СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
CONNECTING UNIT FOR SPATIAL BEARING STRUCTURE, IN PARTICULAR FOR GEODESIC STRUCTURE

Изобретение касается соединительного узла для пространственной несущей конструкции, в частности для геодезической структуры.
Из патентной литературы известен ряд печатных изданий, которые посвящены устройству пространственных несущих конструкций или каркасных сооружений.
Например, решения, касающиеся каркасных сооружений, описаны в DE 10115815 В4, DE 3715228 C2 и DE 2800720.
Пространственные несущие конструкции, как правило, объединяются под общими родовыми понятиями несущих конструкций, выполненных в виде оболочки, или несущих конструкций с активной несущей конструкцией.
Если поверхность этих несущих конструкций разделяется на стержни, то, в общем, говорят о решетчатых сферах, если на них оказывается давление, или о тросовых сетях, если они подвержены тяговой нагрузке.
При стабилизации систем первое место занимают две различные конструкции. С одной стороны, это оболочки с четырехугольными полями равного размера или четным количеством ограниченных стержней.
Хотя подобные конструкции позволяют реализовать практически все геометрические формы, их недостаток заключается в том, что четные многоугольники не могут развивать стабилизирующего действия. Поэтому в таких конструкциях многоугольники стабилизируются с помощью элементов поверхности, придающих жесткость, или углы стержней фиксируются относительно друг друга с помощью подходящих узлов. При использовании последнего названного метода в стержнях возникают крутящие моменты. Как правило, по этой причине требуется крепление стен оболочки анкерами в основании, обеспечивающее прочность на разрыв, чтобы была возможность принимать возникающие горизонтальные силы. Преимущество таких систем заключается в том, что они могут составляться из стержней равной длины. Деформация и изгибы поверхности, как правило, возникают в таких случаях из-за того, что квадратные ячейки преобразуются в систему ромбов, причем должны либо сгибаться стержни, либо образовываться узлы шарниров, которые затем фиксируются. На подобные несущие конструкции ссылается, например, DE 4101276 С2.
Принципиально другой метод для производства пространственно изогнутых несущих оболочек заключается в том, что они составляются из треугольных поверхностей, причем треугольники принудительно образуют плоские, несмещаемые поверхности. Если подобные несущие конструкции производятся из стержней, то они могут также соединяться на шарнирах. Таким образом можно избежать крутящих моментов в стержнях.
Например, имеются следующие возможные способы для образования куполов из треугольных поверхностей: рамные, ребристые, пластинчатые, решетчатые купола, купола Шведлера или геодезические купола.
Геодезические купола, в частности, известны из US 2,682,235, DE 2232114 B2, DE 4026527 A1, DE 3035698, US 5,628,154, US 4,099,888 (прототип).
Общим в конструктивных системах известных геодезических куполов является то, что они образованы из прямых и/или изогнутых стержней и объединяются подходящим способом в узловых точках.
Такие системы рационализируют процессы, которые необходимы для возведения архитектурных строений. Они упрощают как проектирование и манипулирование, так и возведение, они могут перестраиваться, т.е. использоваться повторно. В отличие от индивидуального строительства, эти системы имеют много других практических и/или эстетических преимуществ. Конструктивные системы описанного выше типа состоят из ограниченного количества согласованных между собой системных частей, с помощью которых можно построить максимальное разнообразие различных структур, таких как, например, плоские поверхностные строения для отграничения помещений или пространственные, одномерные или многомерные конструкции, такие как здания для различных целей. Определенное количество конструктивных элементов при этом представляет собой соответствующую систему, причем содержание системы увеличивается с уменьшением различных системных частей, со снижением общего количества деталей и с увеличением разнообразия возможностей для строительства различных структур (вариативности). Важнейшие требования, предъявляемые к системам описанного вначале типа: простая сборка системных частей, логическая последовательность частей при сборке, высокая прочность, малый вес, малый объем, красивые формы и функциональность.
Эти требования также должно выполнять настоящее изобретение благодаря своему новому простому конструктивному решению.
