RU2727980C1 - Spherical shell - Google Patents
Spherical shell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727980C1 RU2727980C1 RU2019102452A RU2019102452A RU2727980C1 RU 2727980 C1 RU2727980 C1 RU 2727980C1 RU 2019102452 A RU2019102452 A RU 2019102452A RU 2019102452 A RU2019102452 A RU 2019102452A RU 2727980 C1 RU2727980 C1 RU 2727980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spatial
- spherical shell
- fragments
- possibility
- spherical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/32—Arched structures; Vaulted structures; Folded structures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к различным областям техники, в частности к конструкциям сферических оболочек в области - строительства и может быть использовано для строительства купольных сооружений.The invention relates to various fields of technology, in particular to the structures of spherical shells in the field of construction and can be used for the construction of domed structures.
Сферические оболочки - это многогранники, вписанные в сферическую поверхность вращения. Они обычно образуются в виде решетки из треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сферических оболочек соединяются шарнирно. Несмотря на внешнюю ажурность и легкость сферических оболочек, их изготовление до сих пор остается крайне дорогостоящим и трудоемким делом. Именно сложность технологии строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций.Spherical shells are polyhedrons inscribed in a spherical surface of revolution. They are usually formed as a lattice of triangles, trapezoids, rhombuses, pentagons, hexagons, and other shapes. The lattice rods at the nodes of the spherical shells are pivotally connected. Despite the external openwork and lightness of the spherical shells, their manufacture is still extremely expensive and laborious. It is the complexity of the construction technology that is holding back the wider use of these structures.
Аварии строительных сооружений, обязывают проектировщиков обращать особое внимание на обеспечение достаточной прочности, устойчивости и жизнеспособности проектируемых объектов. Одним из путей достижения этой цели является применение надлежащим образом изученных и апробированных в строительной практике конструктивных элементов. К таким конструктивным элементам из класса купольных покрытий относятся оболочки, имеющие замкнутую сферическую форму. Такая модификация оболочки отличается, прежде всего, тем, что это, индивидуальный конструктивный элемент в максимальной степени обеспечивающий прочность, устойчивость и жизнеспособность сооружения.Failures of building structures oblige designers to pay special attention to ensuring sufficient strength, stability and viability of the designed facilities. One of the ways to achieve this goal is to use structural elements that have been properly studied and tested in construction practice. Such structural elements from the class of dome coverings include shells that have a closed spherical shape. This modification of the shell differs, first of all, in that it is an individual structural element that maximizes the strength, stability and viability of the structure.
Известны сферические оболочки с разбивкой сферы на элементы геодезическими линиями - окружностями с радиусами, равными радиусу сферы. / Г. Павлов, А. Супрун «Геодезические купола: проектирование на современном уровне» sapr.ru>article/16093/.Known spherical shells with a breakdown of the sphere into elements by geodesic lines - circles with radii equal to the radius of the sphere. / G. Pavlov, A. Suprun "Geodesic domes: modern design" sapr.ru> article / 16093 /.
Недостатком известных конструкций сферических оболочек является то, что при перекрытии сооружений больших объемов значительно увеличивается число элементов конструкции имеющих различные размеры и соответственно усложняются расчеты, связанные с определением их размеров и положения их в собираемой оболочке, что усложняет технологию, строительства сооружения, что ведет к удорожанию и неэффективности.The disadvantage of the known structures of spherical shells is that when overlapping structures of large volumes, the number of structural elements having different sizes increases significantly and, accordingly, the calculations associated with determining their sizes and their position in the assembled shell become more complicated, which complicates the technology, construction of the structure, which leads to higher costs and inefficiency.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является сферическая оболочка, состоящая из стержневых элементов и шарниров, образующих плоскую решетку с возможностью трансформирования ее в форму сферической поверхности вращения, в 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 решетки 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 на угол 90°, во втором случае на угол 60°. (патент РФ N 2665638, кл. Е04В 1/32, "Сетчатая оболочка". Опубл. 29.07.2018. Бюл. №25).The closest in technical essence to the proposed design is a spherical 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, in which the flat lattice is formed of at least three fragments connected by hinges in an equilateral a triangle in the form of a lattice with triangular cells, and each fragment consists of three spatial six-link mechanisms, connected by hinges in an equilateral triangle in the form of a lattice with triangular cells, while the bar elements, which are links of the spatial six-link mechanisms, are made of the same length, the longitudinal axes of the bar elements, adjacent to the hinge are perpendicular to the hinge axes and are made with the possibility of intersecting with them, and the hinge axes 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 °. (RF patent N 2665638, class E04B 1/32, "Mesh shell". Publ. 07/29/2018. Bull. No. 25).
