RU170483U1

RU170483U1 - ASSEMBLY OF BEARING RODS FOR GEODESIC DOME AND OTHER SPATIAL STRUCTURES

Info

Publication number: RU170483U1
Application number: RU2016138242U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Бушин; Дмитрий Андреевич Животов; Дмитрий Михайлович Подольский
Original assignee: Владимир Иванович Бушин
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2017-04-26

Abstract

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в пространственных каркасах зданий в качестве узла соединения элементов несущих конструкций покрытий зданий и сооружений.Техническим результатом полезной модели является повышение жесткости конструкции за счет обеспечения равнопрочности сечений узла соединения и присоединяемых несущих стержней, образующих пространственную конструкцию каркаса купола.Технический результат достигается при использовании узла соединения стержнеобразных деталей для геодезических куполов и других пространственных сооружений, содержащего неметаллический центральный стержень, состоящий из модульно-блочных элементов с выступами, имеющими соосные отверстия, при этом между указанными модульно-блочными элементами расположены плоские элементы с фасками.The invention relates to the field of construction and can be used in spatial frames of buildings as a junction of structural elements of buildings and structures. The technical result of the invention is to increase the rigidity of the structure by ensuring equal strength of the cross-section of the junction and connected load-bearing rods forming the spatial structure of the carcass domes. The technical result is achieved using the node connecting rod-shaped parts for geodesy domes and other spatial structures containing a non-metallic central rod, consisting of modular-block elements with protrusions having coaxial openings, while between these modular-block elements there are flat elements with chamfers.

Description

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в пространственных каркасах зданий в качестве узла соединения элементов несущих конструкций покрытий зданий и сооружений.The utility model relates to the field of construction and can be used in spatial frames of buildings as a node for connecting elements of load-bearing structures of coatings of buildings and structures.

В настоящее время широкое применение для создания пространственных конструкций находят сетчатые пространственные конструкции по системе Фуллера (геодезические купола), которые отличаются малым собственным весом и повышенной жесткостью, при этом экономия конструкционных материалов при их использовании для перекрытия больших полетов составляет до 30-40% по сравнению с другими конструктивными схемами куполов. В то же время, получение пространственной конструкции купола вызывает определенные сложности, так как требует применения узловых соединений со стержневыми элементами повышенной жесткости. Треугольные ячейки, из которых образуется сетка купола, не лежат в одной плоскости и имеют разные комбинации расположения в пространстве, что приводит к разнице действующих нагрузок и крутящих моментов в точках пространственного купола с разным диаметром, что к тому же приводит к сложным инженерным расчетам и снижению технологичности производства.Currently, mesh spatial constructions according to the Fuller system (geodesic domes) are widely used to create spatial structures, which are characterized by low dead weight and increased rigidity, while the savings in structural materials when used to cover large flights is up to 30-40% compared with other constructive schemes of domes. At the same time, obtaining the spatial design of the dome causes certain difficulties, since it requires the use of nodal connections with rod elements of increased rigidity. The triangular cells from which the dome mesh is formed do not lie in the same plane and have different combinations of spatial arrangement, which leads to a difference in the effective loads and torques at the points of the spatial dome with different diameters, which also leads to complex engineering calculations and reduction manufacturability.

Известно узловое соединение деревянных и клеедеревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов (патент РФ №2374402, 27.11.2009 г.), включающее центральную деревянную цилиндрическую вставку, к которой подходят торцы стержневых элементов решетки купола, при этом стыкуемые в узле стержневые элементы расположены в фанерной круглой в плане коробке, состоящей из двух половин, у крышек которых уложены стеклопластиковые арматурные сетки, и выполнены с увеличенной высотой в узле и отверстиями для стеклопластиковой трубки, при этом межстержневое узловое пространство заполняется составом на основе эпоксидной смолы с наполнителем. Также для получения узлового соединения используются дополнительные детали: нагели, вставки, штуцеры, планки и т.д., в том числе металлические детали.Known is the nodal connection of wooden and glue-wood core elements of shallow mesh domes (RF patent No. 2374402, November 27, 2009), including a central wooden cylindrical insert to which the ends of the core elements of the dome lattice are suitable, while the core elements that are joined in the assembly are located in a round plywood in terms of a box consisting of two halves, the covers of which are filled with fiberglass reinforcing nets, and are made with an increased height in the assembly and holes for the fiberglass tube, while node space is filled with the composition based on an epoxy resin with a filler. Also, to obtain a nodal connection, additional parts are used: pins, inserts, fittings, trims, etc., including metal parts.