В основу изобретения положена задача создать типовую систему описанного выше типа, которая будет иметь минимальное количество различных конструктивных элементов и таким образом может состоять из минимального количества конструктивных элементов, которая обеспечивает простую и быструю сборку с минимальными требованиями к умственной деятельности при размышлениях о том, в какой последовательности следует собирать детали; которая имеет высокую износостойкость, малый вес и малый объем. Кроме того, конструктивная система должна позволять большую вариативность при строительстве различных структур, иметь красивые формы и обеспечивать повышенную стабильность плоских или трехмерных пространственных несущих конструкций, выполненных в качестве несущих конструкций.
Согласно изобретению данная задача решается за счет того, что соединительный узел для пространственной несущей конструкции, в частности геодезической структуры, содержит, по меньшей мере, одну соединительную структуру для соединения посредством задаваемого количества структурных базовых элементов, входящих в соответствующий соединительный узел, с другими подобными соединительными узлами, причем соединительный узел выполнен в виде диска, который имеет задаваемое количество отверстий в форме замочной скважины, через каждое из которых соответственно проходит один крепежный элемент, сопряженный с ответным элементом, предусмотренным на структурном базовом элементе, так что каждый структурный базовый элемент удерживается в образованной первой соединительной структуре с возможностью вращения и может предварительно регулироваться и затем крепиться под любым задаваемым углом; согласно изобретению, по меньшей мере, на одном отверстии в форме замочной скважины на стороне диска, обращенной к структурному базовому элементу, между диском и структурным базовым элементом расположена стопорная скоба с отверстием в фиксированном задаваемом положении на диске, которая удерживает структурный базовый элемент за счет образованной таким образом второй соединительной структуры на диске без возможности вращения.
Предлагаемые соединительные узлы позволяют возводить пространственную несущую конструкцию, в которой большинство располагаемых структурных базовых элементов закрепляется между предлагаемыми в изобретении соединительными узлами; при этом крутящий момент диска в структурном базовом элементе принимает стопорная скоба.
В предпочтительном варианте реализации изобретения диск для образования соединительного узла рядом с основанием с одной стороны выполнен как опорный диск. Этот опорный диск образует первый на основании или в базисе пространственной несущей конструкции соединительный узел.
Диск, который используется в качестве опорного, может быть расположен на опорной плите с помощью регулируемых по высоте элементов для регулирования нижних соединительных узлов относительно основания. Другие, расположенные над ним соединительные узлы с другой стороны выполнены в виде дисков, но не имеют специфического образования для создания опоры несущей структуры на основании.
Вторая соединительная структура соответствует первой соединительной структуре, причем крепежный элемент здесь не проходит через отверстие диска в форме замочной скважины, но также проводится через отверстие стопорной скобы, прежде чем оно войдет в крепежный элемент структурного базового элемента.
Для этого диск имеет около, по меньшей мере, одного отверстия в форме замочной скважины фиксирующие отверстия, которые соответствуют вводимым в фиксирующие отверстия фиксирующим выступам стопорной скобы, чтобы расположить стопорную скобу в фиксированном задаваемом положении на диске.
К тому же стопорная скоба имеет скосы, обращенные к структурному базовому элементу, которые образуют приемный башмак, чтобы удерживать структурный базовый элемент в стопорной скобе.
Кроме того, структурный базовый элемент имеет плоские концы, которые соответствуют приемному башмаку по своей высоте и ширине.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения на обоих дисках, на опорном диске или диске в верхней области пространственной несущей конструкции, отверстия в форме замочной скважины могут образовывать удлиненное отверстие, в области которого расположено углубление, соответствующее крепежному элементу, чтобы облегчить введение и фиксацию крепежного элемента и, по меньшей мере, предотвратить за счет углубления выскальзывание крепежного элемента.
Кроме того, предпочтительно, чтобы структурный базовый элемент имел плоские концы и чтобы первая и вторая соединительные структуры в качестве крепежного элемента имели резьбовую шпильку или подобный элемент, в частности зубчатый винт, который соответствует ответному крепежному элементу, выполненному в виде неподвижной гайки, укрепленной на диске.
Диски и соответствующие соединительные структуры для крепления структурных базовых элементов позволяют образовывать, выполнять монтаж и демонтаж пространственной несущей конструкции из небольшого количества, в основном, стандартизованных конструктивных элементов простым образом.
