СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ КУПОЛООБРАЗНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к строительству в частности к узловому соединению для сводчатых строительных конструкций и может быть использована для сооружения куполообразных строительных конструкций в виде оболочек для каркасных домов, крыш зданий, навесов и сборно-разборных конструкций различного назначения.
Куполообразная строительная конструкция или геодезический купол - это сферическое архитектурное сооружение, которое благодаря особому соединению балок - в каждом узле, образует геодезическую структуру, а архитектурное сооружение, в виде оболочки, в целом обладает хорошими несущими качествами.
Широкое распространение в прогрессивной архитектуре куполообразные оболочки получили благодаря их безаварийности при эксплуатации, внедрению компьютеров в практику расчета конструкций и появлению новых строительных технологий и материалов.
Известен патент ЕР 1640520 А2, МПК Е04В 1/32, опубл. 29.03.2006. Узловое соединение включает в себя металлическую полую цилиндрическую узловую вставку в виде отливки с канавками вдоль образующей. Тело стержней каркаса крепится к узловой детали при помощи специальных металлических соединительных элементов, повторяющих с одного конца форму канавки узловой детали, другим концом - с переменной по эллиптическому закону толщиной сечения в теле стержня болтовым соединением. Узловое соединение обеспечивает стыковку стержневых элементов под различными пространственными углами, и позволяют ограниченное регулирование ориентации во время сборки, которая может зависеть от размера и проекта геодезической структуры. После установки стержней в проектное положение болтовое соединение затягивается.
Недостатками этого соединения являются высокая трудоемкость изготовления узловой детали, и недостаточная жесткость соединения соединительного элемента в теле стержня.
В качестве прототипа выбран коннектор геодезического купола из патента США №4262461 опубл. 04.21.1981 г. МПК Е04В 1/32. Это устройство жестко соединяет вершины множества треугольных панелей, образующих вместе геодезический купол. Коннектор состоит из втулки в форме гильзы, которая имеет множество отверстий в стенке расположенных по окружности. Эта втулка служит центральным связующим элементом устройства соединителя - коннектора, а его продольная ось определяет вершины треугольных панелей, треугольная панель образуется из коротких балок. Концы, каждой из которых, обхвачены и закреплены между двумя боковыми плоскостями П-образным элементом, а форма поверхности поперечной полки П-образного элемента повторяет поверхность втулки, упирается в нее и при этом имеет петлеобразные выступы, которые входят в отверстия втулки. В петлеобразные выступы помещен конический штифт, который фиксирует соединение втулки с П-образным элементом.
К недостаткам конструкции данного соединения можно отнести сложность изготовления прямоугольных отверстий в стенке втулки и формование фигурной поперечной полки П-образного элемента для стыковки с поверхностью втулки.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание более простой сборно-разборной конструкции соединительного узла для куполообразных строительных конструкций, элементы которой надежны, технологичны при изготовлении и монтаже, и обеспечивают жесткость куполообразной оболочки.
По первому варианту поставленная задача с достижением технического результата решается изменением конструкции соединительного узла. Соединительный узел содержит центральный связующий элемент, объединяющий вершины треугольных плоскостей, множество которых создает куполообразную строительную конструкцию, при этом треугольные плоскости образованны короткими брусками, а концы каждого бруска закреплены на соединителе, соединитель выполнен в виде пластины, с отверстиями под крепежные элементы, при этом на торце пластины, жестко закреплена, по крайней мере, одна плоская деталь, ориентированная перпендикулярно плоскости пластины, с обеих сторон по бокам снабженная петлеобразными выступами для образования цилиндрического шарнирного соединения с соосно установленными петлеобразными выступами соседней пластины, при этом пластина размещена в теле бруска, а центральный связующий элемент установлен в распор к соединителям.
По второму варианту в отличие от первого - соединитель выполнен в виде П-образной скобы, охватывающей брусок, поперечная полка П-образной скобы с обеих боковых сторон снабжена петлеобразными выступами для образования цилиндрического шарнирного соединения с соосно установленными петлеобразными выступами соседней П-образной скобы.
а также за счет того, что:
брусок в продольном сечении имеет форму равнобокой трапеции с углом при основании а равным от 80 до 83°;
центральный связующий элемент может быть выполнен в виде втулки, или в виде щечек полусферической или конической формы, стягивающихся шпилькой, а также может быть образован клинообразными выступами, жестко закрепленными на соединителе.