Недостатком указанной конструкции является сложность получаемого узлового соединения, которая повышает трудоемкость изготовления, снижает его технологичность и надежность, что приводит к увеличению срока проводимых строительных работ и повышению их общей стоимости. Заполнение межстержневого узлового пространства составом на основе эпоксидной смолы с наполнителем не позволяет получить конструкцию необходимой жесткости, в том числе, по причине зависимости характеристик и параметров указанного состава от климатических и температурных условий применения узлового соединения, а также невозможности учета в данном случае воздействия разных нагрузок при расположении в точках пространственной конструкции купола с разным диаметром.The disadvantage of this design is the complexity of the resulting nodal connection, which increases the complexity of manufacturing, reduces its manufacturability and reliability, which leads to an increase in the duration of construction work and increase their total cost. Filling the inter-core nodal space with an epoxy resin-based compound with a filler does not allow to obtain the design of the necessary rigidity, including due to the dependence of the characteristics and parameters of the specified composition on the climatic and temperature conditions of the use of the nodal connection, as well as the impossibility of taking into account in this case the effects of different loads location at points of the spatial design of the dome with different diameters.

Известен узел соединения стержневых элементов пространственного каркаса (патент РФ №2570728, 10.12.2015 г.), включающий центральную вставку в форме полого цилиндра и связанные с концами стержневых элементов посредством закрепляемых на их противоположных гранях пластин соединители, включающие каждый П-образную скобу, охватывающую центральную вставку снаружи с наложением полок на торцевые грани цилиндра и фиксируемую размещенным внутри цилиндра стяжным элементом, пропущенным через выполненные в полках этой скобы отверстия, при этом закрепляемые на противоположных гранях стержневого элемента пластины в каждом соединителе связаны между собой поперечиной с образованием дополнительной П-образной скобы, охватывающей конец стержневого элемента, при этом упомянутые П-образные скобы зацеплены друг за друга с размещением поперечины одной скобы в пространстве между полками другой.A known connection node of the core elements of the spatial frame (RF patent No. 2570728, December 10, 2015), including a central insert in the form of a hollow cylinder and connected to the ends of the rod elements by means of fasteners attached to their opposite faces of the plates, including each U-shaped bracket covering the central insert on the outside with the shelves superimposed on the end faces of the cylinder and fixed by the clamping element located inside the cylinder, passed through the holes made in the shelves of this bracket, while fixing s on opposite faces of the rod member plates in each connector are interconnected to form an additional cross member U-shaped bracket encompassing the rod end element, wherein said U-shaped bracket are engaged each other with placing a cross braces in the space between the other shelves.

Изготовление сложных по конструкции П-образных скоб со скошенными углами и отверстиями требует дополнительных трудозатрат по их изготовлению, а также приводит к необходимости использования других дополнительных элементов, что в целом делает конструкцию узла соединения сложной и недостаточно надежной. При этом не учитывается разная нагрузка на несущие стержни, образующие пространственную конструкцию купола, что в итоге не обеспечивает должную жесткость рассмотренного узла соединения.The manufacture of U-shaped staples with complex bevels with beveled corners and holes requires additional labor for their manufacture, and also leads to the need to use other additional elements, which generally makes the design of the connection node complicated and not sufficiently reliable. This does not take into account the different load on the bearing rods forming the spatial structure of the dome, which ultimately does not provide the proper rigidity of the considered connection node.

