УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КАРКАСОВ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в пространственных каркасах зданий в качестве узла соединения элементов несущих конструкций покрытий, перекрытий и стен зданий и сооружений, и может быть использована при строительстве большепролетных конструкций (торгово-развлекательные и бизнес центры, спортивные залы, арены, корты, аэропорты, вокзалы, парковки) и малых архитектурных форм (купола, атриумы, зенитные фонари, остановки общественного транспорта, навесы).
Узел соединения стержней пространственных каркасов состоит из двух основных частей: узлового элемента в форме многогранника с резьбовыми отверстиями и стержней.
Известен узел соединения пространственных каркасов, выполненный в виде пустотелого цилиндра с расположенными на его внешней боковой поверхности под углом к плоскостям оснований установочными площадками, в которых сделаны сквозные отверстия для крепежа стержней (патент WO2005111330 на изобретение, МПК Е04В 1/38, 2005.11.24).
Такой узел выполнен с помощью стержней из профильной трубы с крепежными площадками на торцах. В крепежных площадках сделаны отверстия с внутренней резьбой. Стержень прикладывается одной из крепежных площадок вплотную к установочной площадке узла соединения таким образом, чтобы отверстия, выполненные в крепежной площадке, совпали со сквозными отверстиями, выполненными в установочной площадке. С внутренней стороны цилиндрической поверхности узла соединения через сквозные отверстия в его установочной площадке в резьбовые отверстия элемента каркаса вкручивают и затягивают крепежные болты с радиусными шайбами. Аналогичным образом крепят противоположный торец элемента каркаса к другому узлу соединения, а также другие стержни к данному узлу соединения.
Однако данный узел соединения пространственных каркасов имеет свои недостатки.
Это ограничение его размера и, соответственно, минимального веса, поскольку внутренний диаметр узла должен быть достаточен для установки изнутри крепежных болтов с шайбами. Толщина стенки узла соединения также ограничена необходимостью выдерживать нагрузки конструкции. Кроме того, она же задает допустимый угол наклона элемента каркаса относительно плоскости самого узла и, соответственно, степень криволинейности поверхности конструкции. Для плотного примыкания крепежных болтов к внутренней стенке узла соединения требуются специальные радиусные шайбы, что также ведет к удорожанию конструкции.
Известен узел соединения пространственных каркасов, позволяющих изготавливать криволинейные поверхности конструкций (патент №137302 на полезную модель, МПК Е04В1/58, 2014.02.10), выполненный цилиндрическим, с расположенными на его внешней боковой поверхности под углом к плоскостям оснований установочными площадками, в которых сделаны отверстия для крепежа элементов каркаса конструкции, при этом узел соединения выполнен полнотелым, а внутри отверстий для крепежа нарезана резьба. Узел соединения элементов каркасной конструкции содержит основания, установочные площадки с резьбовыми отверстиями. Элементы каркаса выполнены в виде стержней из профильной трубы с крепежными площадками на торцах, в которых выполнены сквозные отверстия, и технологическими отверстиями для введения и установки крепежных болтов.
Использование данного узла соединения пространственных каркасов имеет высокую технологичность монтажа конструкции, но имеет и существенный недостаток. При изготовлении стержней из профильной трубы, изготовленной из алюминиевого сплава, используются крепежные площадки, также изготовленные из алюминиевого сплава. При этом крепежные площадки ввариваются во внутреннюю полость профильной трубы. Крепежные площадки в данном узле принимают на себя основную нагрузку конструкции, а места сварки существенно уменьшают несущую способность конструкции. Как следствие для достижения конструкцией необходимой несущей способности приходится увеличивать сечение профиля, что приводит к существенному удорожанию конечного продукта. Недостатком также является технологическая сложность, связанная с ограничениями использования сварки.
Дальнейшее развитие систем несущих конструкций покрытий, перекрытий и стен зданий и сооружений с применением в качестве стержней профилированного алюминиевого сплава, позволило сооружать эффектные и функциональные крупномасштабные композиции.
Известна самонесущая сетчатая конструкция (патент №181496 на полезную модель, МПК Е04В1/58, 2018.07.17), содержащая стержневой элемент, представляющий собой полую профильную трубу, выполненную из алюминия или алюминиевого сплава, состоящую из наружного профиля прямоугольного сечения, и размещенных внутри него по всей длине профиля элементов жесткости в виде двух круглых трубок одинакового диаметра, соединенных с наружным профилем перемычками.
Недостатком известной модели является то, что для соединения стержня к узловому элементу в верхней части стержня необходимо на всю глубину профиля выполнить технологические отверстия, через которые в дальнейшем вводят резьбовые соединительные элементы (болты). Наличие технологического отверстия, выполненного на всю глубину профиля, существенно ослабляет жесткость всей конструкции, так как разрываются элементы жесткости в виде круглых трубок и верхняя стенка стержневого элемента.
