СКЛАДНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА Российский патент 1996 года по МПК E04B1/343 E04B7/00 E04B1/32 

Изобретение относится к трехмерным строительным конструкциям и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства (строительство, транспорт, торговля, сельское хозяйство, тара и упаковка, конструирование машин и механизмов, освоение космоса), как макет для моделирования пространственных конструкций, а также как детская игрушка и пособие для развития пространственного воображения.

Известны складные строительные структуры, состоящие из модулей, включающих шарнирно соединенные стержни, диагональные элементы и гибкие связи [1] Эти строительные структуры могут изменять форму и складываться благодаря изменению формы и складыванию входящих в них модулей. Указанные структуры вследствие того, что у входящих в них модулей деформируется геометрическая форма граней, не могут непосредственно создавать объемные тела, а создают пространственные решетки. Они не обладают достаточно широкими функциональными возможностями, сложны в изготовлении и недостаточно плотно складываются.

Известны также складные строительные структуры, получающиеся от соединения складных модулей, состоящих из шарнирно соединенных прямоугольных пластин [2] Данные устройства не обладают достаточно широкими функциональными возможностями, так как позволяют создавать ограниченный набор пространственных конструкций недостаточно широкого использования.

Наиболее близка к предлагаемой складная строительная структура, содержащая по крайней мере один складной строительный модуль, состоящий из элементов в виде прямоугольных равнобедренных треугольников, шарнирно соединенных между собой по гипотенузам и катетам с возможностью взаимного поворота и складывания [3] Эта структура также не обладает широкими функциональными возможностями и предназначена главным образом для использования в качестве демонстрационной модели.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей складных строительных структур.

Для этого в складной строительной структуре, содержащей по крайней мере один складной строительный модуль, состоящий из элементов в виде прямоугольных равнобедренных треугольников, шарнирно соединенных между собой по гипотенузам и катетам с возможностью взаимного поворота и складывания, каждый модуль содержит шесть упомянутых элементов, два средних из них шарнирно соединены между собой по гипотенузам, а каждый катет средних элементов шарнирно соединен с одним из катетов соответствующего одного из четырех крайних элементов, которые попарно шарнирно соединены между собой по оставшимся катетам, при этом модули шарнирно соединены между собой по гипотенузам по крайней мере одного крайнего элемента в каждом модуле.

Особенности предложенной строительной структуры за счет количества элементов в виде треугольников и их соединения между собой именно указанным образом позволяют расширить функциональные возможности известной строительной структуры, потом что неограниченное количество используемых для шарнирно соединения модулей и разнообразие вариантов взаимного расположения модулей при их шарнирном соединении обеспечивают разнообразие и неограниченное количество получаемых форм как замкнутых, так и незамкнутых.

