[1]Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в пространственных каркасах зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения, в том числе в покрытиях в виде решетчатых плит, складок, цилиндрических сводов и оболочек, гипаров и сетчатых куполов.
[2]Из уровня техники известны пространственные каркасы зданий и сооружений системы МАРХИ (см. Рекомендации по проектированию структурных конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, М., Стройиздат, 1984 г, стр. 41), в основе которых лежит известное узловое соединение стержней пространственного каркаса (см. Авторское свидетельство СССР №443151, МПК E04B 1/58), осуществляемое посредством узлового элемента, имеющего отверстия с резьбой, в каждом из которых размещен болт, соединенный крепежной деталью со втулкой, другой конец которого прикреплен к стержню посредством соединительного элемента.
[3]При этом соединение стержня и узлового элемента осуществляется созданием вращательно-поступательного движения болта из стержневого элемента в узловой элемент посредством вращения втулки, которая передает усилие на болт с помощью штифта, пропущенного через сквозное отверстие в болте и сквозную прорезь во втулке.
[4]Недостатками данного узлового соединения стержней пространственного каркаса являются:
[5]- пониженная несущая способность высокопрочного болта на растяжение из-за наличия круглого сквозного отверстия под штифт, в результате которого в расчетном сечении болта, проходящем по оси отверстия, возникают концентраторы напряжения, снижающие несущую способность болта на 25-30%. Эффект снижения несущей способности болта от воздействия данного фактора возрастает в случае применения малых диаметров болта, т.к. величина отверстия под штифт остается постоянной;
[6]- пониженная несущая способность втулки на сжатие в результате ослабления поперечного сечения втулки прорезями под штифт;
[7]- повышенная трудоемкость изготовления высокопрочного болта и втулки, требующих применения высокоточного специального оборудования;
[8]- ослабление расчетных сечений высокопрочного болта и втулки приводит к дополнительному расходу металла, а наличие концентратора напряжений в болте повышает опасность хрупкого разрушения.
[9]Задача заявленного изобретения заключается в устранении недостатков, выявленных при анализе наиболее близкого аналога.
[10]Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении несущей способности высокопрочного болта и втулки, а следовательно, и соединения в целом, повышении надежности соединения от хрупкого разрушения, в снижении металлоемкости соединения и снижении трудоемкости и стоимости изготовления деталей наконечника стержня - болта и втулки.
[11]Косвенным достоинством заявленного изобретения является повышение эстетических свойств узлового соединения.
[12]Достижение технического результата обеспечивается ликвидацией сквозного отверстия под штифт в высокопрочном болте и устройстве на боковой поверхности тела болта продольной лыски, глубина которой не превышает высоту резьбы, а следовательно, сохраняет равное по величине сечение болта в зоне резьбы и в зоне лыски, а также ликвидацией прорезей во втулке, и устройством пуклевки на боковой поверхности втулки, обеспечивающей на внутренней поверхности выступ, входящей в зацепление с лыской. При вращении втулки осуществляется вращательно-поступательное движение болта из стержневого элемента в узловой до плотного обжатия втулки между сопряженными поверхностями узлового элемента и торцевого вкладыша стержня.
[13]Технологические операции по устройству лыски на болте и пуклевки на втулке значительно снижают трудоемкость и стоимость изготовления этих деталей по сравнению с трудоемкостью и стоимостью устройства отверстия в болте и прорези во втулке, при этом дополнительный эффект возникает при ликвидации в предлагаемом изобретении штифта.
[14]Отсутствие штифта и прорезов во втулке повышает эстетические свойств соединения.
[15]Согласно заявленному изобретению лыски на болте и соответствующие им выступы на втулке устраиваются с двух противоположных сторон.
[16]Согласно заявленному изобретению узловой элемент выполнен в виде полусферического многогранника.
[17]Согласно заявленному изобретению стержневые элементы выполнены из стальных прямоугольных труб, или двутавровых профилей, или из деревянных брусьев прямоугольного сечения.
[18]Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено следующее.
[19]На фиг. 1 - общий вид узлового соединения стержней пространственного каркаса зданий и сооружений системы МАРХИ с трубчатыми стержнями и сферическим многогранником.
[20]На фиг. 2 - наконечник трубчатого стержня с односторонней лыской на болте и односторонним выступом и пуклевкой на втулке.
[21]На фиг. 3 - поперечный разрез А-А на фиг. 2.
[22]На фиг. 4 - наконечник трубчатого стержня с двухсторонней лыской на болте и двухсторонним выступом и пуклевкой на втулке.