В предпочтительном варианте реализации изобретения структурные базовые элементы образуют между соединительными узлами треугольные ячейки, размер которых зависит от задаваемой длины и угла расположения структурных базовых элементов.
Наконец, пространственная несущая конструкция может быть снабжена оболочкой, в частности, из просвечивающей ткани, которая закреплена на соединительных узлах и/или структурных базовых элементах внутри и/или снаружи.
В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примеров его осуществления со ссылками на чертежи. На чертежах показаны:
Фигура 1 - вид в перспективе пространственной несущей конструкции для геодезической структуры;
Фигура 2 - вид сверху для основных конструктивных элементов соединительного узла, когда структурный базовый элемент расположен в структуре со стопорной скобой;
Фигура 3А - вид сбоку согласно фигуре 2 до монтажа структурного базового элемента на соединительный узел;
Фигура 3Б - вид сбоку согласно фигурам 2 и 3А после монтажа структурного базового элемента на соединительный узел;
Фигура 4А - вид в перспективе изнутри на соединительный узел согласно фигурам с 2 по 3Б с расположенными на диске структурными базовыми элементами и одним структурным базовым элементом, оснащенным стопорной скобой;
Фигура 4Б - вид в перспективе изнутри на соединительный узел со структурными базовыми элементами, расположенными на опорном диске.
n
1
2
3
4
5
2
3
5
n
n
n
На фигуре 1 показан пример пространственной несущей конструкции 100, которая образована как геодезическая структура. Для сооружения такой геодезической структуры используются структурные базовые элементы 3, которые соединяются друг с другом на соединительных узлах 10, 20 в задаваемом количестве n. Некоторые структурные базовые элементы 3 в качестве примера выделены и маркированы обозначениями 3, 3, 3, 3, 3. Показанные штрихлинией структурные базовые элементы 3, 3, 3 образуют при этом треугольную ячейку, которая при сооружении пространственной несущей конструкции 100 применяется как базовая структура. Пространственная несущая конструкция 100 может быть образована только из соединительных узлов 10. Однако также существует возможность образовывать пространственную несущую конструкцию с помощью соединительных узлов, которые специально образованы как соединительные опорные узлы 20 в области основания / области опоры пространственной несущей конструкции 100, и образовывать соединительные узлы 10, расположенные не в области основания или области опоры, единым образом для расположенной выше пространственной несущей конструкции.
n
n
n
Каждый соединительный узел 10, 20 - т.е. как соединительный узел 10 в верхней области, так и соединительный опорный узел 20 в базовой области - обязательно содержит диск 4, который имеет задаваемое количество n отверстий в форме замочной скважины 1.
1
5
Вид сверху на такой диск 4 представлен на фигуре 2. В примере реализации согласно фигуре 2 диск 4 имеет, например, 5 отверстий в форме замочной скважины с 1 по 1, которые маркированы по часовой стрелке.
n
Соответствующее отверстие в форме замочной скважины 1 образовано удлиненным отверстием 1В, в области которого со стороны на фигуре 2, обращенной к смотрящему, расположено углубление 1А.
n
n
n
n
Диск 4 имеет внутреннее отверстие диска, которое не является обязательным; однако оно позволяет уменьшить вес и облегчает обращение с диском 4. Диск 4 служит базовым элементом для каждого соединительного узла 10, 20, при этом отверстия в форме замочной скважины 1 предназначены для крепления структурных базовых элементов 3 посредством первой соединительной структуры 5, 3А.
n
n
n
В конкретном примере выполнения структурный базовый элемент 3 является соединительной штангой, которая может прикручиваться и тем самым крепиться с помощью резьбового соединения на диске 4. Винт или болт 5 вводится как крепежный элемент через отверстие в форме замочной скважины 1, проходит через соединительную штангу 3 и крепится с помощью ответного крепежного элемента - гайки 3А на диске 4.
n
Как показано на фигуре 2 в комбинации с фигурой 3А, в качестве ответного крепежного элемента 3А, вместо описанной выше гайки 3А, может использоваться неподвижная гайка с внутренней резьбой, уже закрепленная на соединительной штанге 3, благодаря чему крепежный элемент 5 - резьбовой болт или винт с соответствующей наружной резьбой, может без проблем проходить через отверстие 1 в форме замочной скважины, и резьбовое соединение может устанавливаться без прокручивания ответного крепежного элемента 3А.
