RU2761785C1 - Nodal connection of cross-rod spatial structures - Google Patents

Nodal connection of cross-rod spatial structures Download PDF

Info

Publication number
RU2761785C1
RU2761785C1 RU2021102905A RU2021102905A RU2761785C1 RU 2761785 C1 RU2761785 C1 RU 2761785C1 RU 2021102905 A RU2021102905 A RU 2021102905A RU 2021102905 A RU2021102905 A RU 2021102905A RU 2761785 C1 RU2761785 C1 RU 2761785C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cross
beams
braces
spatial structures
longitudinal
Prior art date
Application number
RU2021102905A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Павлович Козлов
Original Assignee
Виктор Павлович Козлов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Павлович Козлов filed Critical Виктор Павлович Козлов
Priority to RU2021102905A priority Critical patent/RU2761785C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761785C1 publication Critical patent/RU2761785C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38Connections for building structures in general
    • E04B1/58Connections for building structures in general of bar-shaped building elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Joining Of Building Structures In Genera (AREA)

Abstract

FIELD: construction industry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of construction and can be used in connection nodes of cross-rod spatial structures (CRSS). The nodal connection of cross-rod spatial structures consists of longitudinal and transverse I-beams and braces with supports in the form of corners at their ends. In this case, the transverse beam has a slot through which the longitudinal beam passes. The shape and dimensions of the slot correspond to the cross section of the longitudinal beam. The braces of one of their corner-shaped supports are fixed in the four corners formed at the intersection of the I-beams, and are connected to them by rivets.
EFFECT: increase in structural strength, as well as a reduction in the weight of the structure due to the possibility of using lightweight durable materials.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в узлах соединения перекрестно-стержневых пространственных конструкций (ПСПК).The invention relates to the field of construction and can be used in the joints of cross-bar spatial structures (PSPK).

Из уровня техники известны различные перекрестно-стержневых пространственных конструкций.Various cross-bar spatial structures are known in the art.

Наиболее близким по технической сущности является узловое соединение трубчатых стержней пространственного каркаса (патент SU 1094931, опубл. 30.05.1984), включающий узловой элемент, состоящий из сходящихся к его центру горизонтальных и наклонных листовых фасонок, соединенные с ними концы стержней пояса и решетки, каждая листовая фасонка выполнена крестообразного сечения в виде пересекающихся под прямым углом ребер, а в концах стержней выполнены прорези для размещения ребер фасонок, при этом горизонтально расположенные фасонки по отношению к наклонным развернуты вокруг своих осей на 45°.The closest in technical essence is the nodal connection of the tubular rods of the spatial frame (patent SU 1094931, publ. 05/30/1984), which includes a nodal element consisting of horizontal and inclined sheet gussets converging to its center, the ends of the rods of the belt and lattice connected to them, each the gusset plate is made of a cruciform section in the form of ribs intersecting at right angles, and slots are made at the ends of the rods to accommodate the gusset ribs, while the horizontally located gussets are rotated around their axes by 45 ° with respect to the inclined ones.

Основным недостатком известных ПСПК является наличие большого числа стыков. В качестве стержневых элементов применяются швеллеры, уголки двутавры и другие виды проката, но чаще всего трубы. Прокат для стержневых элементов вначале режется на части, которые затем на строительной площадке соединяются при помощи резьбовых соединений, сварки, литья, различных накладок, фасонок и так далее. Работа по резке проката с последующим их соединением приводит к увеличению трудоемкости изготовления стержневых элементов, к увеличению количества деталей в узловых элементах, росту трудоемкости сборки на строительной площадке, необходимости применения высокопрочных легированных сталей в соединениях, и как следствие, к высокой стоимости ПСПК в целом. Наличие большого количества соединений приводит также к снижению прочности и надежности конструкции.The main disadvantage of the known PSPK is the presence of a large number of joints. Channels, I-beams and other types of rolled products are used as rod elements, but most often pipes. Rolled bars for bar elements are first cut into pieces, which are then connected at the construction site using threaded connections, welding, casting, various linings, gussets, and so on. The work on cutting rolled products with their subsequent connection leads to an increase in the labor intensity of manufacturing rod elements, to an increase in the number of parts in nodal elements, an increase in the labor intensity of assembly at the construction site, the need to use high-strength alloy steels in the joints, and, as a consequence, to the high cost of PSPK as a whole. The presence of a large number of connections also leads to a decrease in the strength and reliability of the structure.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка прочного и простого по конструкции узла соединения перекрестно-стержневых пространственных конструкций.The problem to be solved by the claimed invention is the development of a strong and simple in design unit for connecting cross-bar spatial structures.