Недостатками известной конструкции являются:The disadvantages of the known design are:
- сложность монтажа конструкции, связанная с необходимостью проведения работ по фиксированию сферической оболочки в проектном положении на высоте, например, опорным узлом основания;- the complexity of the installation of the structure, associated with the need to carry out work to fix the spherical shell in the design position at a height, for example, with the support unit of the base;
- недостаточная прочность, устойчивость и жизнеспособность конструкции, в связи с тем, что она имеет форму кругового сегмента, а не форму полностью замкнутой сферы.- insufficient strength, stability and viability of the structure, due to the fact that it has the shape of a circular segment, and not the shape of a completely closed sphere.
Решаемой задачей изобретения является упрощение конструкции сферической оболочки, не требующей операции фиксирования конструкции в проектном положении на высоте, обеспечение максимальной прочности, устойчивости и жизнеспособности конструкции, расширение функциональных возможностей ее трансформирования из плоского вида в замкнутую сферическую форму.The object of the invention to be solved is to simplify the design of a spherical shell, which does not require the operation of fixing the structure in the design position at a height, to ensure maximum strength, stability and viability of the structure, to expand the functionality of its transformation from a flat view into a closed spherical shape.
Техническим результатом от использования изобретения является создание простой, прочной, устойчивой сферической оболочки, с возможностью трансформирования из плоского вида в форму замкнутой сферической поверхности вращения за счет расширения ее функциональных возможностей.The technical result from the use of the invention is the creation of a simple, strong, stable spherical shell, with the possibility of transforming from a flat view into the shape of a closed spherical surface of revolution by expanding its functionality.
Технический результат достигается тем, что в сферической оболочке, состоящей из стержневых элементов и шарниров, образующих плоскую решетку с возможностью трансформирования ее в форму сферической поверхности вращения, в которой плоская решетка образована из фрагментов, фрагмент состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками, а стержневые элементы выполнены одинаковой длины и являются звеньями пространственных шестизвенных механизмов, согласно которой, сферическая оболочка образована из четырех секторов, которые в свою очередь образованы из двух фрагментов, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, которые соединены шарнирами в ромб, с возможностью фиксации в проектное замкнутое положении.The technical result is achieved by the fact that in a spherical 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, in which the flat lattice is formed from fragments, a fragment consists of three spatial six-link mechanisms connected by hinges into an equilateral a triangle in the form of a lattice with triangular cells, and the rod elements are made of the same length and are links of spatial six-link mechanisms, according to which the spherical shell is formed of four sectors, which in turn are formed of two fragments consisting of three spatial six-link mechanisms, which are connected by hinges in a rhombus, with the possibility of fixing in the design closed position.
Способствует достижению технического результата и образование сферической оболочки из пяти секторов, а секторов из четырех фрагментов, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, которые соединены шарнирами в параллелограмм, с возможностью фиксации в проектное замкнутое положение.Contributes to the achievement of the technical result and the formation of a spherical shell of five sectors, and sectors of four fragments, consisting of three spatial six-link mechanisms, which are connected by hinges in a parallelogram, with the possibility of fixing in the design closed position.