n
n
Благодаря специальному варианту исполнения отверстия в форме замочной скважины 1 крепежный элемент 5 может вводиться через углубление 1А в удлиненное отверстие 1В с возможностью перемещения и предварительно регулироваться за счет легкого проворачивания крепежного элемента 5 посредством соответствующей головки винта или болта в углублении 1А соответствующего отверстия в форме замочной скважины 1. Крепежный элемент 5 после предварительной регулировки не может выскальзывать из отверстия 1В, так как головка соответствующего крепежного элемента удерживается в углублении 1А.
Принципиально возможно сооружение пространственной несущей конструкции, в частности геодезической структуры 100, посредством диска 4, структурного базового элемента 3 и соединительной структуры 5, 3А. Однако монтаж такой конструкции сложен, так как соответствующие углы между диском 4 и структурными базовыми элементами 3 различны, что проявляется при монтаже, поэтому полное крепление соответствующих соединительных структур 5, 3А привело бы к тому, что эти структуры пришлось бы снова отпускать, дополнительно фиксировать и снова затягивать.
n
n
n
Чтобы изначально можно было предварительно смонтировать и отрегулировать пространственную несущую конструкцию 100 в максимально стабильном состоянии и отрегулировать все образующиеся углы между структурными базовыми элементами 3, образуется, так сказать, предварительно отрегулированная структура, в которой согласно изобретению обеспечивается, что диск 4 при размещении первой соединительной структуры 5, 3А и первого структурного базового элемента 3 в предварительно отрегулированном, но не плотно затянутом состоянии, не прокручивается относительно структурного базового элемента 3.
n
n
Для этого можно использовать, как показано на фигурах 2, 3А и 3Б, стопорную скобу 2, которую располагают между дисками 4 и структурным базовым элементом 3 и которая не допускает прокручивания диска 4 относительно структурного базового элемента 3 и тем самым позволяет выполнять предварительную регулировку всех структурных базовых элементов 3.
На виде сверху, представленном на фигуре 2, стопорная скоба 2 показана детально. Она имеет отверстие 2С стопорной скобы, предназначенное для того, чтобы крепежный элемент 5 мог проходить через стопорную скобу.
n
Кроме того, стопорная скоба 2 имеет фиксирующие выступы 2А, которые направлены к диску 4 и могут входить в фиксирующие отверстия 4А диска 4. К тому же стопорная скоба 2 за счет скошенных крепежных щитков, направленных к структурному базовому элементу 3, образует приемный башмак 2В, который соответствует структурному базовому элементу 3n и удерживает его в стопорной скобе.
4
n
n
n
Фигура 3А показывает вид сбоку на соединение второй соединительной структуры 5, 2С, 3А со стопорной скобой 2 до монтажа структурного базового элемента на соединительный узел. Стопорная скоба 2 монтируется, например, на отверстии в форме замочной скважины 1 (фигура 2), причем фиксирующие выступы 2А входят в фиксирующие отверстия 4А, и приемный башмак 2В по обеим сторонам входит в структурный базовый элемент 3, за счет чего после введения крепежного элемента 5 (не показано на фигуре 3А) и его резьбового крепления в ответном крепежном элементе 3А прокручивание структурного базового элемента 3 относительно диска 4 исключено. Крутящий момент, возникающий при дальнейшем монтаже структурных базовых элементов 3 на диск 4, принимается стопорной скобой 2 и направляется по структурному базовому элементу 3, согласно фигурам 3А и 3Б в общую структуру, т.е. в пространственную несущую конструкцию 100 (фигура 1).
n
Например, чтобы образовать геодезическую структуру 100, структурные базовые элементы 3, т.е. соединительные штанги, в области 3С изогнуты и предпочтительным образом имеют плоские концы 3В, которые могут просто удерживаться приемным башмаком 2В стопорной скобы 2.
