“предварительно напряженныйпространственный строительный элемент

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ш 821665Опубликовано 15.04.81. Бюллетень 14Дата опубликования описания 25.04.81 лв делам нзебретеннй и открытий(54) ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТтержней снижают жесткость кон вант стру Изобретение относится к строительным пространственным конструкциям и может быть использовано для образования вантовостержневых покрытий, каркасов, мачт и т, п. разнообразных пролетов, составленных из повторяющихся пространственных элементов с недостаточным числом связей.Известен вантовостержневой предварительно напряженный пространственный строительный элемент из трех дискретно расположенных жестких стержней и вант, связывающих их так, что концы каждого жесткого стержня удерживаются тремя вантами. Соотношение числа стержней и узлов (двенадцать стержней и шесть узлов) обеспечивает им геометрическую неизменяемость, Расчет необходимого числа стержней для неприкрепленных систем производится по известному равенству; С=ЗУ - 6, где С - число стержней, У - число узлов 11.Недостатком является излишнее число и длина вант, увеличивающих общий вес элемента. В элементе, составленном из трех жестких стержней, суммарная длина вант на 40% превышает длину жестких элементов, Значительные относительные пролеты кции.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является предварительно напряженный пространственный строительный элемент, включающий дискретно расположенные жесткие стержни и соединяющие их ванты, объединяющие один из концов каждого стержня с подвешенным узлом, а другой конец каждого стержня соединен вантой с одним из смежных стержней. Система состоит из двенадцати стержней и вант, восьми узлов, два из которых подвешенные.По указанной выше формуле в ней недостает шесть связей. Система с недостающими связями, т. е. с большим числом .степеней свободы, но которые благодаря особому подбору геометрических параметров, ведут себя как системы, обладающие лишь бесконечной малой подвижностью, относятся к мгновенно-жестким. Геометрические особенности элемента, обеспечивающие его 20 устойчивость, заключаются в том, что основания повернуты по отношению друг к другу на строго определенный угол 180 - -файф-:2, где и - число сторон многоуголь1 о 15 20 25 зо 35 40 45 50 ников основания, что обеспечивает расположение каждого жесткого стержня и удерживающих его вант в одной плоскости, учитывая, что неподвижность системы обусловлена ее особой конфигурацией, а не числом стабилизирующих связей, возможно уменьшение числа вант, удерживающих узлы жестких стержней до одной 2,Однако строительный элемент обладает излишним числом вант, удерживающих узлы; практически неоправданный погонах вант, увеличивающий вес конструкции, относительно большие свободные пролеты вант и жестких стержней, что снижает неподвижность элемента. Суммарная длина вант на 18% превышает длину жестких стержней.Цель изобретения - упрощение конструкции, уменьшение длины вант и веса элемента.Поставленная цель достигается тем, что в предварительно напряженном пространственном строительном элементе, включающем дискретно расположенные жесткие стержни и соединяющие их ванты, объединяющие один из концов каждого стержня с подвешенным узлом, а другой конец каждого стержня соединен вантой с одним из смежных стержней, ванта, соединяющая другой конец каждого стержня прикреплена к смежному стержню в точке, лежащей на линии, направленной от этого конца к подвешенному узлу,На фиг. 1 изображен предварительно напряженный пространственный элемент, горизонтальная проекция; на фиг. 2 - то же, вертикальная проекция; на фиг. 3 - то же, общий вид.Предварительно напряженный пространственный строительный элемент включает три жестких стержня и шесть вант. Конец 1 жесткого стержня 2 соединен вантой 3 с подвешенным узлом 4, второй конец 5 жесткого стержня 2 соединен вантой 6 с точкой 7 жесткого стержня 8, лежащей на направлении линии, соединяющей конец 5 жесткого стержня 2 с подвешенным узлом 4, жесткий стержень 8 соединен одним концом вантой 10 с подвешенным узлом 9, а его конец 11 соединен вантой 12 с точкой 13 жесткого стержня 14, один конец 15 которого соединен вантой 16 с подвешенным узлом 4, а второй конец 17 соединен вантой 18 с точкой 19 жесткого стержня 2, лежащей на направлении линии, соединяющей конец7 стержня 14 с подвешенным узлом 4. Основание, объединяющее концы 5, 11 и 17, повернуто по отношению к другому основанию, объединяющему концы 1, 9 и 15 на угол с Угол поворота оснований А обеспечивает устойчивость элемента, так как при этом каждый стержень иудерживающие его ванты лежат в одной плос 4кости. Стержень 2 лежит в одной плоскости с вантами .3, 6 и 18, жесткий стержень 8 лежит в одной плоскости с вантами 6, 10 и 12, стержень 14 в плоскости с вантами 12, 16 и 18. В то же время, ванты б, 12 и 18 являются общими для пар смежных плоскостей, расположенных под углом друг к другу и проходяйих через ванты 3, 6, 18 и 6, 10 и 12, или через ванты 6, 10, 12 и 12, 16 и 