Данная задача решается тем, что узловое соединение перекрестно-стержневых пространственных конструкций включает узловой элемент, состоящий из продольной и поперечной двутавровых балок, и раскосов с угловыми опорами, при этом поперечные балки имеют прорези для прохождения в них продольных балок, раскосы установлены в углах, образованных в местах соединения балок, все элементы узлового соединения скрепляются друг с другом посредством заклепок.This problem is solved by the fact that the nodal connection of cross-bar spatial structures includes a nodal element consisting of longitudinal and transverse I-beams, and braces with corner supports, while the transverse beams have slots for the longitudinal beams to pass through them, the braces are installed in the corners formed at the joints of the beams, all the elements of the nodal connection are fastened to each other by means of rivets.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение прочности конструкции, а также снижение веса конструкции за счет возможности использования легких прочных материалов.The technical result provided by the given set of features is to increase the strength of the structure, as well as to reduce the weight of the structure due to the possibility of using lightweight durable materials.

Предлагаемый узел соединения перекрестно-стержневых пространственных конструкций позволяет использовать цельные продольные и поперечные стержни (двутавровые балки).The proposed joint of cross-bar spatial structures allows the use of one-piece longitudinal and transverse bars (I-beams).

Заявленное изобретение может быть использовано при строительстве перекрытий и покрытий большепролетных зданий и сооружений.The claimed invention can be used in the construction of floors and coverings of large-span buildings and structures.

Два уровня перекрещивающихся двутавров образуют верхний и нижний пояса конструкции. Продольные балки проходят через специальные прорези в поперечных балках. При этом снижение прочности поперечной балки по причине наличия прорези компенсируется за счет ее усиления при помощи заклепочного соединения раскосов в узле. Опоры раскосов работают как накладки, усиливая двутавры в том месте, где сделаны прорези. Прочностные расчеты показывают, что удельные напряжения в узле такие же, как в стержне вне узла. Равнопрочность узловых и стержневых элементов свидетельствует об оптимальности конструкции.Two levels of crossing I-beams form the upper and lower belts of the structure. The longitudinal beams pass through special slots in the cross beams. In this case, the decrease in the strength of the crossbeam due to the presence of the slot is compensated by its reinforcement by means of the riveted connection of the braces in the assembly. The brace supports act as pads, reinforcing the I-beams where the slots are made. Strength calculations show that the specific stresses in the node are the same as in the bar outside the node. The uniform strength of the nodal and rod elements testifies to the optimality of the design.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:

на фиг.1 - общий вид перекрестно-стержневой пространственной конструкции (ПСПК)figure 1 - General view of the cross-bar spatial structure (PSPK)

на фиг.2 - узел ПСПКfigure 2 - unit PSPK

на фиг.3 - разнесенный вид узла ПСПКFig. 3 is an exploded view of the PSPK node

на фиг.4 - эпюра напряжений фрагмента перекрытия.Fig. 4 is a diagram of the stresses of the overlap fragment.

Перекрестно-стержневая пространственная конструкция (ПСПК) состоит из продольных 1 и поперечных 2 двутавров, раскосов 3 и заклепок 4. Двутавры образуют верхний 5 и нижний 6 пояс ПСПК.Cross-bar spatial structure (PSPK) consists of longitudinal 1 and transverse 2 I-beams, braces 3 and rivets 4. I-beams form the upper 5 and lower 6 belt PSPK.

Две пересекающиеся двутавровые балки 1 и 2 и четыре раскоса соединяются при помощи двенадцати заклепок 4 в узловой элемент. Поперечный 2 двутавр имеет прорезь 7 для продольного 1 двутавра. В двутаврах 1 и 2 и в раскосах 3 имеются отверстия для заклепок 4.Two intersecting I-beams 1 and 2 and four braces are connected by means of twelve rivets 4 into a node element. The transverse 2 I-beam has a slot 7 for the longitudinal 1 I-beam. In I-beams 1 and 2 and in braces 3 there are holes for rivets 4.

