Новые конструктивные решения узловых соединений стержней структурных башен

Разработаны схемы трехгранных и четырехгранных структурных башен призматического и пирамидального очертания. Разработаны также два варианта новых конструктивных решений узловых соединений стержней для трехгранных и четырехгранных структурных башен, включающие новые узловые элементы. Стержни соединяются в узловых элементах одним болтом, работающим на двойной поперечный срез.

В современной практике возведения высотных сооружений традиционно применяются свободностоящие решетчатые пространственные башенные конструкции, трехгранные и четырехгранные, призматического и пирамидального очертания. Эти башни, как правило, состоят из трубчатых поясов, распорок, раскосов и элементов диафрагм.

Автором статьи разработаны схемы и узлы соединения стержней структурных трехгранных и четырехгранных башен призматического и пирамидального очертания, у которых в отличие от традиционных башен, функции поясов и раскосов совмещены. Структурные башни состоят из горизонтальных диафрагм, расположенных на определенном расстоянии по высоте башни, и универсальных трубчатых наклонных стержней соединяющих эти диафрагмы в узловых элементах [1 и 2].

В трехгранных структурных башнях (рис.1) диафрагмы состоят из трех трубчатых стержней (распорок) образующих равносторонние треугольники, которые чередуются по высоте башни положением вершин и оснований. В четырехгранных структурных башнях (рис.2) диафрагмы состоят из четырех трубчатых стержней (распорок), образующих квадрат, у которого два противоположных угла соединены диагональю для обеспечения геометрической неизменяемости. Диафрагмы также расположены на определенном расстоянии по высоте башни. В углах смежных диафрагм расположены узловые элементы, к которым наклонно крепятся соединительные стержни, образуя грани башни в виде равнобедренных треугольников. Такое конструктивное решение обеспечивает геометрическую неизменяемость башни (рис. 3).

На концах трубчатых универсальных стержней выполнены два симметрично расположенных наклонных плоских среза для установки наклонных фасонок, которые изогнуты в месте примыкания к узловому элементу (рис. 4). Эти фасонки предварительно соединены между собой поперечной планкой и ребром жесткости, образуя вилку, которая вставляется в наклонные срезы конца трубчатого стержня и жестко соединяется сваркой. Такое конструктивное решение обеспечивает работу болтов на двойной поперечный срез, что вдвое увеличивает его несущую способность при восприятии усилий сжатия или растяжения. Для предотвращения отгиба наклонных фасонок устанавливаются шайбы, прямой край которых расположен в месте изгиба фасонок [3].

Важнейшим и определяющим в структурной башне является узловое монтажное соединение стержней.

Характерные особенности структурных башен:

• 1.    Функции поясов и раскосов башни совмещены в наклонных соединительных стержнях.

• 2.    Все трубчатые элементы башни и узловые элементы однотипны и унифицированы.

• 3.    Возможность поточного изготовления конструкций.

• 4.    Элементы конструкций легко перевозятся в компактной упаковке.

Автором статьи разработаны два варианта новых конструктивных решений узловых соединений стержней. К первому варианту соединений относятся узловой элемент У1 предназначенный для трехгранных башен и У3 – для четырехгранных башен. Ко второму варианту соединений относятся узловой элемент У2, предназначенный для трехгранных башен и У4 – для четырехгранных башен.

Узловой элемент У1 (рис.1 и 5) состоит из двух горизонтально расположенных частично обрезанных дисков с центральными отверстиями, в которые вставлен отрезок круглой стали диаметром примерно 100 мм. Между этими дисками приварены две фасонки с отверстиями для болтового соединения с трубчатыми универсальными стержнями диафрагм. Причем эти стержни примыкают к узловому элементу под углом 60 градусов. К дискам приварены фасонки с отверстиями для болтового соединения с наклонно расположенными универсальными трубчатыми стержнями. Узловой элемент У3 (рис.2) аналогичен узловому элементу У1.

Узловой элемент У2 (рис.1) состоит из вертикально расположенного диска и центрально приваренного к нему отрезка трубы с противоположной заглушкой, к которым радиально приварены две фасонки с отверстиями для болтового соединения с трубчатыми стержнями диафрагм, и четыре фасонки для болтового соединения с наклонно расположенными с трубчатыми стержнями смежных диафрагм. Узловой элемент У4 (рис. 2) аналогичен узловому элементу У2.

Все стержни в структурных башнях соединяются в узловых элементах одним болтом, работающим на двойной поперечный срез. Причем диаметр болтов может меняться в зависимости от усилий в соединительных трубчатых стержнях. Крепление соединительных стержней к узловым элементам может быть фрикционным на высокопрочных болтах. Такое конструктивное решение позволяет компактно и надежно соединять стержни в узловых элементах. Для унификации узловых элементов желательно чтобы наклон соединительных стержней был одинаков (примерно 60 градусов). Пирамидальные нижние секции башен могут легко переходить в призматические верхние секции (рис.6). Наклонные грани пирамидальных башен могут иметь прямое или параболическое очертание. Структурные башни обладают высокой технологичностью изготовления и монтажа. Они могут использоваться для установки антенн телевизионной, радиорелейной и мобильной связи, а также для установки газоотводящих труб.