RU2665338C1

RU2665338C1 - Grid shell

Info

Publication number: RU2665338C1
Application number: RU2017115632A
Authority: RU
Inventors: Леонард Шамсиевич Хаиров; Светлана Валентиновна Юдина; Дмитрий Николаевич Ларионов; Ренат Рустамович Зиганшин
Original assignee: Леонард Шамсиевич Хаиров; Светлана Валентиновна Юдина
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2018-08-29

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to the field of construction, namely to the core grid shells of buildings. Grid shell consisting of rod elements and hinges forming a flat lattice consisting of at least three fragments connected by hinges to an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells. Each fragment consists of three spatial six-link mechanisms connected by hinges to an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells, while the rod elements, which are links of spatial six-link mechanisms, are of the same length, the longitudinal axes of the rod elements adjacent to the hinge are perpendicular to the hinge axes and are configured to intersect with them. Axes of the hinges of the rod elements are deployed at different angles: at an angle of 90° and 60°.

EFFECT: possibility of transforming a shell from a flat type into a spherical surface.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к различным областям техники, в частности к области строительства, и может быть использовано для покрытий стержневыми сетчатыми оболочками зданий различного назначения, в том числе промышленных зданий.The invention relates to various fields of technology, in particular to the field of construction, and can be used for coatings with rod mesh shells of buildings for various purposes, including industrial buildings.

Сетчатые оболочки - это многогранники, вписанные чаще всего в сферическую поверхность вращения. Сетка обычно образуется из треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сетчатых оболочек соединяются шарнирно. Сетчатая оболочка является распорной системой, которая воспринимается нижним опорным кольцом.Mesh shells are polyhedrons inscribed most often in a spherical surface of revolution. The grid is usually formed from triangles, trapezoids, rhombuses, pentagons, hexagons and other shapes. The lattice rods in the nodes of the mesh shells are pivotally connected. The mesh sheath is a spacer system that is perceived by the lower support ring.

Несмотря на внешнюю ажурность и легкость сетчатых оболочек, их изготовление до сих пор остается крайне дорогостоящим и трудоемким делом. Именно сложность технологии строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций. Главная проблема любых сетчатых оболочек - узлы соединения перекрещивающихся стержней.Despite the external delicacy and lightness of the mesh shells, their manufacture is still extremely expensive and time-consuming. It is the complexity of construction technology that holds back the wider application of these structures. The main problem of any mesh shells is the nodes of the intersection of the intersecting rods.

Известна пространственная конструкция сетчатой оболочки, смонтированной из множества прямых стержневых элементов, соединенных концевыми частями с узловыми элементами с помощью высокопрочных гибких соединительных элементов, не допускающих сжатия (заявка Японии N 63-21777, кл. 4Е04 В.A known spatial design of a mesh shell mounted from a variety of straight rod elements connected by end parts with nodal elements using high-strength flexible connecting elements that are not compressible (Japanese application N 63-21777, class 4E04 B.

Недостатком известной сетчатой оболочки является сложность монтажа конструкции, связанная с необходимостью проведения работ по соединению стержневых элементов между собой на высоте в проектном положении.A disadvantage of the known mesh shell is the complexity of the installation structure associated with the need for work on the connection of the rod elements to each other at a height in the design position.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является пространственное покрытие каркасного типа, включающее стержневые и узловые элементы. Формообразование покрытия осуществляется методом трансформации плоской решетки заготовки в пространственное покрытие каркасного типа, включающим размещение мембраны под покрытием, раскладку отдельных стержневых элементов и их сборку на плоскости. В плоской решетке с треугольными ячейками предусматривается узловое устройство для шарнирного поворота стержней в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый стержневой элемент снабжен телескопическим оголовком, обеспечивающим возможность продольного удлинения и поворота элемента относительно продольной оси. Шарнирное соединение концов стержневых элементов позволяет в результате надувания мембраны приобрести покрытию проектное положение. Затем после фиксации длины стержня с помощью пружинного кольца оголовка и шарнирного устройства с помощью болтового соединения возможен демонтаж мембраны (а.с. СССР N 1080749, кл. Е04В 7/10, "Пространственное покрытие и способ его образования". Опубл. 15.03.84. Бюл. №101).The closest in technical essence to the proposed design is a spatial coating of frame type, including rod and nodal elements. The forming of the coating is carried out by the method of transforming the flat lattice of the workpiece into a spatial coating of the frame type, including the placement of the membrane under the coating, the layout of individual core elements and their assembly on the plane. In a flat lattice with triangular cells, a nodal device is provided for pivotally turning the rods in two mutually perpendicular planes. Each rod element is equipped with a telescopic tip, which allows longitudinal elongation and rotation of the element relative to the longitudinal axis. The hinged connection of the ends of the rod elements allows the membrane to acquire the design position as a result of inflation of the membrane. Then, after fixing the length of the rod using the spring ring of the head and the hinge device with the help of a bolt connection, it is possible to dismantle the membrane (AS USSR N 1080749, class E04B 7/10, "Spatial coating and the method of its formation. Publ. 15.03.84 Bul. No. 101).