Раскосы представляют собой трубу, с закрепленными по краям опорами, выполненными в форме уголков.The braces are a pipe, with supports fixed at the edges, made in the form of corners.

Раскосы представляют собой литые или сварные детали, либо комбинация: литые опоры и приваренные к ним трубы, опоры из уголка и приваренные к ним трубы, полностью литые раскосы и другие варианты. Раскосы могут быть выполнены из стали, алюминия, прочных пластиков (ABS, стеклопластики) и других материалов.Braces are cast or welded parts, or a combination: cast supports and pipes welded to them, corner supports and pipes welded to them, fully cast braces and other options. Braces can be made of steel, aluminum, durable plastics (ABS, fiberglass) and other materials.

Продольные балки проходят через прорези в поперечных балках, которые по форме и размерам соответствуют сечению продольного швеллера для того, чтобы продольные швеллеры могли свободно пройти сквозь поперечные.The longitudinal beams pass through the slots in the transverse beams, which in shape and size correspond to the cross-section of the longitudinal channel, so that the longitudinal channels can freely pass through the transverse ones.

Предлагаемая ПСПК состоит всего из 4-х видов деталей - двух размеров двутавра, раскос и заклепка. В узлах балки скрепляются между собой и с раскосами при помощи заклепок.The proposed PSPK consists of only 4 types of parts - two sizes of an I-beam, a brace and a rivet. At the nodes, the beams are fastened to each other and to the braces using rivets.

Предлагаемая ПСПК не имеет резьбовых соединений, сварки, литья.The proposed PSPK does not have threaded connections, welding, casting.

Соединение раскосов производится при помощи заклепок, что позволяет использовать несвариваемые легкие прочные материалы такие, как дюралюминий или композиты. В случае применения этих материалов вместо стали вес конструкции снижается в 3-4 раза.The braces are connected with rivets, which allows the use of non-weldable lightweight durable materials such as duralumin or composites. In the case of using these materials instead of steel, the weight of the structure is reduced by 3-4 times.

Для определения прочности и надежности предлагаемого узла ПСПК были проведены прочностные расчеты при помощи программы SOLIDWORKS Simulation.To determine the strength and reliability of the proposed PSPC assembly, strength calculations were carried out using the SOLIDWORKS Simulation software.

На фиг.4 представлена эпюра напряжений фрагмента перекрытия, имеющего узлы ПСПК заявленной конструкции. По периметру двутавровые балки имеют жесткую заделку. На узел ПСПК, находящийся в центре фрагмента перекрытия, вертикально вниз действует сила 240000Н. Красным цветом показаны наиболее нагруженные конечные элементы. Желтым и зеленым цветом показаны элементы, в которых напряжения меньше. Синий цвет означает, что напряжения еще меньше. Эпюра напряжений фрагмента перекрытия показывает, что нагрузки распределяются довольно равномерно по всей конструкции. Сила, приложенная к центральному узлу, вызывает усилия в первую очередь в элементах, которые непосредственно примыкают к этому узлу, а через них на следующие узлы, таким образом вызывая пространственную реакцию всей системы, что похоже на реакцию сплошной среды. За счет этого эффекта перекрестно-стержневые пространственные конструкции (ПСПК) имеют высокие показатели порочности. Непосредственно сами узлы на фиг.4 имеют желтый или зеленый цвет, это означает, что напряжения в них относительно невелики. Заклепки имеют в основном синий цвет.Это возможно потому, что основные нагрузки воспринимают цельные продольные и поперечные стержни. В узлах стержни не соединяются, как это делается практически во всех узлах ПСПК известных ранее. Перенос напряжений из узлов на стержни свидетельствует о рациональной конструкции предлагаемого узла ПСПК.Figure 4 shows a stress diagram of a slab fragment having PSPK nodes of the claimed design. I-beams are rigidly terminated along the perimeter. A force of 240000N acts vertically downward on the PSPK unit located in the center of the overlap fragment. The most loaded finite elements are shown in red. Elements with lower voltages are shown in yellow and green. Blue means that the voltage is even less. The stress plot of the slab fragment shows that the loads are distributed fairly evenly throughout the structure. The force applied to the central node causes forces primarily in the elements that are directly adjacent to this node, and through them to the next nodes, thus causing a spatial reaction of the entire system, which is similar to the reaction of a continuous medium. Due to this effect, cross-bar spatial structures (PSPK) have high levels of perverseness. The nodes themselves in Fig. 4 are yellow or green, which means that the stresses in them are relatively low. The color of the rivets is mostly blue, which is possible because the main loads are carried by solid longitudinal and transverse rods. At the nodes, the rods are not connected, as is done in almost all previously known PSPC nodes. The transfer of stresses from nodes to rods testifies to the rational design of the proposed PSPC assembly.

