УЗЛОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КАРКАСА Российский патент 1998 года по МПК E04B1/58 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для соединения стержней пространственных каркасов сооружений.

Известно соединение стержней пространственного каркаса сооружений, осуществляемое посредством узлового элемента, имеющего отверстия с резьбой, в каждом из которых размещен болт, соединенный крепежной деталью - штифтом с поводковой втулкой, другой конец которого прикреплен к стержню посредством соединительного элемента, причем соединительный элемент выполнен в виде дискового вкладыша, установленного внутри стержня, а поводковая втулка имеет сквозную прорезь, в которой размещена крепежная деталь, входящая в образованное в болте сквозное отверстие (авт. св. СССР N 443151, М. кл. E 04 B 1/58, Б.И. N 34 74 г.)
Известно соединение стержней пространственного каркаса сооружений, включающее крепежные болты со штифтом, связанным с поводковыми втулками через сквозную прорезь, узловой элемент с нарезными отверстиями, дисковые вкладыши с отверстиями в торцах стержней и с прикрепленными к ним колпаками, охватывающими головки пропущенных через отверстия болтов, причем каждый колпак снабжен цилиндрической пружиной, жестко прикрепленной одним концом ко дну колпака и свободно упирающийся другим в головку болта, а входная часть каждого отверстия в узловом элементе выполнена не нарезанной с заходной фаской и размером внутреннего диаметра, превышающим диаметр болта, при этом колпак образован закрепленной в полости стержня поперечной диафрагмой (авт. св. СССР N 678155, М.кл. E 04 B 1/58, от 21.00.77 Б.И. N 29-79).

Недостатком известных соединений стержней пространственных каркасов сооружений является низкое эстетическое качество узловых элементов, связанное с несоразмерно большим их размером по сравнению с размерами стержней, а также резкими перепадами диаметров стержня и поводковой гайки, внешний вид портят и сквозные продольные прорези поводковых втулок, в результате этого падает товарный вид и эстетические качества таких каркасных сооружений как выставочные и торговые павильоны. Крепежные детали в виде штифтов ненадежны и работают на срез на завершающем этапе стержней с узловым элементом за счет трения торца поводковой втулки о дисковый вкладыш или узловой элемент. Известные соединения не удобны при сборке крупномасштабных сооружений из-за наличия разъемных соединений деталей, например, штифтов, которые могут быть утрачены при транспортировке, при этом следует потеря поводковых втулок и болтов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является узловое соединение стержней пространственного каркаса, содержащее узловой элемент с резьбовыми отверстиями и стержни, укрепленные в последних посредством болтов, имеющих поводковую втулку со сквозной прорезью для крепежной детали, причем крепежная деталь выполнена в виде штифта установленного в отверстие болта, с отогнутым участком, расположенным за пределами поводковой гайки и упирающимся в торцевую часть стержня для создания натяга в резьбе (авт. св. СССР N 628257, М.кл. E 04 B 1/58, от 03.07.76 г. Б.И. N 38-78).

Однако известное соединение стержней пространственных каркасов сооружений в виде быстро-сборно-разъемных выставочных или торговых павильонов имеет низкое эстетическое качество из-за необоснованно увеличенных размеров узловых элементов по сравнению с диаметром стержней, резкого перепада диаметров стержня и поводковой втулки, наличия сквозной прорези и поводковых втулках. Соединение отличается сложностью изготовления и наличием лишней детали - штифта, утрата которого влечет к потерям поводковой втулки и болта и как следствие задержки монтажа каркаса. Выступающая форма крепежного элемента также ухудшает эстетическое качество соединения.

В основу изобретения положено решение задачи - создание высококачественного по эстетическим свойствам узлового соединения стержней пространственных каркасов сооружений типа выставочных или торговых павильонов, уличных киосков открытого и закрытого типа без навязчивого впечатления от его вида, как правило, нарушающего пространственную легкость каркаса в известных технических решениях, а также создание надежного сборочного соединения при наличии минимального количества деталей.

Технический результат заключается в повышении эстетических свойств узлового соединения и его надежности при наличии минимального количества деталей.

Поставленная задача решается в узловом соединении стержней пространственного каркаса, содержащем узловой элемент с резьбовыми отверстиями и стержни, укрепленные в последних посредством болтов с отверстиями, имеющих поводковую втулку с продольной прорезью, совпадающей с отверстиями болтов и упирающихся в дисковые вкладыши стержня, за счет того, что поводковая втулка выполнена с несквозной продольной прорезью, совпадающей по длине с взаимно перпендикулярно выполненными в болтах отверстиями под съемный штифт монтажного инструмента, поводковая втулка выполнена с внутренним буртиком на прилегающей к дисковому вкладышу стержня стороне, а болт - с кольцевой канавкой между взаимно перпендикулярными отверстиями и стопорным кольцом в ней, размещенным в полости поводковой втулки, при этом поводковая втулка со стороны свободного резьбового конца болта выполнена с конусной фаской с углом при вершине, равным углу между стержнями, а узловой элемент выполнен с диаметром описываемой его окружности в местах соединения с стержнями, определяемым из соотношения.

где d - диаметр малого основания конусной фаски поводковой втулки,
ϕ - угол между стержнями в узле.