На фиг.1 показан складной строительный модуль, вид спереди; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 тоже, вид сверху; на фиг.4 развертка модуля; на фиг. 5 то же, вариант; на фиг.6 то же, вариант; на фиг.7 вид спереди на квадратный пакет, в который может складываться модуль; на фиг.8 то же, вид сбоку; на фиг.9 вид спереди на трапецеидальный пакет, в который может складываться модуль; на фиг.10 то же, вид сбоку; на фиг.11 основной вариант шарнирного соединения модуля гипотенузой 21 с гипотенузой 23 другого модуля; на фиг.12 основной вариант шарнирного соединения модуля гипотенузой 22 с гипотенузой 24 другого модуля; на фиг.13 основной вариант шарнирного соединения модуля гипотенузой 21 с гипотенузой 24 другого модуля; на фиг.14 основной вариант шарнирного соединения модуля гипотенузами 21, 22 с гипотенузами 24, 23 другого модуля; на фиг.15 основной вариант шарнирного соединения модуля гипотенузой 21 с гипотенузой 21 другого модуля; на фиг.16-20 частные варианты шарнирного соединения модулей; на фиг.21 неподвижное соединение самостоятельных строительных структур по крайним элементам; на фиг.22 то же, по средним элементам; на фиг.23 аксонометрическое изображение пакета, в который может складываться складная строительная структура; на фиг.24 вид спереди на пакет, в который могут складываться две самостоятельные строительные структуры, изображенные на фиг.22; на фиг.25 аксонометрическое изображение лодки, получаемой из одного модуля; на фиг.23 вид спереди на палатку, получаемую из одного модуля; на фиг.27 палатка, изображенная на фиг.26, вид сбоку; на фиг. 28 аксонометpическое изображение куба, получаемого из двух модулей; на фиг. 29 и 30 схемы шарнирного соединения модулей для получения куба; на фиг.31 схема шарнирного соединения модулей по двум парам гипотенуз; на фиг.32 ид спереди на палатку, получаемую при соединении модулей по схеме, изображенной на фиг. 31; на фиг.33 то же, вид сбоку; на фиг.34 частная схема соединения трех модулей; на фиг. 35 аксонометрическое изображение тримарана, полученного при шарнирном соединении трех модулей по схеме, изображенной на фиг.34; на фиг. 36 вид спереди на торговую палатку, полученную при соединении трех модулей по схеме, изображенной на фиг.34; на фиг.37 вид сбоку на торговую палатку, изображенную на фиг.36; на фиг.38 вид спереди на упаковку, полученную при шарнирном соединении трех модулей с использованием варианта соединения модулей, изображенного на фиг.14; на фиг.39 то же, вид сбоку; на фиг.40 частная схема шарнирного соединения четырех модулей; на фиг.41 вид спереди на стол или укрытие, получаемые при соединении четырех модулей по схеме, изображенной на фиг. 40; на фиг.42 то же, вид сбоку; на фиг.43 то же, вид сверху.

Складной строительный модуль, изображенный в трех проекциях на фиг. 1,2,3, содержит средние элементы 1, 2 и крайние элементы 3 6. Средние элементы шарнирно соединены по гипотенузам 7, 8, а катетами 9 12 шарнирно соединены соответственно с катетами 13 16 крайних элементов 3 6. Элемент 3 катетом 17 шарнирно соединен с катетом 18 элемента 6, а элемент 4 катетом 19 шарнирно соединен с катетом 20 элемента 5.

Модуль может быть изготовлен из цельной заготовки из любого листового материала, допускающего сгибание, при этом роль шарнирного соединения в данном случае выполняют линии сгиба. Развертка такой заготовки показана на фиг.4. Для обеспечения удобства раскроя материала развертка также может быть выполнена в форме, показанной на фиг.5 и 6. несоединенные катеты могут соединяться склеиванием, сваркой и т.д. Модуль может быть отштампован целиком с обеспечением всех шарнирных соединений элементов, а также может быть собран из треугольных элементов с использованием шарнирных соединений различных конструкций в зависимости от назначения собираемого изделия. При этом элементы могут быть изготовлены из различных материалов (картон, фанера, металл, стекло, пластик и т.д.), в зависимости от конструкции применяемых шарнирных соединений могут иметь различную толщину, а также в зависимости от назначения могут иметь всевозможные вырезы, отверстия, люки, окна, двери, такелажные узлы и т. д. Модуль может складываться в квадратный пакет, как показано на фиг.7, 8 или в трапециевидный пакет, как показано на фиг.9, 10, и занимать любые промежуточные положения.

Складная строительная структура, содержащая больше одного модуля, образуется шарнирным соединением модулей по гипотенузам крайних элементом. В каждом модуле могут использоваться для присоединения одна четыре гипотенузы. Разнообразие получаемых конструкций обеспечивается различными вариантами шарнирных соединений модулей и неограниченным количеством шарнирно соединяемых модулей. Основные варианты шарнирных соединений модулей показаны на фиг.11 15. На фиг.16 20 показаны некоторые варианты шарнирных соединений модулей, получаемые комбинациями из показанных на фиг.11 15. На фиг.16 20 показаны некоторые варианты шарнирных соединений модулей, получаемые комбинациями из показанных на фиг.11 15.

Самостоятельная строительная структура может неподвижно соединяться с другими структурами по совмещенным крайним элементам, как показано на фиг. 21, или по совмещенным средним элементам, как показано на фиг.22. Структуры, получаемые соединением модулей по вариантам шарнирных соединений, показанным на фиг. 11 20, имеют возможность складываться в квадратные пакеты (фиг.23), изменять свою форму и создавать статические объемные тела. В случае необходимости сходящиеся несоединенные гипотенузы крайних элементов соседних модулей могут быть соединены сваркой, клеем, замками, молнией и т.д. Структуры, получаемые с использованием соединения, показанного на фиг.22, могут складываться в треугольные пакеты (фиг.24).