18. При попытке с помощью внешних сил вывести любой узел из плоскости, усилия сопротивления оказывают все плоскости одновременно, стремясь возвратить узел в первоначальное положение. Важной статико-геометрической особенностью вантово-стержневых плоскостей, проходящих через точки 4, 9, 5, 11; 4,15, 11, 7 и 4, 1 17, 5 является то, что их стороны соответственно параллельны, 4, 9 параллельна 11, 15, 4, 5 и 11, 17, 4, 1 и 17, 5 (на фиг, 2). Указанная особенность позволяет вычислить угол взаимного поворота Ы оснований. Углы Ы и ф равны, как смежные, заключенные между двумя параллельными. Очевидно, что угол ф равен половине внутреннего угла треугольника, имеющего концы 9, 1 и 15. По известной формуле внутреннего уг- ла правильного многоугольника получим о 1= ф= (180 - З - ):2, При неправильном многоугольнике основания углы взаимного поворота оснований будут равны половине каждого внутреннего угла многоугольника. Для осуществления предварительно напряженного пространственного строительного элемента с произвольной формой основания и соответственным числом жестких стержней, необходимо выполнить на чертеже в плане многоугольник нижнего основания, например, объединяющий точки 1, 9 и 15. Угол поворота верхнего основания определим, проведя биссектрисы внутренних углов нижнего основания, которые соединяясь в центре, образуют подвешенный узел 4. Через этот узел проведем линии параллельные сторонам нижнего основания: параллельно 1, 9, 4, 11 и 9, 15; 4, 17 и 15, 1; 4 и 5; 4, 11 и 4, 17 представляют собой биссектрисы углов многоугольника верхнего основания, длина которых равна длине смежной биссектрисы нижнего основания, например, 4, 9 равна 4, 5; 4, 15, равна 4, 11; 4, 1, равна 4, 17. Соединив противоположные точки взаимно-повернутых треугольников, получим в плане направление и границы жестких стержней 2, 8 и 14. По направлению линий биссектрис верхнего основания проведем ванты 6, 12 и 18, соединяющие верхние концы жестких стержней с пролетной частью смежного жесткого стержня в точках 7, 13 и 19. После построения плана вантовостержневого элемента зададим его высоту, Снеся с плана на вертикальную проекцию основные узловые точки, получим боковую проекцию(фиг, 3). По двум полученным проекциям, аналитически или способом известным из начертательной геометрии, определим натуральную величину каждого элемента, Для получения конкретных размеров чертежи следует выполнять в едином масштабе. Соединяя изготовленные в натуре стержни и ванты в маркировочном порядке, получим предварительно напряженный вантовостержневой пространственный строительный элемент.Известный элемент относится к числу мгновенно-жестких систем и содержит на пятнадцать связей меньше, чем это необходимо для геометрически неизменяемой системы. При трех жестких элементах общее число вант уменьшится с девяти до шести; на 37/О сократится суммарная длина растянутых элементов; каждый узел удерживается только одной вантой; суммарная длина вант предлагаемой конструкции на ЗОО/о меньше суммарной длины жестких стержней, уменьшение свободного пролета вант и жестких стержней повышает жесткость конструкции; уменьшается вес элемента.Целесообразная область использования предварительно напряженного пространственного строительного элемента - устройство покрытий, пролетных конструкций, каркасов, мачт и т. п. средних, малых и больших пролетов, не имеющих значительно, неравномерно распределенных и точечных нагрузок. Покрытие типа структур могут зо монтироваться как из одинаковых, так и разных многократно повторяющихся элементов без применения специальных строительных лесов, например, монтаж на весу с помощью крана. Возможны варианты конструкций, геометрически неизменяемые и изменяемые. Разъединение одной из вант в любом узле превращает пространственную систему в плоскую, компактно укладывающуюся для транспортировки. Эта особенность позволяет запроектировать систему так, чтобы она трансформировалась, и могла быть самовозбудимой. Ванты могут быть в жестком и гибком исполнении. В качестве материала для жестких и гибких частей может быть использован металл, пластмассы, дерево, бетон и т. д. Жесткие и гибкие стержни могут быть раздвижными, надувными, пружинящими и т. д.Формула изобретенияПредварительно напряженный пространственный строительный элемент, включающий дискретно расположенные жесткие стержни и соединяющие их ванты, объединяющие один из концов каждого стержня с подвешенным узлом, а другой конец каждого стержня соединен вантой с одним из смежных стержней, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения длины вант и веса элемента, ванта, соединяющая другой конец каждого стержня прикреплена к смежному стержню в точке, лежащей на линии, направленной от этого конца к подвешенному узлу,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции1377290, кл. Е 04 Вопублик. 1964,2. Авторское свидетельство СССР424954, кл. Е 04 С 3/00, 1974.ого комитета С ний и открыти Раушская наб жгород, ул. Пр Государственн елам изобрете сква, Ж - 35, Патент, .г. У д. 4/5 ктная, 4 Соста Техред Тираж тель В, Павл