Узел соединения пространственной стержневой конструкции

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для соединения стержневых элементов пространственных конструкций зданий и сооружений.
Известен узел соединения перекрестных стержневых конструкций, включающий листовые фасонки на концах стержней с отогнутыми из плоскости торцов полками, соединенными с пачками стержней другого направления посредством пропущенных в отверстия болтов, полки фасонок отогнуты наружу, а фасонки стержней одного из направлений снабжены диафрагмами жесткости такой же толщины, как эти фасонки, и установлены полками изнутри фасонок стержней другого направления, при этом фасонки жестко прикреплены к торцам стержней перекрестных ферм под прямым углами (А.с. SU №1364773 А1, МПК Е04В 1/58, 1/38, приоритет 15.07.1986, опуб. 07.01.1988).
Недостатком известного узлового соединения является то, что фасонки необходимо прикреплять к трубчатым стержням под только под прямым углом. При сварном соединении фасонки со стержнем возникают сложности в точном позиционировании торца стержня на грани фасонки. Для получения узла соединения должно быть четное количество трубчатых стержней. Это связано с тем, что фасонки с диафрагмами жесткости размещаются внутри фасонок стержней другого направления, не имеющих диафрагм жесткости. В известном узле восемь граней фасонок (четыре со стержнями и четыре с болтами), количество фасонок растет двукратно относительно количества стержней, что увеличивает размер узлового соединения,
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и выбранному в качестве прототипа, является узловое соединение перекрестных стержневых конструкций, включающее фасонки, имеющие не менее двух граней, и с болтовыми нахлесточными креплениями на торцах трубчатых стержней, (патент RU №2501917 С2, МПК Е04В 1/38, приоритет 08.02.2012, опуб. 20.12.2013).
Недостатком конструкции узлового соединения является необходимость при трубчатых сечениях стержней двух кратное увеличение граней относительно количества стержней. Сварка фасонок производится под разными углами осей граней и наклона фасонки относительно торцевой плоскости стержня и относительно оси стержня и при подходе стержней под разными углами в пространственной структуре произвольной формы поверхности оболочки с двойной кривизной, значительно усложняет изготовление узлового соединения. Для исключения перекосов узлового соединения угол гиба фасонок необходимо располагать строго по оси стержня. При сварном соединении фасонки со стержнем возникают сложности в точном позиционировании торца стержня на грани фасонки. Крепление фасонок между собой находится между стержнями, что приводит к увеличению размеров узла. При прямоугольном или круглом сечении стержней количество граней увеличивается, а наличие вспомогательных деталей в виде опорных столиков увеличивает расход конструкционного материала. Наличие указанных недостатков значительно усложняет изготовление узлового соединения.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении несущей способности и надежности за счет сокращения количества сложных неунифицируемых технологических операций при изготовлении узла соединения стержневой конструкции.
Заявленный технический результат достигается за счет того, узел соединения пространственной стержневой конструкции, содержащий фасонки, имеющие не менее двух граней с выполненными на каждой из граней отверстиями для установки крепежных элементов и скрепления их при наложении внахлест граней фасонок друг на друга, согласно полезной модели, каждая следующая фасонка смещена относительно предыдущей на одну грань для получения многослойного нахлеста и количества граней, равного количеству стержней, соединение полученного многослойного нахлеста и граней крепежными элементами, закрепленными в пластине, приваренной внутри каждого стержня, при этом торцы стержней закреплены перпендикулярно к поверхности фасонок и самопозиционируются за счет предварительно выполненных в фасонках и в пластинах отверстий.
Выполнение последовательного двух- или многослойного (циклического) нахлеста граней нескольких фасонок (нахлест их гибов соответственно) и получение количества граней, равного количеству стержней, улучшает прочностные характеристики узла.
Фасонки с двумя и более гранями дают возможность взаимонакладываться несколько раз друг на друга при их смещении на одну грань, а также скрепление их крепежными элементами между собой и одновременно со стержнями, позволяет увеличить жесткость и прочность узла соединения, что способствует повышению несущей способности и надежности узла соединения.
Кроме того в предлагаемом узле соединения количество граней узла равно количеству стержней, при этом в случае необходимости возможно добавление промежуточных граней.
Закрепление торцов стержней перпендикулярно поверхности фасонок, упрощает изготовление узла соединения и тем самым повышает надежность узла соединения.
Закрепление пластины внутри каждого стержня и крепление в ее отверстии крепежного элемента (болт и т.п.) способствует уменьшению габаритов узла соединения за счет смещения болтовых соединений в габаритные зоны стержней, улучшаются прочностные характеристики узла за счет уменьшения площади грани узла.
Предлагаемое решение узла соединения стержневой конструкции отличается от известных конструкций узловых соединений аналога и прототипа отсутствием вспомогательных деталей в виде парных листовых накладок или опорных столиков, что значительно сокращает расход конструкционного материала, упрощает изготовление узла соединения стержневой конструкции и тем самым повышает несущую способность и надежности соединения.
