Новые узловые соединения стержней структурных покрытий Кагановского

В мировой практике строительства широко применяются структурные покрытия, которые состоят из трубчатых стержней и узловых элементов. В статье отмечены характерные особенности структурных покрытий. Рассмотрены и проанализированы конструктивные особенности наиболее распространенных структурных систем “MERO” и “БрГТУ” (Брестский государственный технологический университет). Отмечены их недостатки. Для устранения этих недостатков автором статьи, за счет применения других элементов и их взаимодействия, разработана новая система узловых соединений стержней структурных покрытий. Предлагаются три типа узловых элементов и универсальных трубчатых стержней. Рассмотрены две схемы структурных покрытий, у которых в узловом элементе соединяются 8 и 9 стержней.

В мировой практике строительства широко применяются структурные покрытия, которые состоят из трубчатых стержней и узловых элементов (рис .1 и 2). Важнейшим и определяющим в структурном покрытии является узловое соединение стержней.

Характерные особенности структурных покрытий:

• 1.    Номинальная длина всех стержней одинакова.

• 2.    Стержни и узловые элементы однотипны.

• 3.    Максимальная унификация стержней и узловых элементов.

• 4.    Возможность поточного изготовления конструкций.

• 5.    Элементы конструкций легко перевозятся в компактной упаковке.

• 6.    Конструкции покрытий могут собираться на земле и в собранном виде подниматься и устанавливаться на колонны.

• 7.    Повышенная надежность от внезапных разрушений.

• 8.    Возможность перекрывать большие пролеты.

• 9.    Архитектурная выразительность.

В настоящее время наиболее распространенными структурными системами являются MERO и БрГТУ (Брестский государственный технологический университет).

В структурной системе MERO (рис. 3) узловой элемент представляет собой стальной шар с глухими резьбовыми отверстиями для болтового соединения стержней. На торцах трубчатых стержней расположены специальные болты, работающие на продольную передачу усилий сжатия или растяжения. Эти болты, свободно вращаясь в конусных наконечниках трубчатых стержней, ввинчиваются в резьбу узлового элемента при помощи специальных безрезьбовых гаек. Такое конструктивное решение сложно в изготовлении и требует повышенного качества и машиностроительной точности. Кроме того, от изгибающих моментов, возникающих в узлах при естественном прогибе смонтированного покрытия, появляется опасность разрушения в районе свободной резьбовой части болтов, из - за концентрации напряжения.

В структурной системе БрГТУ (рис. 4 и 5) узловой элемент представляет собой полый шар с отверстиями, в которых предварительно устанавливают изнутри и закрепляют наружными гайками специальные болты с шайбами для последующего монтажного соединения со стержнями. Этот шар на заводе изготовителе собирают из двух полусфер с их последующей сваркой. К торцам трубчатых стержней приваривают по контуру специальные гайки с резьбовыми отверстиями. При работе этих болтов на продольное сжатие возможна потеря устойчивости трубчатого стержня из-за смещения болта в отверстии узлового элемента, диаметр которого больше диаметра болта, а также возможно разрушение в районе свободной резьбовой части болта из-за концентрации напряжения от узлового изгибающего момента. Такое конструктивное решение также сложно в изготовлении и требует повышенного качества и машиностроительной точности.

Для устранения вышеуказанных недостатков автором статьи за счет применения других элементов и их взаимодействия разработана новая система узловых соединений стержней структурных покрытий. Предлагается три типа узловых элементов и универсальные трубчатые стержни.

Узловой элемент К1 (рис. 6 и 7) представляет собой горизонтальную пластину с отверстиями для болтового соединения стержней поясов, и крестообразный листовой элемент с отверстиями для болтового соединения стержней раскосов.

На концах универсального трубчатого стержня (рис. 8) выполнены два симметрично расположенных наклонных плоских среза для установки накладных фасонок, которые изогнуты в месте примыкания к узловому элементу. Эти фасонки предварительно соединены между собой поперечной планкой и ребром жесткости, образуя вилку, которая вставляется в наклонные срезы концов трубчатого стержня, и жестко соединяются сваркой. Такое конструктивное решение создает возможность установки болта, работающего на двойной поперечный срез. Для предотвращения отгиба накладных фасонок устанавливаются шайбы, прямой край которых расположен в месте изгиба фасонок [1].

Узловой элемент К2 (рис. 9 и 10) представляет собой отрезок трубы с двумя торцевыми заглушками, между которыми вертикально установлены фасонки с отверстиями для болтового соединения стержней поясов. К одной заглушке приварен крестообразный листовой элемент с отверстиями для болтового соединения стержней раскосов.

Узловой элемент К3 (рис.11 и 12) представляет собой диск из листовой стали с центральным отверстием, в котором расположен отрезок круглой стали, диаметром примерно 70 мм. С одной стороны диска расположены фасонки с отверстиями для болтового соединения стержней поясов, а с противоположной стороны диска расположены аналогичные фасонки для болтового соединения раскосов.

Для структурного покрытия П2, где в узловом соединении сходятся 9 стержней, узловой элемент выполняется по типу К2.

Выводы.

• 1.    Новые узловые соединения стержней структурных покрытий К1, К2 и К3 просты в изготовлении. Для них не требуется повышенного качества и машиностроительной точности изготовления.

• 2.    Работа стандартных болтов на двойной поперечный срез в 2,0 – 2,5 раза увеличивает их несущую способность по сравнению со специальными болтами в соединениях стержней системы MERO и БрГТУ, где болты работают на сжатие, растяжение и изгиб.

• 3.    В новых узловых соединениях стержней исключается опасность разрушения болтов от концентрации напряжения

• 4.    Вертикальное положение фасонок в узловых элементах К2 и К3 позволяет соединять стержни поясов под определенным углом, что создает возможность использования этих узловых элементов в арочных и купольных структурных конструкциях.

• 5.    Новые конструктивные решения технологичны в изготовлении и монтаже. Они надежны при эксплуатации сооружений.

при воздействии узловых изгибающих моментов, так как они не подвержены изгибу.