Полезная модель иллюстрируется примером реализации и фигурами чертежей, на которых представлены:
Фиг.1 - Общий вид фрагмента соединительного узла с бруском по первому варианту
Фиг.2 - Общий вид фрагмента соединительного узла с бруском по второму варианту
Фиг.3 - Соединительный узел в сборе по второму варианту, вид сверху
Фиг.4 - Разрез по А-А соединительного узла в сборе по второму варианту
Фиг.5 - Соединительный узел в сборе по первому варианту, вид сверху
Фиг.6 - Разрез по Б-Б соединительного узла в сборе по первому варианту
Фрагмент соединительного узла по первому варианту. Фиг.1 состоит из короткого бруска 1, соединителя в виде пластины 2, закрепленной в теле бруска саморезами 3, плоских деталей 4, жестко соединенных с терцем пластины перпендикулярно плоскости пластины, с обеих боковых сторон снабженных петлеобразными выступами 5, для образования цилиндрического шарнирного соединения с соосно установленными петлями соседней пластины, которое фиксируется штифтами 11.
Фрагмент соединительного узла по второму варианту Фиг.2 состоит из короткого бруска 1. соединителя в виде П-образной скобы 6, охватывающей тело бруска и скрепленной с ним болтовым соединением 3, на поперечной полке П-образной скобы 6 с обеих боковых сторон имеются петлеобразные выступы 5, для образования цилиндрического шарнирного соединения с соосно установленными петлями соседней пластины, фиксируемое штифтами 11.
Соединительный узел в сборе для придания жесткости конструкции содержит центральный связующий элемент, два возможных вида которого представлены на чертежах Фиг.3 в виде цилиндрической втулки 7. или Фиг.4 в виде щечек конической формы 9 или сферической формы (не показана), установленных в распор к соединителям 6, путем стягивания шпилькой 10, или клинообразных выступов 8, Фиг.5. Угол α, Фиг.4 и Фиг.6, составляет от 80 до 83° и рассчитывается в зависимости и в соответствии выбранным геометрическим параметрам геодезического каркаса. При увеличении радиуса купола угол α увеличивается.
Детали вариантов соединителей 2, 4, 5, 6 - изготавливают из металла и жестко скрепляют их между собой, например, сваркой. Бруски 1 изготавливают из дерева, пластика или композиционных материалов и скрепляют их с соединителями саморезами с пластинами 2 - по первому варианту или болтовыми соединениями с П-образными скобами 6 - по второму варианту.
Комплекты брусков с металлическими соединителями, доставляют на строительную площадку и собирают в узлы следующим образом. Устанавливают соосно петли 5 соседних соединительных элементов 2 или петли 5 соседних соединительных элементов 6 между собой, соединяют петли штифтами 11, далее для придания жесткости вставляют в распор центральный связующий элемент в виде цилиндрической втулки 7 или стягивают шпилькой 10 в распор втулку в виде щечек 9. Втулка, сформированная клинообразными выступами 8. образует распор в результате сборки узла и возникновения взаимного упора выступов.
Представленный пример реализации соединительного узла не исчерпывает всех возможных приведенных выше центральных связующих элементов.
Аналогичным образом собирают последовательно множество соединительных узлов, объединяющих вершины треугольных плоскостей, в результате чего образуется конструкция куполообразной оболочки из сравнительно коротких элементов типа брусков, сходящихся в узлах. Разбирают конструкцию в обратном порядке.
Конструкция соединительного узла не содержит деталей с зонами повышенной концентрации напряжения. Использование в конструкции соединителей шарнирных соединений между брусками и установка центрального связующего элемента в распор позволяет обеспечить жесткость, разгрузить элементы от изгибающих усилий.
Таким образом, из приведенного примера реализации видно, что полезная модель представляет собой простую сборно-разборную конструкцию соединительного узла, которая быстро и просто позволяет осуществлять возведение куполообразных строительных конструкций, элементы которой надежны, технологичны при изготовлении и монтаже, и обеспечивают жесткость куполообразной оболочки. Элементы соединительного зла удобны для транспортирования, в том числе и для переноски вручную.