu uzupelnionego dwiema polówkami osmioscianów w widoku z góry.Modularny element konstrukcyjny struktur przestrzennych utworzony jest z 4 rurowych pretów 1 o jednakowych koncówkach 2 i jednakowej dlugosci, z ciegien 3 o regulowanej dlugosci, lecz calkowicie powtarzalnych i z dwóch wezlów 4 i 5. Wezel 4 sluzacy do laczenia koncówek 2130 608 3 pretów Ima korpus 6 w ksztalcie prostopadloscianu o podstawie zblizonej do trójkata, kwadratu lub szesciokata w zaleznosci od ilosci laczonych pretów 1. W korpusie 6 wykonane sa pionowe otwory 7, w których osadza sie uchwyty 8 koncówek 1. Otwory te wiercone sa w poblizu scian bocznych korpusu 6 tworzac w tych scianach pionowe szczeliny 9, rozcinajace sciany boczne na dwie czesci w ukladzie-pionowym. Wezel 5 sluzacy do laczenia pretów 1 i ciegien 3 utworzony jest z dwóch pokryw 10, usytuowanych wzgledem siebie podstawami 11, przy czym podstawy te maja ksztalt pierscieni o wielkosci podobnej do koncówek 2 pretów 1. Pokrywy 10 i koncówki 2 pretów laczone sa ze soba dwustronna sruba 12. W pokrywach 10 wykonane sa wybrania 13, w których osadzone sa na dwustronnej srubie 12, jak na osi, dwie dzwignie 14, przeznaczone do zamocowania za pomoca trzpieni 15 ciegien 3 o regulowanej dlugosci. Ciegna 3 te wykonane sa z dwóch jednakowych okraglych pretów 16 z koncówkami jednostronie gwintowanymi i dospawanymi widlastymi zaczepami 18 z otworami 19 na trzpienie 15.Okragle prety 16 laczone sa w ciegna 3 o regulowanej dlugosci za pomoca rzymskich nakretek 17. Przez pokrecanie nakretek 17 uzyskujecie wydluzenie lub skrócenie dlugosci ciegna 3. Nato¬ miast uchwyty 8 koncówek 2 pretów 1 maja postac walca, do którego przyspawane sa wzdluz tworzacych walca po dwa ucha 20, tworzac widlasty przegub. Ksztalt uch 20 dostosowany jest do koncówek 2 i laczony z nimi sruba 21. Typowy modularny element konstrukcyjny tworzy zestaw czterech pretów 1 polaczonych dwoma wezlami 4, dwoma wezlami 5, ciegnem 3 zamocowanym pomiedzy wezlami 5 i co najmniej dwoma ciegnami 3 laczacymi sasiednie zestawy pretowi.Zestawy czterech pretów 1 zawsze maja postac równolegloboków, w których jedna z przekat¬ nych tworzy ciegno 3. Przez regulowanie dlugosci ciegna 3, stanowiacego przekatna zestawu pretów 1, uzyskuje sie wydluzenie, badz skrócenie dlugosci zestawu pretów 1. Ta zmienna dlugosc podstawowych elementów konstrukcyjnych umozliwia budowanie przekryc o dowolnych ksztal¬ tach. Jak pokazano na fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. 5, fig. 6, fig. 7, fig. 8, fig. 25 i fig. 26 mozna budowac z pretów 1 i ciegien 3 przekrycia o rozmaitych ksztaltach i postaci.Wykorzystujac duza elastycznosc przedstawionych struktur mozna je ksztaltowac tak, aby pod wplywem obciazenia równomiernie rozlozonego na powierzchni przekrycia, sily dzialajace na kazdy element konstrukcyjny, niezaleznie od jego polozenia w strukturze, byly takie samej, badz zblizonej wartosci. Ten rodzaj konstrukcji przedstawiono w fig. 25 i fig. 26 na rysunku. PL