Известно узловое соединение стержней пространственного каркаса зданий и сооружений (патент РФ №154891, 10.09.2015 г.), содержащее узловой элемент, выполненный содержащим преимущественно два совмещенных по центральной оси преимущественно цилиндрических элемента, снабженных расположенными по периметру цилиндрической поверхности установочными фасками с резьбовыми отверстиями, в каждое из которых помещен болт, соединенный посредством соединительного элемента со стержнем, при этом соединительный элемент снабжен полостями для установки болтов, при этом соединительный элемент выполнен цельным, образованным преимущественно двумя пластинами и расположенной между ними перемычкой, при этом одна пластина соединена со стержнем, а противоположная пластина снабжена расположенными с ее внешней стороны двумя установочными выступами, каждый из которых снабжен отверстием для установки болта, совмещенными с резьбовыми отверстиями на узловом элементе.Known nodal connection of the rods of the spatial frame of buildings and structures (RF patent No. 154891, 09/10/2015), containing a nodal element made mainly of two aligned along the central axis of the predominantly cylindrical element, provided with installation chamfers with threaded holes located along the perimeter of the cylindrical surface, in each of which is placed a bolt connected by means of a connecting element to the rod, while the connecting element is provided with cavities for installing bolts moreover, the connecting element is made integral, formed mainly by two plates and a jumper located between them, while one plate is connected to the rod, and the opposite plate is provided with two installation protrusions located on its outer side, each of which is provided with a hole for installing a bolt, combined with threaded holes on the nodal element.

Конструкция приведенного узлового соединения за счет наличия перемычек, полостей, выступов является сложной, что повышает трудоемкость изготовления и срок выполнения строительных работ в целом. При этом, согласно описанию указанного патента, часть элементов конструкции соединяется между собой посредством сварки, что снижает ее надежность. В целом, указанное узловое соединения не учитывает разницу действующих нагрузок и следовательно не обладает достаточной жесткостью для получения устойчивой пространственной конструкции купола или другого пространственного сооружения.The design of the given nodal connection due to the presence of jumpers, cavities, protrusions is complex, which increases the complexity of manufacturing and the term of construction work as a whole. Moreover, according to the description of the said patent, part of the structural elements are interconnected by welding, which reduces its reliability. In general, this nodal connection does not take into account the difference in the effective loads and therefore does not have sufficient rigidity to obtain a stable spatial structure of a dome or other spatial structure.

Заявляемое решение позволяет получить узел соединения для создания треугольных ячеек - основы строительства пространственного купола, - которые позволяют обеспечить для несущих стержней пространственной конструкции купола одинаковую равномерную нагрузку, то есть унифицировать их. Данное конструктивное решение разработано на основании качественной оценки уже существующих узловых соединений пространственных стержневых систем (более 50-ти типов) из различных материалов и профилей, применяющихся в последние 50 лет.The claimed solution allows to obtain a connection node for creating triangular cells - the basis for the construction of a spatial dome - which allows to provide the same uniform load for the bearing rods of the spatial structure of the dome, that is, to unify them. This constructive solution was developed on the basis of a qualitative assessment of already existing nodal joints of spatial core systems (more than 50 types) from various materials and profiles used in the last 50 years.

Техническим результатом полезной модели является повышение жесткости конструкции за счет обеспечения равнопрочности сечений узла соединения и присоединяемых несущих стержней, образующих пространственную конструкцию купола.The technical result of the utility model is to increase the rigidity of the structure by ensuring equal strength of the cross sections of the connection node and the attached load-bearing rods forming the spatial structure of the dome.

Технический результат достигается при использовании узла соединения стержнеобразных деталей для геодезических куполов и других пространственных сооружений, содержащего неметаллический центральный стержень, состоящий из модульно-блочных элементов с выступами, имеющими соосные отверстия для размещения крепежных элементов, и плоские элементы, в центральной части которых выполнены углубления, расположенные между выступами модульно-блочных элементов.The technical result is achieved by using a node for connecting rod-shaped parts for geodesic domes and other spatial structures, containing a non-metallic central rod, consisting of modular-block elements with protrusions having coaxial holes for accommodating fasteners, and flat elements in the central part of which are made recesses, located between the protrusions of modular block elements.

Модульно-блочные элементы могут быть выполнены цилиндрической формы.Modular block elements can be made cylindrical in shape.

Плоские элементы с углублениями в центральной части имеют отверстия на концах для соединения с несущими стержнями с целью получения пространственной конструкции купола.Flat elements with recesses in the central part have openings at the ends for connection with bearing rods in order to obtain a spatial design of the dome.