Фигуры 4А и 4Б еще раз показывают для наглядности вид изнутри на соединительные узлы 10, 20, причем фигура 4Б показывает участок, специально образованный как соединительный опорный узел 20.
n
n
Фигура 4А показывает при этом вид изнутри на соединительный узел 10, в данном случае с шестью отверстиями в форме замочной скважины 1, причем около отверстия в форме замочной скважины 1 показаны фиксирующие отверстия 4А, в которые снаружи входят фиксирующие выступы 2А стопорной скобы 2. Крепежный элемент 5 вводится изнутри наружу в ответный крепежный элемент 3А и привинчивается.
n
n
Фигура 4Б показывает специально образованный соединительный опорный узел 20, который представлен так, чтобы его позиции соответствовали, например, фигуре 1. Соединительный опорный узел 20 смонтирован на опорной плите 7 с помощью регулируемых по высоте элементов, предпочтительно резьбовых шпилек 8. Благодаря этому диск 6, выполненный в форме буквы U, обращенной вниз, может регулироваться по высоте относительно опорной плиты 7.
n
n
n
n
1
4
1
4
В принципе, диск 6, выполненный в описанном примере в форме буквы U, может быть выполнен и как полный диск 4, что означает, что U-образная форма представляет только один вариант исполнения. Так как соединительный опорный узел 20 уже зафиксирован от прокручивания относительно основания, можно отказаться от стопорной скобы 2. Поэтому соединительные опорные узлы 20 образуются только посредством отверстий в форме замочной скважины 1 и скошенными структурными базовыми элементами 3, а стопорная скоба 2 не требуется. В отверстиях 1 и 1 в форме замочной скважины также можно отказаться от удлиненных отверстий 1В, так как соответствующие структурные базовые элементы 3 и 3 при монтаже в базовой области можно сразу же фиксированно привинтить и установить без зазора.
2
3
2
3
n
Монтаж геодезической структуры или пространственной несущей конструкции 100 осуществляется, предпочтительным образом, с помощью треугольной ячейки, в которой, например, представленные на фигуре 4Б структурные базовые элементы 3 и 3 расположены на неповоротном диске 6, противоположные концы которого оснащены соответственно одним диском 4, причем затем на нем выполняется вторая соединительная структура 5, 2С, 3А, при которой между диском 4 и структурным базовым элементом 3 и 3 располагают стопорную скобу 2, как описано выше. Расположенные таким образом диски 4 зафиксированы от вращения, и дальнейший монтаж структурных базовых элементов 3 с образованием треугольных ячеек для сооружения пространственной несущей конструкции возможен без проблем с обеспечением необходимой достижимой стабильности. При этом, в соответствии с изобретением, возможна предварительная регулировка под любым задаваемым углом, и можно выполнить окончательное крепление за счет затягивания соответствующего резьбового крепления 5, 3А после частичного или полного сооружения пространственной несущей конструкции.
n
n
Таким образом, углы на соединительных узлах 10, 20, варьирующиеся при сооружении пространственной несущей конструкции 100, могут монтироваться и снова демонтироваться очень легко и без предварительных расчетов для определения значений угла.
n
n
n
Наконец, пространственная несущая конструкция 100 может быть снабжена соответствующей оболочкой 9, которая может крепиться на соединительных узлах 10, 20 и/или структурных базовых элементах 3.
Крепление осуществляется посредством зажимных элементов, причем крепление оболочки 9, как показано на фигуре 1, возможно как внутри, так и снаружи.
СПИСОК ПОЗИЦИЙ
1<sub>n</sub>
отверстие в форме замочной скважины
1А
углубление
1В
удлиненное отверстие
2
стопорная скоба
2А
фиксирующий выступ
2В
приемный башмак
2С
отверстие стопорной скобы
3<sub>n</sub>
структурный базовый элемент [соединительная штанга]
3А
крепежный элемент [неподвижная гайка /внутренняя резьба]
3В
плоские концы
3С
изгиб
4
диск
4А
фиксирующее отверстие
4В
внутреннее отверстие диска
5
крепежный элемент [резьбовая шпилька/винт с наружной резьбой]
6
диск
7
опорная плита
8
элементы, регулируемые по высоте [резьбовая шпилька]
9
оболочка
10
соединительный узел
20
соединительный опорный узел
100
геодезическая структура
5, 3А
первая соединительная структура
5, 2С, 3А
вторая соединительная структура
индекс n
количество