Некоторые конкретные изделия, которые могут быть получены из описанной складной строительной структуры, показаны на фиг.25 28, 31 33, 35 39, 41 43.

На фиг.25 показана лодка с регулируемыми величиной осадки и расстоянием между бортами. Эта лодка может быть изготовлена, например, из алюминиевых треугольных элементов. Роль шарнирных соединений могут выполнять приклеенные полосы из прочной водонепроницаемой ткани. Регулировка и фиксирование положения бортов могут осуществляться регулирующим элементом 25. Лодка легко преобразуется в палатку, две проекции которой изображены на фиг.26, 27.

На фиг. 28 изображен складной куб, который может быть получен при шарнирном соединении двух модулей по схемам, изображенным на фиг.29, 30. Половинки куба раскрываются при повороте модулей вокруг оси их шарнирного соединения. В зависимости от размеров, материала и конструкции шарнирных соединений куб может быть использован как строительный блок, упаковка, контейнер и т.д.

На фиг. 31 показана конструкция, которая получается при соединении двух модулей по двум парам гипотенуз 21, 24 и 22, 23. Она может быть использована, например, как лодка, палатка или теплица (фиг.32 и 33).

При шарнирном соединении трех модулей по схеме (фиг.34) получается конструкция в виде тримарана, изображенная на фиг.35, которую удобно использовать как катер или парусное судно. По этой же схеме получается конструкция, изображенная в двух проекциях на фиг.36, 37, которую можно использовать, например, как торговую палатку, быстро складывающуюся и раскладывающуюся.

При использовании варианта шарнирного соединения, изображенного на фиг. 14, для трех модулей получается конструкция, две проекции которой изображены на фиг.38, 39. Она может быть использована, например, как упаковка, контейнер, оболочка для герметичных конструкций.

При шарнирном соединении четырех модулей по схеме, изображенной на фиг. 40, получается конструкция (фиг.41, 42, 43). Такая конструкция может быть использована, например, как складной стол или быстровозводимое укрытие.

При других комбинациях шарнирных соединений модулей по гипотенузам 21 24 и при увеличении количества модулей получаются объемные тела замкнутой и незамкнутой формы, комбинации упомянутых форм и новые формы, цепочки, состоящие из соединенных между собой кубов и других тел, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства. Эти конструкции могут складываться в один или несколько пакетов квадратной формы, регулироваться или фиксироваться в заданной форме.

Таким образом, изобретение позволяет решить задачу расширения функциональных возможностей складной строительной структуры, дать экономический эффект за счет повышения технологичности изготовления и сборки изделий и за счет повышения плотности складывания изделий при транспортировке, сэкономить материалы за счет безотходного раскроя разверток модулей, решить задачу проектирования и возведения складных конструкций сложной формы как на земле, так и в космосе.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности таких структур за счет того, что складной строительный модуль состоит из шести элементов - 6 в виде прямоугольных равнобедренных треугольников, определенным образом шарнирно соединенных между собой, а шарнирное соединение модулей между собой осуществляется по гипотенузам 21 - 24 в различных комбинациях шарнирно соединяемых пар гипотенуз, что в сочетании с неограниченным количеством соединяемых модулей дает возможность получать неограниченное количество видов конструкций различной формы и назначения. 43 ил.

СКЛАДНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА, содержащая по крайней мере один складной модуль, состоящий из средних и крайних элементов в виде прямоугольных равнобедренных треугольников, шарнирно соединенных между собой с возможностью взаимного поворота и складывания по гипотенузам средних элементов и по смежным катетам средних и крайних элементов, отличающаяся тем, что каждый модуль содержит шесть элементов, из них два средних и четыре крайних, последние из которых попарно шарнирно соединены между собой по свободным катетам, при этом модули шарнирно соединены между собой по гипотенузам по крайней мере одного крайнего элемента в каждом модуле.