Узел соединения также может иметь торцевой фланец, устанавливаемый и закрепляемый сверху и снизу неметаллического центрального стержня из модульно-блочных элементов.The connection unit may also have an end flange mounted and secured above and below the non-metallic central rod of modular block elements.

Выполнение центрального стержня из модульно-блочных элементов с выступами и соосными отверстиями, расположение между указанными выступами углублений, выполненных в центральной части плоских элементов, позволяет посредством шпилек с резьбой и крепежом, проходящих через соответствующие соосные отверстия, получить единую цельную конструкцию, обеспечивающую равнопрочность сечений узла соединения и присоединяемых к нему несущих стержней, образующих пространственную конструкцию купола, что позволяет получить надежную и жесткую конструкцию как заявляемого узла соединения, так и всего купола в целом. Выполнение центрального стержня неметаллическим позволяет облегчить вес узла соединения, снизив, таким образом, вероятность возникновения дополнительной нагрузки и крутящих моментов на несущие стержни в точках пространственного купола с разным диаметром, что также способствует повышению жесткости конструкции.The implementation of the Central rod of modular block elements with protrusions and coaxial holes, the location between these protrusions of the recesses made in the Central part of the flat elements, allows using studs with thread and fasteners passing through the corresponding coaxial holes to obtain a single integral design that ensures equal strength of the sections of the node connections and bearing rods attached to it, forming the spatial structure of the dome, which allows to obtain a reliable and rigid structure ktsion as the claimed connection node, and the entire dome as a whole. The execution of the central rod non-metallic allows you to lighten the weight of the connection node, thus reducing the likelihood of additional load and torque on the bearing rods at points of the spatial dome with different diameters, which also contributes to increased structural rigidity.

В итоге, заявляемое решение позволяет получить простую надежную конструкцию узла соединения без использования сварки, которая обеспечивает необходимую жесткость. Также конструкция узла соединения позволяет получить унифицированные типовые несущие стержни для формирования треугольных ячеек, имеющих одинаковые линейные размеры по всей высоте пространственной конструкции, что снижает трудоемкость проектных инженерных работ и повышает темпы строительства в целом.As a result, the claimed solution allows to obtain a simple reliable design of the connection node without the use of welding, which provides the necessary rigidity. Also, the design of the connection node allows to obtain standardized standard bearing rods for the formation of triangular cells having the same linear dimensions along the entire height of the spatial structure, which reduces the complexity of design engineering work and increases the pace of construction as a whole.

На фиг. 1 изображен узел соединения в разобранном виде, на фиг. 2 - узел соединения в собранном виде, на фиг. 3 - узел соединения при соединении со стержнями пространственного каркаса, на фиг. 4 - расположение узла соединения в пространственном каркасе.In FIG. 1 shows an unassembled connection unit, FIG. 2 - assembled connection unit, in FIG. 3 - connection node when connected to the rods of the spatial frame, in FIG. 4 - the location of the connection node in the spatial frame.

Узел соединения 1 стержнеобразных деталей для геодезических куполов и других пространственных сооружений содержит неметаллический центральный стержень 2, состоящий из модульно-блочных элементов 3 с выступами 4, имеющими соосные отверстия 5, плоские элементы 6, в центральной части которых выполнены углубления 7, расположенные между выступами 4 модульно-блочных элементов 3. Плоские элементы 6 имеют отверстия 8 на концах для соединения с несущими стержнями 9 с целью получения пространственной конструкции купола 10. Узел соединения 1 также может иметь торцевой фланец 11, устанавливаемый и закрепляемый сверху и снизу неметаллического центрального стержня 2 из модульно-блочных элементов 3.The connection node 1 of the rod-shaped parts for geodetic domes and other spatial structures contains a non-metallic central rod 2, consisting of modular-block elements 3 with protrusions 4, having coaxial holes 5, flat elements 6, in the central part of which are made recesses 7 located between the protrusions 4 modular-block elements 3. Flat elements 6 have holes 8 at the ends for connection with the bearing rods 9 in order to obtain the spatial design of the dome 10. Connection node 1 can also have an end flange 11 mounted and secured on top and bottom of the non-metallic central rod 2 of modular block elements 3.