Для пояснения технической сущности предлагаемого изобретения рассмотрим чертежи:To explain the technical essence of the proposed invention, consider the drawings:
фиг. 1 - фрагмент плоской решетки;fig. 1 - a fragment of a flat lattice;
фиг. 2 - пространственный шестизвенный механизм;fig. 2 - spatial six-link mechanism;
фиг. 3 - сектор сферической оболочки;fig. 3 - sector of a spherical shell;
фиг. 4 - сектор сферической оболочки;fig. 4 - sector of a spherical shell;
фиг. 5 - сферическая оболочка;fig. 5 - spherical shell;
фиг. 6 - сферическая оболочкаfig. 6 - spherical shell
На прилагаемых чертежах обозначено:The attached drawings indicate:
1 - фрагмент плоской решетки;1 - a fragment of a flat lattice;
2 - пространственный шестизвенный механизм;2 - spatial six-link mechanism;
3 - шарнир;3 - hinge;
4 - шарнир;4 - hinge;
5 - стержневой элемент;5 - rod element;
6 - шарнир;6 - hinge;
7 - сектор сферической оболочки, состоящий из двух фрагментов плоской решетки;7 - sector of a spherical shell, consisting of two fragments of a flat lattice;
8 - сектор сферической оболочки, состоящий из четырех фрагментов плоской решетки;8 - sector of a spherical shell, consisting of four fragments of a flat lattice;
9 - сферическая оболочка;9 - spherical shell;
10 - пятиугольник;10 - pentagon;
11 - восьмиугольник;11 - octagon;
12- сферическая оболочка;12- spherical shell;
13 - шестиугольник;13 - hexagon;
14 - пятиугольник.14 is a pentagon.
На фиг. 1 представлен фрагмент плоской решетки 1, который состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов 2, соединенных в треугольник шарнирами 3. В вершинах треугольника расположены шарниры 4. Оси шарниров 4 перпендикулярны плоскости решетки, а оси шарниров 3 расположены в плоскости решетки.FIG. 1 shows a fragment of a
Пространственный шестизвенный механизм 2, показанный на фиг. 2, состоит из шести стержневых элементов 5, соединенных шестью шарнирами 6 в треугольник, при этом стержневые элементы 5, являются звеньями пространственного шестизвенного механизма 2, продольные оси стержневых элементов 5, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям этих шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов 5 развернуты на угол 90°.The spatial six-
На фиг. 3 представлен сектор сферической оболочки 7 в трансформированном виде. Сектор сферической оболочки 7 состоит из двух фрагментов плоской решетки 1, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, которые соединены шарнирами 4 в ромб, с возможностью фиксации в проектное замкнутое положении.FIG. 3 shows a sector of a spherical shell 7 in a transformed form. The sector of the spherical shell 7 consists of two fragments of a
На фиг. 4 представлен сектор сферической оболочки 8 в трансформированном виде. Сектор сферической оболочки 8 состоит из четырех фрагментов плоской решетки 1, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, которые соединены шарнирами 4 в параллелограмм, с возможностью фиксации в проектное замкнутое положение.FIG. 4 shows a sector of a
Трансформирование секторов сферической оболочки 7 и 8 производится следующим образом. Стержневые элементы 5 раскладывают на плоскости собирают шестизвенные пространственные механизмы 2, для этого соединяют концы стержневых элементов 5 в шарнирах 6, собирают фрагменты плоской решетки 1, для этого соединяют шестизвенные пространственные механизмы 2 в шарнирах 3, собирают сектора сферической оболочки 7 (или 8) в ромб (или параллелограмм) для этого соединяют фрагменты плоской решетки 1 в шарнирах 4. Полученный сектор сферической оболочки 7 (или 8) является сборкой состоящей из шести (или двенадцати) пространственных шестизвенных механизмов 2. Вращением, по меньшей мере, одного стержневого элемента 5 шестизвенного пространственного механизма 2 в шарнире 6 трансформируют фрагменты плоской решетки 1 в форму сферической поверхности вращения.The transformation of the sectors of the
Соединением четырех секторов, которые в свою очередь образованы из двух фрагментов, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, которые соединены шарнирами в ромб, с возможностью фиксации в проектное замкнутое положении.By connecting four sectors, which, in turn, are formed of two fragments, consisting of three spatial six-link mechanisms, which are hinged in a rhombus, with the possibility of fixing in the design closed position.
Соединением сферической оболочки 7 в шарнирах 4 образуется замкнутая сферическая оболочка 9, показанная на фиг. 5. Сферическая оболочка 9 вписана в многогранник, состоящий из 24-х пятиугольников 10 и шести восьмиугольников 11.The connection of the spherical shell 7 in the
Соединением пяти секторов, которые в свою очередь образованы из четырех фрагментов, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, которые соединены шарнирами в параллелограмм, с возможностью фиксации в проектное замкнутое положение.By connecting five sectors, which, in turn, are formed of four fragments, consisting of three spatial six-link mechanisms, which are hinged in a parallelogram, with the possibility of fixing in the design closed position.