Расположение плоскости торца стержня перпендикулярна его оси, упрощает изготовление узлового соединения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан узел соединения пространственной стержневой конструкции, общий вид;
на фиг. 2 показано болтовое соединение фасонок, когда головка болта установлена внутри стержня и скреплена с пластиной, приваренной внутри стержня, а на выступающую резьбовую часть болта накручена гайка для скрепления наложенных друг на друга граней фасонок со стержнями;
на фиг. 3 показаны фасонки с тремя гранями, установленными между собой для создания узла соединения пространственной стержневой конструкции;
на фиг. 4 показано соединение фасонок между собой, образующих узел соединения пространственной стержневой конструкции, с выполненными на каждой грани фасонок отверстиями под крепежные элементы для соединения с профильными стержнями, изометрия.
Узел соединения пространственной стержневой конструкции содержит фасонки 1, каждая из которых состоит из трех граней. Фасонки 1 могут иметь две, три и более граней, образуя многогранник с тремя или более гранями (фиг. 1-4). Грани фасонок 1 выполнены путем гибки, например, ручной или на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Предварительно фасонки 1 вырезаны из листовых материалов, например, лазером, гидрорезкой, фрезеровкой на станках с ЧПУ или вручную, или вырубленных (вручную или ЧПУ). В качестве материала фасонок 1 возможно использование конструкционных сталей, алюминиевых сплавов, медных сплавов, композитов, термоформованных пластмасс и др.
Узел, выполненный из фасонок 1, соприкасается своими гранями с торцами профильных стержней 2. Торцы стержней 2 закреплены перпендикулярно к поверхности фасонок 1 и самопозиционируются за счет предварительно выполненных в фасонках и в пластинах отверстий. На каждой грани фасонок 1 выполнены отверстия, соосные отверстиям на гранях других фасонок, для сборки со стержнем 2. Отверстия служат для установки крепежных элементов и скрепления фасонок 1 друг с другом. Внутри каждого стержня 2 приварена пластина 3 с выполненным в ней отверстием, через который проходит крепежный элемент, соединяющий стержень 2 с фасонками 1. В качестве крепежного элемента используют болт 4 с накрученной на его резьбовую часть гайкой 5. Болт шестигранный или имбусовый, приварен к пластине 3 головкой, проходит через соосные отверстия на гранях соединяемых фасонок 1 и пластины 3. Болт 4 может быть соединен с пластиной 3 сваркой, клеем или запрессован (фиг. 1). С пластиной 3 может быть скреплена гайка 5 сваркой, клеем или запрессована (фиг. 2).
Стержни 2 в сечении могут быть различного профиля, например прямоугольник, круг, пластина, уголок, швеллер, двутавр, тавр и др. и выполнены из различных материалов - алюминиевых сплавов, конструкционных сталей, дерева, пластики и др.
Каждая фасонка 1 при установке смещена относительно предыдущей на одну грань для получения многослойного нахлеста и скрепленного крепежными элементами. Количество граней равно количеству стержней 2.
Узел соединения стержней с профильными стержнями работает следующим образом:
Фасонки 1 из листовой конструкционной стали вырезают лазером. Для получения шестигранного узла вырезают шесть фасонок. Каждую фасонку 1 изгибают для образования трех граней. Грани фасонок 1 выполняют путем гибки на станке с ЧПУ. В качестве материала фасонок 1 использовали стали. На каждой грани фасонок 1 выполняют по два отверстия, соосные отверстиям на гранях других фасонок 1.
Фасонки 1 соединяют друг другом путем наложения каждой грани одной фасонки 1 на грани другой фасонки, предварительно сместив каждую следующую фасонку 1 на одну грань предыдущей фасонки 1. Для начала берут все фасонки 1 узла (три для трехгранных элементов), имеющих общую грань многогранного узла с соосными отверстиями приуроченную стержню 2, данные грани совмещают по отверстиям общей грани. Далее устанавливают изнутри узла болты 4 и соединяют гайками 5 (фиг. 1).
Для варианта стержни 2 с выступающей резьбой болтов 4 заводят в совмещенные отверстия в гранях фасонок 1 и фиксируют гайками 5 изнутри узла (фиг. 4). После этого к сборке добавляют еще один грань для смежной грани, совмещая по ее отверстиям, и присоединяют ее стержень 2 на болты либо гайки 4, 5. Повторяя данные операции, сборку узла заканчивают присоединением последнего грани фасонки 1 и стрежня 2. Сборку возможно производить по часовой либо против часовой стрелки.
Таким образом, предлагаемый узел соединения со стержнями обеспечивает прочность узла соединения стержневой конструкции, простоту изготовления и сборки, повышает несущую способность и надежность конструкции.