Модульно-блочный элемент 3 представляет собой элемент цилиндрической формы, имеющий основание 12, с одной стороны которого выполнены выступы с соосными отверстиями, расположенные в форме двух полукругов, с другой стороны - одиночные выступы с соосными отверстиями и выступ с отверстиями в форме полукруга. Между выступами 4 с отверстиями 5, расположенными на каждой из сторон основания имеются промежутки (фиг. 1).The modular block element 3 is a cylindrical element having a base 12, on one side of which there are protrusions with coaxial holes located in the form of two semicircles, on the other hand, single protrusions with coaxial holes and a protrusion with holes in the form of a semicircle. Between the protrusions 4 with holes 5 located on each side of the base there are gaps (Fig. 1).

Плоские элементы 6 представляют собой пластины, имеющие углубления 7 прямоугольной формы, выполненные в центральной части указанных пластин сверху и снизу. Плоские элементы 6, закрепляемые на узле соединения 1 сверху и снизу имеют углубления 7 в центральной части, выполненные только с одной стороны. На концах пластин имеются отверстия 8 для установки стержней 9 пространственного купола 10 посредством болтов, винтов и т.д. (фиг. 1).Flat elements 6 are plates having recesses 7 of a rectangular shape, made in the central part of these plates above and below. Flat elements 6, fixed on the connection node 1 from above and below have recesses 7 in the central part, made on one side only. At the ends of the plates there are holes 8 for installing the rods 9 of the spatial dome 10 by means of bolts, screws, etc. (Fig. 1).

Сборка узла соединения 1 происходит следующим образом.Assembly node connection 1 is as follows.

Неметаллический центральный стержень 2 образуется за счет расположения в одну линию модульно-блочных элементов 3 и размещения между ними углублений 7, выполненных в центральной части плоских элементов 6. При этом модульно-блочные элементы 3 соединяются друг с другом сторонами оснований 12 с идентичными выступами 4. Для получения вертикально расположенного стержня основания модульно-блочных элементов 3 должны быть расположены горизонтально. В промежутках, расположенных между одиночными выступами 4 с отверстиями 5 и выступом с отверстиями в форме полукруга, размещаются углубления 7 двух скрещенных вертикально ориентированных плоских пластин 6; в промежутках, между выступами 4 с отверстиями 5 в форме полукруга размещается углубление 7 одиночной вертикально ориентированной плоской пластины 6. Крайние плоские пластины 6, обрамляющие образованный неметаллический центральный стержень 2, имеют углубление 7 только с одной стороны, которое вставляется в промежутки соответствующих модульно-блочных элементов 3. Части плоских пластин 6 с углублениями 7 после формирования неметаллического центрального стержня 2 образуют «лепестки» (фиг. 1, 2).The non-metallic central rod 2 is formed by placing the modular-block elements 3 in one line and placing recesses 7 between them in the central part of the flat elements 6. In this case, the modular-block elements 3 are connected to each other by the sides of the bases 12 with identical protrusions 4. To obtain a vertically located rod of the base of the modular block elements 3 must be located horizontally. In the gaps located between the single protrusions 4 with the holes 5 and the protrusion with the holes in the form of a semicircle, there are recesses 7 of two crossed vertically oriented flat plates 6; in the spaces between the protrusions 4 with openings 5 in the form of a semicircle, a recess 7 of a single vertically oriented flat plate 6 is placed. The extreme flat plates 6, framing the formed non-metallic central rod 2, have a recess 7 on one side only, which is inserted into the gaps of the corresponding modular block elements 3. Parts of flat plates 6 with recesses 7 after the formation of the non-metallic central rod 2 form "petals" (Fig. 1, 2).

Высота собранного узла соединения 1 выбирается таким образом, чтобы возможным было дополнительно с торцов узла соединения 1 установить торцевые фланцы 11 из пластин клееной древесины, обеспечивающие конструктивную защиту всего узла соединения, что необходимо для повышения общей пожарной устойчивости до значений, требуемых для клееной древесины (К0 (45)).The height of the assembled connection unit 1 is selected so that it is possible to additionally install end flanges 11 from glued wood plates from the ends of the connection unit 1, which provide structural protection of the entire connection unit, which is necessary to increase the overall fire resistance to the values required for glued wood (К0 (45)).