Задачей заявляемой полезной модели является устранение недостатков технических решений прототипов.
Техническим результатом полезной модели является повышение жесткости и прочности узла соединения пространственных каркасов, обладающего большими формообразующими возможностями при полном отсутствии сварочных соединений.
Технический результат достигается за счет того, что в известном узле соединения пространственных каркасов, содержащего узловой элемент в виде полнотелого основания цилиндрической формы с расположенными на его внешней боковой поверхности под углом к плоскостям основания установочными площадками, в которых сделаны отверстия с резьбой для крепежа элементов каркаса конструкции в виде стержней с боковыми технологическими отверстиями для введения и установки крепежных болтов. Стержни представляют собой полую монолитную профильную трубу, состоящую из наружного профиля прямоугольного сечения, с размещенными внутри него ребрами жесткости и дугообразными перемычками. Ребра жесткости разделяют профиль на прямоугольные полости: верхнюю, центральную, образующую несущий профиль, и нижнюю. Дугообразные перемычки размещены в объемах верхней и нижней полости и выполнены совмещенными со стенками полостей.  На боковой грани профиля выполнено два технологических отверстия, через которые в дальнейшем вводят резьбовые соединительные элементы (болты).
Заявляемое техническое решение поясняется следующими графическими материалами:
на фиг.1 - представлен узел соединения конструкций пространственного каркаса с двумя технологическими отверстиями;
на фиг. 2 - схематично изображен разрез стержня.
на фиг. 3 - представлено сечение А-А фиг. 1.
Как показано на фиг. 1 узел соединения пространственных каркасов, содержит полнотелое основание 1 цилиндрической формы. На его внешней боковой поверхности под углом к плоскостям основания расположены установочные площадки 2, в которых сделаны отверстия 3 с резьбой для крепежа элементов каркаса конструкции, в виде стержней 4 из профильной трубы с технологическими отверстиями 5 для введения и установки крепежных болтов 6.
Как показано на фиг. 2 стержни 4 выполнены в виде прямоугольного профиля из алюминиевого сплава и разделены ребрами жесткости 8 на прямоугольные секции: верхнюю 9, центральную 10 и нижнюю 11. Верхняя 9 и нижняя 11 секции выполнены с дугообразными перемычками 12, образующими сквозные отверстия 13 под болт. Верхняя часть стержня 4 имеет П-образную конфигурацию 14 для монтажа резиновых уплотнителей и метизов.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2 ребра жесткости поз. 8 не разрываются, а остаются целыми, что позволяет значительно повысить жесткость и прочность узла соединения пространственных каркасов. Кроме этого, верхняя стенка стержневого элемента, имеющая П-образную конфигурацию, для монтажа резиновых уплотнителей и метизов, также остается монолитной, без разрывов, что позволяет значительно повысить жесткость и прочность узла соединения пространственных.
Узловые элементы могут иметь от 3-х до 18-ти граней для соединений со стержнями, являются полнотелыми и изготавливаются из алюминиевого сплава, например, Д16 по ГОСТ 4784-97. Каждая грань находится под определенным углом, задающим, с помощью присоединенных стержней, кривизну поверхности всей конструкции. В каждой грани узлового элемента находится по два отверстия с резьбой для соединения со стержнями с помощью высокопрочных болтов. Стержни изготавливаются в виде профиля из алюминиевого сплава, например, АД35 Т6 по ГОСТ 4784-97. Верхняя часть профиля имеет конфигурацию для монтажа резиновых уплотнителей первого, второго и третьего уровня для организации двухуровневого или трехуровневого отвода конденсата и метизов. В боковой части профиля фрезеруются овальные технологические отверстия, через которые производится болтовое соединение узловых элементов и стержней.
Данная схема крепления конструкций позволяет осуществить соединение узловых элементов и стержней без применения сварочных технологий, что увеличивает скорость производства и монтажа конструкций.
Монтаж конструкций с использованием данного типа узлового соединения производится в следующем порядке:
Соединение стержня 4 с узловым элементом 1 производится с помощью высокопрочных болтов 6. Стержень 4 прикладывают торцом вплотную к установочной площадке 2 узлового элемента 1 таким образом, чтобы отверстия 3 совпали с отверстиями, образованными в верхней 9 и нижней 11 секциях. Через технологические отверстия 5 внутрь стержня 4 вводят болты 6, далее пропускают их через отверстия 13 и вкручивают в резьбовые отверстия 3 узлового элемента 1. Аналогичным образом соединяются другие стержни с узловыми элементами до окончательной сборки всей конструкции с заданной криволинейной поверхностью.