Недостатком известной конструкции и монтажа является сложность конструкции и трудоемкость ее возведения, связанная с необходимостью фиксации узлов соединения стержней стяжными болтами на высоте в проектном положении оболочки, непозволяющей такой конструкции, по меньшей мере, одним стержневым элементом трансформироваться из плоского вида в форму покрытия каркасного типа, что ограничивает функциональные возможности и снижает эффективность оболочек. Именно трудоемкость строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций.A disadvantage of the known design and installation is the complexity of the design and the complexity of its construction, associated with the need to fix the connection nodes of the rods with tightening bolts at a height in the design position of the shell, which does not allow such a structure to be transformed from a flat view to a frame type coating by at least one rod element, which limits the functionality and reduces the effectiveness of the shells. It is the complexity of construction that holds back the wider use of these structures.

Решаемой задачей изобретения является упрощение конструкции оболочки, позволяющее расширить функциональные возможности ее трансформироваться из плоского вида в заданную форму, а в целом повысить эффективность оболочки при трансформировании в форму сферической поверхности.The object of the invention is to simplify the design of the shell, which allows to expand the functionality of it to transform from a flat view to a given shape, and in general to increase the efficiency of the shell when transforming into a shape of a spherical surface.

Техническим результатом от использования изобретения является создание простой сетчатой оболочки, способной трансформироваться из плоского вида в форму сферической поверхности вращения путем вращения, по меньшей мере, одного стержневого элемента, позволяющей расширить функциональные возможности и эффективность сферических оболочек в целом.The technical result from the use of the invention is the creation of a simple mesh shell that can transform from a flat view into a spherical surface of revolution by rotation of at least one core element, which allows to expand the functionality and efficiency of the spherical shells as a whole.

Технический результат достигается тем, что сетчатая оболочка, состоящая из стержневых элементов и шарниров, образующих плоскую решетку с возможностью трансформирования ее в форму сферической поверхности вращения, согласно которой плоская решетка образована по меньшей мере°° из трех фрагментов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками, причем каждый фрагмент состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетка с треугольными ячейками, при этом стержневые элементы, являющиеся звеньями пространственных шестизвенных механизмов выполнены одинаковой длины, продольные оси стержневых элементов, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов развернуты на различные углы, в первом случае развернуты на угол 90°, во втором случае - на 60°.The technical result is achieved in that a mesh shell consisting of rod elements and hinges forming a flat lattice with the possibility of transforming it into the shape of a spherical surface of revolution, according to which the flat lattice is formed of at least °° of three fragments connected by hinges into an equilateral triangle in the form lattices with triangular cells, and each fragment consists of three spatial six-link mechanisms connected by hinges to an equilateral triangle in the form of a lattice with t with rectangular cells, while the core elements that are the links of the spatial six-link mechanisms are made of the same length, the longitudinal axis of the core elements adjacent to the hinge are perpendicular to the axis of the hinges and can be intersected with them, and the axis of the hinge of the core elements are rotated at different angles, in the first case deployed at an angle of 90 °, in the second case - at 60 °.

Для пояснения технической сущности предлагаемого изобретения рассмотрим чертежи:To clarify the technical nature of the invention, we consider the drawings:

фиг. 1 - схематическое изображение плоской решетки сетчатой оболочки;FIG. 1 is a schematic illustration of a planar lattice of a mesh shell;

фиг. 2 - схематическое изображение фрагмента плоской решетки сетчатой оболочки;FIG. 2 is a schematic representation of a fragment of a planar lattice of the retina;

фиг. 3 - схематическое изображение пространственного шестизвенного механизма;FIG. 3 is a schematic representation of a spatial six-link mechanism;

фиг. 4 - схематическое изображение примерной плоской решетки сетчатой оболочки, состоящей из трех фрагментов;FIG. 4 is a schematic illustration of an exemplary planar lattice of a reticular sheath consisting of three fragments;

фиг. 5 - сетчатая оболочка из трех фрагментов в проектном положении;FIG. 5 - mesh shell of three fragments in the design position;

фиг. 6 - ячейки решетки в виде различных пространственных шестизвенников.FIG. 6 - lattice cells in the form of various spatial six-link.