[23]На фиг. 5 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 4.
[24]На фиг. 6 - общий вид универсального узлового соединения с сферическим многогранным узловым элементом для реализации двух и более многоярусных пространственных каркасов.
[25]На фиг. 7 - общий вид узлового соединения с полусферическим многогранным узловым элементом для реализации одноярусных 2-поясных пространственных каркасов.
[26]На фиг. 8 - стержневой элемент каркаса, выполненный из прямоугольных стальных труб 13.
[27]На фиг. 9 - сечение B-В на фиг. 8.
[28]На фиг. 10 - стержневой элемент каркаса, выполненный из двутавровых стальных профилей 14 с вырезками по торцам 15 и ребрами усиления 16.
[29]На фиг. 11 - сечение Г-Г на фиг. 10.
[30]На фиг. 12 - стержневой элемент каркаса, выполненный с применением деревянного бруса прямоугольного сечения 17 с торцевыми накладками в виде П-образных пластин с шипами 18.
[31]На фиг. 13 - разрез Д-Д на фиг. 12.
[32]На фиг. 14 - изометрический вид двухъярусного пространственного каркаса на основе октаэдра и тетраэдра.
[33]На фиг. 15 - изометрический вид одноярусного 2-поясного пространственного каркаса на основе полуоктаэдра и тетраэдра.
[34]На фиг. 16 - 2-поясной пространственный каркас с полной ортогональной структурой решетки.
[35]На фиг. 17 - 2-поясной пространственный каркас с разреженной ортогональной структурой решетки.
[36]На фиг. 18 - 2-поясной пространственный каркас с полной ортогональной структурой решетки, ориентированной в диагональном направлении квадратного плана.
[37]На фиг. 19 - 2-поясной пространственный каркас с разреженной ортогональной структурой решетки, ориентированной в диагональном направлении квадратного плана.
[38]На фиг. 20 - изометрический вид узлового соединения системы МАРХИ с сферическим многогранным узловым элементом.
[39]На фиг. 21 - изометрический вид соединения системы МАРХИ с полусферическим многогранным узловым элементом.
[40]Пространственный каркас зданий и сооружений, включающий узловое соединение стержней системы МАРХИ, осуществляемое посредством многогранного сферического узлового элемента 1 с резьбовыми отверстиями 2, к которым присоединены стержни каркаса 3, по торцам которых посредством сварки 4 присоединен соединительный элемент 5 с отверстием 6, через которое пропущен болт 7, снабженный продольной лыской 8, в зацепление с которой входит выступ 9 на внутренней поверхности втулки 10, образованный пуклевкой 11.
[41]Работа узлового соединения стержней каркаса системы МАРХИ.
[42]Соединение стержня 3 с узловым элементом 1 осуществляется вращением втулки 10, которая, упираясь выступом 9 в поверхность лыски 8, сообщает болту вращательно-поступательное движение, ввинчивая болт 7 в резьбовое отверстие 2 узлового элемента 1.
[43]После того как втулка 10 будет плотно зажата между поверхностью соединительного элемента 5 и поверхностью узлового элемента 1, соединение получает необходимую прочность.
[44]При этом усилия растяжения, возникающие под нагрузкой в стержнях каркаса 3, передаются болтом 7 и сваркой 4, а усилия сжатия - втулкой 10 через контактные площадки смятия узлового элемента 1 и соединительного элемента 5.
[45]Прочность соединения обеспечивается созданием предварительного напряжения болта 7, величина которого контролируется величиной крутящего момента тарировочного ключа равного 15-30 кгм, достигаемого вращением втулки 10.
[46]Эффективность предлагаемого изобретения.
[47]Лабораторные испытания узлового соединения стержней пространственного каркаса системы МАРХИ с болтами диаметром М22 мм, изготовленными из стали 40Х«селект» с термоупрочнением до HRC 30-32 по классу прочности 10.9., выполненные по конструкции предполагаемого изобретения и по конструкции аналога (Авторское свидетельство №443151), проведенные в лаборатории испытания конструкций Московского архитектурного института, показали, что несущая способность болта по предполагаемому изобретению составила 330-335 кН, тогда как по известному авторскому свидетельству 245-255 кН.
[48]Испытания показали, что высокопрочный болт в соединении стержней системы МАРХИ по предполагаемому изобретению обладает несущей способностью в 1,3 раза выше, чем в известном решении, а несущая способность втулки увеличена в 1,1 раза.