Через соосные отверстия 5 выступов 4 всех модульно-блочных элементов 3 узла соединения 1 пропускается шпилька с резьбой и соответствующим крепежом, которая позволяет воедино соединить все детали и получить единую цельную конструкцию (фиг. 3).Through the coaxial holes 5 of the protrusions 4 of all the modular-block elements 3 of the connection unit 1, a threaded rod with a thread and appropriate fasteners is passed, which allows you to connect all the parts together and get a single integral design (Fig. 3).

В несущих стержнях 9 сетчатого каркаса пространственного купола 10 выполняются прорези для установки и закрепления в них «лепестков», образованных плоскими пластинами 6 при формировании неметаллического центрального стержня 2 (фиг. 3).In the bearing rods 9 of the mesh frame of the spatial dome 10, slots are made for installing and securing them “petals” formed by flat plates 6 during the formation of the non-metallic central rod 2 (Fig. 3).

Основным конструктивным материалом несущих стержневых элементов каркасов пространственных конструкций является клееная древесина.The main structural material of the bearing core elements of the frameworks of spatial structures is glued wood.

Таким образом, формируется узел соединения 1, способный воспринимать не только сжимающие и растягивающие усилия, но и поперечные и изгибающие моменты, возникающие в элементах пространственной конструкции купола 10 (несущих стержнях 9) при внешней нагрузке. Конструкция узла соединения 1 позволяет получить геометрически неизменяемые треугольные ячейки, которые образуют жесткое унифицированное несущее покрытие, передающее равномерную нагрузку в любой точке пространственной конструкции купола 10, что, в свою очередь, позволяет применить заявляемый узел соединения 1 для пространственных покрытий по системе Фуллера.Thus, a joint assembly 1 is formed, capable of absorbing not only compressive and tensile forces, but also transverse and bending moments arising in the structural elements of the dome 10 (bearing rods 9) under external load. The design of the connection unit 1 allows you to get a geometrically unchanged triangular cell, which form a rigid unified load-bearing coating that transfers a uniform load at any point in the spatial structure of the dome 10, which, in turn, allows you to use the inventive connection node 1 for spatial coatings according to the Fuller system.

Использование плоских пластин с углублениями с возможностью их присоединения к центральной части элемента соединения как снизу, так и сверху, позволяет создавать многопоясные двух- и трехслойные структурные пространственные оболочки практически любой архитектурной формы с заданным радиусом кривизны, что также является преимуществом заявленной конструкции.The use of flat plates with recesses with the possibility of their attachment to the central part of the connection element both from below and from above, allows you to create multi-belted two- and three-layer structural spatial shells of almost any architectural shape with a given radius of curvature, which is also an advantage of the claimed design.

Узел соединения не имеет сварных металлических элементов, что делает его более надежным при эксплуатации.The connection unit does not have welded metal elements, which makes it more reliable during operation.

Решение также отличается четкостью расчетной схемы и передачи воспринимаемых усилий деталями конструкции, технологичностью и простотой индустриального и поточного изготовления, эксплуатационной надежностью и ремонтопригодностью, простотой конструкции и сборки при монтаже стержневых элементов несущего каркаса пространственной конструкции купола.The solution is also distinguished by the clarity of the design scheme and the transmission of perceived efforts by structural details, the manufacturability and simplicity of industrial and in-line manufacturing, operational reliability and maintainability, simplicity of design and assembly when mounting the core elements of the supporting frame of the spatial structure of the dome.

Claims

1. The connection node of the rod-like parts for geodetic domes, characterized in that it contains a non-metallic central rod, consisting of modular-block elements with protrusions having coaxial holes for accommodating fasteners, and flat elements in the central part of which are made recesses located between the protrusions modular block elements.

2. The connection node according to claim 1, characterized in that the modular block elements are made of cylindrical shape.

3. The connection node according to claim 1, characterized in that the flat elements at the ends have openings.

4. The connection node according to claim 1, characterized in that it has an end flange mounted and secured on top and bottom of the non-metallic central rod.