Соединением сферической оболочки 8 в шарнирах 4 образуется замкнутая сферическая оболочка 12, показанная на фиг. 6. Сферическая оболочка 12 вписана в многогранник, состоящий из 30-ти шестиугольников 13 и 12-ти пятиугольников 14.The connection of the
По своим технико-экономическим преимуществам по сравнению с известными аналогами представленные варианты сферической оболочки 8 и 9 показывают на возможность создания простой сферической оболочки, способной трансформироваться из плоского вида в форму замкнутой сферической поверхности вращения за счет упрощения конструкции сферической оболочки, не требующей операции ее фиксирования в проектном положении на высоте и обеспечения максимальной прочности, устойчивости и жизнеспособности конструкции, путем расширения функциональных возможность ее трансформирования из плоского вида в замкнутую сферическую форму.In terms of their technical and economic advantages in comparison with the known analogs, the presented variants of the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019102452A RU2727980C1 (en) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | Spherical shell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019102452A RU2727980C1 (en) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | Spherical shell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2727980C1 true RU2727980C1 (en) | 2020-07-28 |
Family
ID=72085232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019102452A RU2727980C1 (en) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | Spherical shell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2727980C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023069056A3 (en) * | 2021-10-19 | 2023-06-01 | Tobb Ekonomi Ve Teknoloji Universitesi | Truss-lattice materials consisting of mixed polygons |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4012872A (en) * | 1976-05-11 | 1977-03-22 | Roger Mitchell Stolpin | Geodesic dome-like panels |
US4729197A (en) * | 1983-02-28 | 1988-03-08 | Miller Alvin E | Geodesic dome and method of making |
US9506240B1 (en) * | 2016-03-26 | 2016-11-29 | Adam Zachary Winter | Dome structure with square and homogeneous elements |
RU2665338C1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Grid shell |
-
2019
- 2019-01-29 RU RU2019102452A patent/RU2727980C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4012872A (en) * | 1976-05-11 | 1977-03-22 | Roger Mitchell Stolpin | Geodesic dome-like panels |
US4729197A (en) * | 1983-02-28 | 1988-03-08 | Miller Alvin E | Geodesic dome and method of making |
US9506240B1 (en) * | 2016-03-26 | 2016-11-29 | Adam Zachary Winter | Dome structure with square and homogeneous elements |
RU2665338C1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Grid shell |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023069056A3 (en) * | 2021-10-19 | 2023-06-01 | Tobb Ekonomi Ve Teknoloji Universitesi | Truss-lattice materials consisting of mixed polygons |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1233614A (en) | Continuous spherical truss construction | |
RU2665338C1 (en) | Grid shell | |
US3974600A (en) | Minimum inventory maximum diversity building system | |
KR100193984B1 (en) | Polyhedron building system | |
US4012872A (en) | Geodesic dome-like panels | |
US4092810A (en) | Domical structure | |
US4074477A (en) | Modular building structure | |
EP0013285B1 (en) | Framed space structure incorporating modular generally y-shaped structural components | |
RU2727980C1 (en) | Spherical shell | |
WO1995021350A1 (en) | Framed construction | |
US3061977A (en) | Spherically domed structures | |
Schober | Transparent shells: Form, topology, structure | |
Friedman | Investigation of highly flexible, deployable structures: review, modelling, control, experiments and application | |
Dinevari et al. | Geometric and analytical design of angulated scissor structures | |
EP0455850B1 (en) | Rad1al expansion/retraction truss structures | |
JPH09166286A (en) | Tensegrity structure, its module and unit | |
RU2657553C1 (en) | Prefabricated spherical dome | |
Dong et al. | Research on a novel tensegrity torus with superior shape adaptability | |
RU189975U1 (en) | RETINA | |
Kİper et al. | Loop based classification of planar scissor linkages | |
Mao et al. | Analysis and design of a type of retractable roof structure | |
CN115548693A (en) | Parabolic reflector framework extensible antenna mechanism based on asymmetric rectangular pyramid unit | |
RU189926U1 (en) | Retina | |
Kiper et al. | Loop Based Design and Classification of Planar Scissor Linkages | |
Kiper et al. | Regular polygonal and regular spherical polyhedral linkages comprising Bennett loops |