Основные преимущества заявленного технического решения:The main advantages of the claimed technical solution:

1. Большие пролеты. Технология идеально подходит для строений, где нежелательно наличие большого количества опорных колонн. ПСПК прочная надежная система с большим запасом устойчивости, так как внешние нагрузки равномерно распределяются на все элементы конструкции. Даже, если временно убрать один из стержневых элементов устойчивость конструкции сохранится, потому что усилия перераспределяются на остальные элементы системы. ПСПК особенно эффективна при пролетах без промежуточных опор от 18 до 120 м. Помимо удобства планировки внутри здания, увеличение длины пролетов снижает затраты на устройство несущих колонн и фундаментов, сокращает сроки возведения здания.1. Large spans. The technology is ideal for buildings where the presence of a large number of support columns is undesirable. PSPK is a solid, reliable system with a large margin of stability, since external loads are evenly distributed to all structural elements. Even if one of the pivot elements is temporarily removed, the stability of the structure will be preserved, because the efforts are redistributed to the rest of the system elements. PSPK is especially effective for spans without intermediate supports from 18 to 120 m. In addition to the convenience of planning inside the building, an increase in the length of spans reduces the cost of installing supporting columns and foundations, and shortens the construction time of the building.

2. Низкий вес конструкции. Вес структурной плиты ПСПК составляет всего от 14 кг на 1 кв. м, в то время как, для обычных плоских ферм от 32 кг.2. Low construction weight. The weight of the PSPK structural board is only 14 kg per 1 sq. m, while, for conventional flat trusses from 32 kg.

3. Экономия за счет снижения металлоемкости достигает 30-50% по сравнению с традиционными плоскими фермами. А также, снижение себестоимости дает применение в качестве объекта типизации стержня и узлового элемента.3. Savings due to the reduction of metal consumption reaches 30-50% compared to traditional flat trusses. And also, reducing the cost gives the use of a rod and a node element as an object of typing.

4. Высокое качество производства. Все элементы конструкции производятся в заводских условиях поточным методом, с постоянным контролем на стадии производства, так же имеется возможность массового изготовления элементов на склад.4. High quality production. All structural elements are manufactured in the factory by the flow method, with constant control at the production stage, there is also the possibility of mass production of elements to the warehouse.

5. Простота сборки и монтажа. Конструкция собирается на «земле». А после сборки устанавливается в проектное положение готовыми секциями (18 м×18 м, 36 м×36 м и т.д.).5. Simplicity of assembly and installation. The structure is assembled on the ground. And after assembly, it is installed in the design position with ready-made sections (18 m × 18 m, 36 m × 36 m, etc.).

6. Удобство транспортировки. Так как конструкция поступает на строительную площадку в виде отдельных стержней и узловых элементов, то полный комплект для монтажа кровли площадью 1000 - 1200 кв. м. может поместится в одной грузовой машине.6. Convenience of transportation. Since the structure arrives at the construction site in the form of separate rods and nodal elements, a complete set for installing a roof with an area of 1000 - 1200 sq. m. can fit in one truck.

7. Архитектурное разнообразие. Эстетичность собранной конструкции. Технология ПСПМ может использоваться для придания зданиям различных архитектурных форм.7. Architectural diversity. Aesthetics of the assembled structure. PSPM technology can be used to give buildings various architectural forms.

Заявленная конструкция узлового элемента ПСПК позволяет использовать цельные продольные и поперечные балки так же, как и в традиционных плоских фермах, но сохранив при этом все преимущества перекрестно-стержневых пространственных конструкций. В результате образуется прочная трехмерная стержневая конструкция.The declared design of the PSPK nodal element allows the use of one-piece longitudinal and transverse beams in the same way as in traditional flat trusses, but at the same time retaining all the advantages of cross-bar spatial structures. The result is a robust 3D bar structure.