В предлагаемом решении узловые соединения стержней пространственного каркаса, исходя из расчетов на прочность и устойчивость, и заданных на их основании размеров стержней, а также на основании конструкции каркасов при известных минимальных углах между стержнями определяют оптимальные габариты узлового унифицированного элемента, например, шара с резьбовыми отверстиями под болты стержней. При этом диаметр шара по предложенной формуле может быть выбран минимальным без излишек массы узлового элемента. Наружный диаметр поводковой втулки может быть выполнен диаметром равным диаметру стержней, что значительно улучшает эстетические свойства пространственного каркаса, увеличивает прочность самой втулки в связи с увеличением толщины и укреплением стенок продольной прорези. Количество прорезей во втулке сокращается до одной за счет дополнительного отверстия в болте, выполненного перпендикулярно основному, что также увеличивает прочность и долговечность втулки, улучшает эстетические свойства узлового соединения. Наличие стопорного кольца на болте способствует надежному креплению деталей в узле стержневого крепления, отпадает надобность в работающем на срез штифте.

На чертеже 1 представлен общий вид узлового соединения стержней пространственного каркаса с местными вырезами.

Узловое соединение состоит из трубчатых стержней 1 диаметром D_c, в торцах которых закреплены дисковые вкладыши 2 через отверстия 3, в которых пропущены болты 4 с парой взаимно перпендикулярных отверстий 5 и кольцевой проточкой 6 между ними, снабженные поводковыми втулками 7 диаметром D_b≤D_c, выполненными с внутренним буртиком 8 и несквозной продольной прорезью 9, перекрывающей отверстия 5. В кольцевой проточке 6 болтов 4 установлены стопорные кольца 10. Болты 4 посредством резьбовых соединений связаны с узловым элементом 11, выполненным, например, в форме шара диаметром D с нарезными отверстиями 12. При этом поводковые втулки 7 выполнены с односторонней конусной фаской 13, диаметр d малого основания которой соотносится с диаметром шара, исходя из угла ϕ между стержнями, как:

Монтаж стержней в узловом соединении пространственного каркаса осуществляется следующим образом.

Концы стержня 1 подводят к резьбовым отверстиям 12 узловых элементов 11. Поочередно с помощью штифта монтажного инструмента (не показан), устанавливаемого попеременно в взаимно перпендикулярные отверстия болтов 4 стержня 1, производят свинчивание болтов 4 с резьбовыми отверстиями 12 узловых элементов 11 при поступательном их перемещении в отверстиях 3 дисковых вкладышей 2 и в полости поводковых втулок 7. В процессе монтажа стопорное кольцо 10 предотвращает сброс поводковых втулок 7 с болтов 4 и выброс самих болтов 4 в полость трубчатого стержня 1.

Узловое соединение стержней используется при создании стационарных и быстро съемно-разборных пространственных каркасов выставочных и торговых павильонов открытого и закрытого типа. Конструкции узловых элементов и узлов крепления стержней легки в изготовлении крупными сериями на базе механических мастерских, при расчетных соотношениях размеров стержней и узловых элементов узловые соединения имеют высокие эстетические свойства без завышения массы пространственного каркаса. Монтаж каркасов сооружений производится более производительным и удобным способом. Все детали узлового соединения унифицируются. На использование узлового соединения сформирован пакет заказов от заинтересованных коммерческих предприятий. Изготовлены первые образцы торгового оборудования, составленного из пространственного каркаса с предложенными узловыми соединениями.

Использование: в области, строительства при соединении стержней пространственных каркасов сооружений. Технический результат: повышение эстетических свойств узлового соединения и его надежности при наличии минимального количества деталей. Сущность изобретения: узловое соединение состоит из трубчатых стержней, в торцах которых закреплены дисковые вкладыши, через отверстия которых пропущены болты с парой взаимно-перпендикулярных отверстий и кольцевой проточкой между ними, снабженные поводковыми втулками с внутренним буртиком и несквозной продольной прорезью. В кольцевой проточке болтов установлено стопорное кольцо, болты посредством резьбы связаны с узловым элементом диаметром Д. При этом поводковые втулки выполнены с односторонней конусной фаской диаметром d малого основания. Причем d/D ≤ sin ϕ/2, где ϕ угол между стержнями в узле. 1 ил.

Узловое соединение стержней пространственного каркаса, содержащее узловой элемент с резьбовыми отверстиями и стержни, укрепленные в последних посредством болтов с отверстиями, имеющих поводковую втулку с продольной прорезью, совпадающей с отверстиями болтов и упирающихся в дисковые вкладыши стержня, отличающееся тем, что поводковая втулка выполнена с несквозной продольной прорезью, совпадающей по длине с взаимно перпендикулярно выполненными в болтах отверстиями под съемный штифт монтажного инструмента, поводковая втулка выполнена с внутренним буртиком на прилегающей к дисковому вкладышу стержня стороне, а болт - с кольцевой канавкой между взаимно перпендикулярными отверстиями и стопорным кольцом в ней, размещенным в полости поводковой втулки, при этом поводковая втулка со стороны резьбового конца болта выполнена с конусной фаской с углом при вершине, равным углу между стержнями, а узловой элемент в местах соединения со стержнями вписывается в окружность диаметром

где d - диаметр малого основания конусной фаски поводковой втулки;
ϕ - угол между стержнями в узле.