На прилагаемых чертежах обозначено:The accompanying drawings indicate:

1 - фрагмент решетки сетчатой оболочки;1 - a fragment of the lattice of the retina;

2 - шарниры, соединяющие фрагменты решетки сетчатой оболочки;2 - hinges connecting fragments of the lattice of the retina;

3 - пространственный шестизвенный механизм;3 - spatial six-link mechanism;

4 - шарниры, соединяющие пространственные шестизвенные механизмы;4 - hinges connecting spatial six-link mechanisms;

5 - стержневой элемент как звено пространственного механизма;5 - the core element as a link in the spatial mechanism;

6 - шарниры, соединяющие стержневые элементы пространственного механизма.6 - hinges connecting the core elements of the spatial mechanism.

Плоская решетка сетчатой оболочки, показанная на фиг. 1, состоит из трех фрагментов 1, соединенных тремя шарнирами 2 в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками.The planar mesh lattice shown in FIG. 1, consists of three fragments 1 connected by three hinges 2 into an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells.

Фрагмент плоской решетки сетчатой оболочки, показанный на фиг. 2, состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов 3, соединенных тремя шарнирами 4 в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками,A fragment of a planar lattice of the retina shown in FIG. 2, consists of three spatial six-link mechanisms 3 connected by three hinges 4 into an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells,

Пространственный шестизвенный механизм, показанный на фиг. 3, состоит из шести стержневых элементов 5, соединенных шестью шарнирами 6 в равносторонний треугольник, при этом стержневые элементы, являющиеся звеньями пространственного шестизвенного механизма, выполнены одинаковой длины, продольные оси стержневых элементов, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям этих шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов развернуты на различные углы, в первом случае на угол 90°, во втором случае на угол 60°.The spatial six-link mechanism shown in FIG. 3, consists of six rod elements 5 connected by six hinges 6 into an equilateral triangle, while the rod elements, which are links of the spatial six-link mechanism, are made of the same length, the longitudinal axis of the rod elements adjacent to the hinge are perpendicular to the axes of these hinges and made with the possibility of intersection with them, and the axis of the hinges of the rod elements are rotated at different angles, in the first case at an angle of 90 °, in the second case at an angle of 60 °.

Трансформирование сетчатой оболочки производится следующим образом:The transformation of the retina is as follows:

Стержневые элементы 5 раскладывают в плоскую решетку, показанную на фиг. 4, собирают шестизвенные пространственные механизмы 3, для этого соединяют концы стержневых элементов 5 в шарнирах 6, собирают фрагменты решетки сетчатой оболочки 1, для этого соединяют шестизвенные пространственные механизмы 3 в шарнирах 4, собирают решетку сетчатой оболочки для этого соединяют фрагменты решетки сетчатой оболочки 1 в шарнирах 2 и получают плоскую решетку сетчатой оболочки (фиг. 4). Полученная плоская решетка сетчатой оболочки является одноподвижным многозвенным пространственным механизмом. Вращением, по меньшей мере, одного стержневого элемента 5 трансформируют плоскую решетку сетчатой оболочки в проектное положение - в форму сферической поверхности вращения (фиг. 5). Фиксируют положение по меньшей мере одного стержневого элемента 5, например, опорным узлом основания и получают сетчатую оболочку в проектном положении. В проектном положении сетчатой оболочки образуется решетка с ячейками в виде различных пространственных шестизвенников, в первом случае, когда оси шарниров стержневых элементов развернуты на угол 90°, вид ячеек показан на фиг. 5, во втором случае, когда оси шарниров стержневых элементов развернуты на угол 60°, виды ячеек показаны на фиг. 6.The rod elements 5 are laid out in the flat grid shown in FIG. 4, six-link spatial mechanisms 3 are assembled, for this purpose the ends of the rod elements 5 are connected in hinges 6, fragments of the lattice of the mesh shell 1 are assembled, for this six-link spatial mechanisms 3 in the hinges 4 are connected, the grid of the mesh shell is assembled for this the fragments of the lattice of the mesh shell 1 are connected hinges 2 and get a flat lattice of the mesh shell (Fig. 4). The resulting flat lattice of the retina is a single-moving multi-link spatial mechanism. By rotation of at least one rod element 5, the planar lattice of the mesh shell is transformed into the design position - into the shape of a spherical surface of revolution (Fig. 5). The position of at least one core element 5 is fixed, for example, by the support unit of the base and a mesh shell is obtained in the design position. In the design position of the mesh shell, a lattice is formed with cells in the form of various spatial six-link, in the first case, when the axis of the hinges of the core elements are rotated through an angle of 90 °, the type of cells is shown in FIG. 5, in the second case, when the axis of the hinges of the rod elements is rotated at an angle of 60 °, the types of cells are shown in FIG. 6.