Claims (1)

Узловое соединение перекрестно-стержневых пространственных конструкций, состоящее из продольной и поперечной двутавровых балок и раскосов с опорами в форме уголков на их концах, при этом поперечная балка имеет прорезь, сквозь которую проходит продольная балка, причем форма и размеры прорези соответствуют сечению продольной балки, при этом раскосы одной из своих опор в форме уголка закреплены в четырех углах, образованных в местах пересечения двутавровых балок, и соединены с ними посредством заклепок.A nodal connection of cross-bar spatial structures, consisting of longitudinal and transverse I-beams and braces with supports in the form of angles at their ends, while the transverse beam has a slot through which the longitudinal beam passes, and the shape and dimensions of the slot correspond to the cross-section of the longitudinal beam, when In this case, the braces of one of their corner-shaped supports are fixed at the four corners formed at the intersections of the I-beams and are connected to them by means of rivets.
RU2021102905A 2021-02-08 2021-02-08 Nodal connection of cross-rod spatial structures RU2761785C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102905A RU2761785C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Nodal connection of cross-rod spatial structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021102905A RU2761785C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Nodal connection of cross-rod spatial structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761785C1 true RU2761785C1 (en) 2021-12-13

Family

ID=79175045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021102905A RU2761785C1 (en) 2021-02-08 2021-02-08 Nodal connection of cross-rod spatial structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761785C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1094931A1 (en) * 1983-02-17 1984-05-30 Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Assembly joint of tubular bars of three-dimensional framework
DE3816104A1 (en) * 1988-05-11 1989-11-23 Mero Raumstruktur Gmbh & Co Hollow junction which comprises at least two pieces and is intended for the clamping connection of the bars of a three-dimensional framework
RU2501917C2 (en) * 2012-02-08 2013-12-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Joint connection of cross framed structures
RU2626100C1 (en) * 2016-05-20 2017-07-21 Александр Суренович Марутян Nodal connection of cross rod structures
RU2648409C1 (en) * 2017-01-23 2018-03-26 Александр Суренович Марутян Structural connections of cross-structural structures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1094931A1 (en) * 1983-02-17 1984-05-30 Ленинградский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Assembly joint of tubular bars of three-dimensional framework
DE3816104A1 (en) * 1988-05-11 1989-11-23 Mero Raumstruktur Gmbh & Co Hollow junction which comprises at least two pieces and is intended for the clamping connection of the bars of a three-dimensional framework
RU2501917C2 (en) * 2012-02-08 2013-12-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Joint connection of cross framed structures
RU2626100C1 (en) * 2016-05-20 2017-07-21 Александр Суренович Марутян Nodal connection of cross rod structures
RU2648409C1 (en) * 2017-01-23 2018-03-26 Александр Суренович Марутян Structural connections of cross-structural structures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2015246120B2 (en) Open web composite shear connector construction
US2703003A (en) Wall panel
WO2015110081A1 (en) Three-dimensional lightweight steel framework formed by two-way continuous double beams
CA2358747C (en) Ring beam/lintel system
US5079890A (en) Space frame structure and method of constructing a space frame structure
FI112969B (en) Steel column and beam flange connection for structural building frame
US4646495A (en) Composite load-bearing system for modular buildings
US3593477A (en) Reinforced concrete columns or beams
KR20080091806A (en) Modular reinforced structural beam and connecting member system
CA2271403A1 (en) Bolted metal joist
US20100005749A1 (en) Steel building frame system
US1849273A (en) Metal unit building system
US2384157A (en) Multitrussed unit
EP2076637B1 (en) Building floor structure comprising framed floor slab
RU2761785C1 (en) Nodal connection of cross-rod spatial structures
US20050066609A1 (en) Preassembled roof and floor deck panel system
US20140311077A1 (en) Structural Component System
JPH08284439A (en) Heavy load type form timbering and member thereof
US2687193A (en) Metal falsework carrier for reinforced brickwork and reinforced concrete structures
CN211114260U (en) Building structure system composed of assembled disassembly-free metal template net and steel reinforcement framework
JP6911069B2 (en) Unit truss
CN211691535U (en) Assembled platform of unloading of encorbelmenting
US20020116892A1 (en) Elongated structural member
RU2611661C1 (en) Metal frame of monolithic reinforced concrete slab
CN220790115U (en) Novel assembled combined structure node