Сетчатая оболочка является распорной системой, которая воспринимается опорными узлами основания. Отпадает необходимость, проведения работ по фиксированию стержневых элементов на высоте в проектном положении оболочки.The mesh shell is a spacer system, which is perceived by the support nodes of the base. There is no need to carry out work on fixing the core elements at a height in the design position of the shell.

Предложенную сетчатую оболочку можно трансформировать в проектное положение с различными параметрами сферической поверхности. Радиус кривизны сферической поверхности определяется степенью трансформирования плоской решетки - заготовки. При фиксированных длинах стержневых элементов и количества фрагментов решетки радиус кривизны сферической оболочки определится размерами опорного кольца основания. При увеличении диаметра опорного кольца основания радиус кривизны сферической поверхности увеличивается. Использование опорных колец основания различного диаметра при фиксированных длинах стержневых элементов и количества фрагментов позволяет получить проектные решения сетчатой оболочки с различными радиусами кривизны сферической поверхности.The proposed mesh shell can be transformed into the design position with various parameters of the spherical surface. The radius of curvature of the spherical surface is determined by the degree of transformation of the flat lattice - the workpiece. For fixed lengths of the core elements and the number of lattice fragments, the radius of curvature of the spherical shell is determined by the dimensions of the base support ring. With an increase in the diameter of the base support ring, the radius of curvature of the spherical surface increases. The use of support rings of the base of different diameters with fixed lengths of the core elements and the number of fragments allows to obtain design solutions for the mesh shell with different radii of curvature of the spherical surface.

Упрощение монтажа предложенной сетчатой оболочки, возможность трансформирования ее в положение с различными параметрами проекта, а также получать решетки с ячейками в виде различных пространственных шестизвенников способствуют более широкому применению этих конструкций.Simplification of the installation of the proposed mesh shell, the possibility of transforming it into a position with various project parameters, as well as obtaining lattices with cells in the form of various spatial six-link pipes, contribute to the wider application of these designs.

По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемое изобретение позволяет получить простую конструкцию сетчатой оболочки, несложную в монтаже, способную трансформироваться из плоского вида в форму сферической поверхности вращения путем вращения по меньшей мере одного стержневого элемента, при этом заявленное решение позволяет создать многомодульные покрытия, построенные путем соединения предлагаемых сетчатых оболочек, имеющих в своем составе различное количество фрагментов, все это расширяет функциональные возможности и повышает эффективность сетчатых оболочек. Возможность трансформирования сетчатой оболочки в положения с различными параметрами проектов также расширяет функциональные возможности их и способствует более широкому применению этих конструкций в различных областях техники.According to its technical and economic advantages, compared with the known analogues, the present invention allows to obtain a simple mesh shell design, simple to install, able to transform from a flat view into a spherical surface of revolution by rotation of at least one core element, while the claimed solution allows to create multi-module coatings built by connecting the proposed mesh shells having a different number of fragments in their composition, all this is expanded lowers functionality and increases the effectiveness of mesh shells. The possibility of transforming the mesh shell into positions with various project parameters also expands their functional capabilities and contributes to the wider use of these structures in various fields of technology.

Claims

A mesh shell consisting of rod elements and hinges forming a flat lattice with the possibility of transforming it into a spherical surface of revolution, characterized in that the flat lattice is formed of at least three fragments connected by hinges into an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells, moreover each fragment consists of three spatial six-link mechanisms connected by hinges to an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells, while the rods the elements that are the links of the spatial six-link mechanisms are made of the same length, the longitudinal axis of the rod elements adjacent to the hinge are perpendicular to the axis of the hinges and made with the possibility of intersection with them, and the axis of the hinge of the rod elements are rotated at different angles, in the first case, at an angle of 90 °, in the second case, at an angle of 60 °.