Конструкции структур и узлы сопряжений

Конструктивные решения структурных плит отличаются столь боль­шим многообразием, что нет возможности описать их все подробно. В мировой практике применения структур насчитывается около 130 раз­личных систем, отличающихся прежде всего конструкцией узла сопряже­ния стержней. Именно в узле сопряжения сосредоточены главные осо­бенности технологии изготовления и сборки конструкции, определяю­щие отличия одной системы от других.

Одной из первых нашла применение в строительстве система немец­кой фирмы «Меро» (1942 г.), предложившей пространственно- стержне­вые сборно-разборные каркасы кристаллического строения для зданий военного назначения. Позднее такие конструкции нашли применение и в мирном строительстве. В отечественной практике эта система была не­сколько усовершенствована В.К. Файбишенко и другими конструктора­ми и получила название «системы МАрхИ» (Московский архитектурный институт).

Узел системы «Меро» (МАрхИ) состоит из литого сферического, по­лусферического, либо многогранного элемента-коннектора с высверлен­ными в нем отверстиями для болтов по числу примыкающих стержней (рис, 7.7). Иногда коннекторы изготовляют из стержневых заготовок мно­гогранного (например, шестигранного) сечения. Болт пропускают в от­верстие плоского п1ншндрического вкладыша, запрессованного в торец трубчатого стержня и приваренного к нему. Между торцами коннектора и вкладыша размещают поводковую втулку шестигранного сечения с от­верстием под болт, снабженную штифтовым фиксатором. Болт с помо­щью втулки завинчивают в коннектор до плотного касания между втул­кой и торцевыми поверхностями, что обеспечивает передачу сжимающих усилий через втулку и площадки касания, а растягивающих-—через болт. Стержни этой системы обладают высокой компенсационной спо­собностью, что облегчает сборку. Компенсационной способностью назы­вают возможность сборки, не взирая на неточности изготовления стерж­ней. Недостатком конструкции является относительно высокая трудоем­кость изготовления элементов узла. Система сборно-разборная, трудоем­кость монтажа 1..Л,5 чел.-ч/м² перекрываемой площади.

Структуры МАрхИ базируются на применении унифщщрованных стержней и узловых коннекторов. Стержни из круглых труб с диаметром и толщиной от 60/3 до 146/10 имеют длину 1,5; 2 н 3 м. Общее число ти­пов сечений унифицированных стержней обычно не превышает 10, В од­ной плите, как правило, используют не более 4...5 типов сечений. Придлине стержней 3 м высота плиты составляет 2,12 м* Плиты предназна­чены для пролетов 18... 36 м, при необходимости предусматривают кон­соли за счет смещения опорных конструкций от краев плиты к центру Сечение коннекторов в плане — восьмиугольник, при этом используют два типа коннекторов с наибольгшгми размерами в плане 120x120 и 150x150 мм.

В системе <<Октаплатт>> (ФРГ, 1957 т.) сделана попытка облегчить и упростить узлы. Узловой элемент выполняют здесь в виде полого шара из двух штампованных половин, сваренных на подкладных кольцах. Стерж­ни из труб, обрезанные под прямым углом/приваривают к шаровым эле­ментам на монтаже (рис. 7.8, а). Достоинства узла заключаются не только в его относительной простоте, но и в свободе примыкания стержней под любым углом. Недостатки — отсутствие компенсационной способности стержней и большой объем монтажной сварки. По данным авторов конст­рукции узла наибольшее усилие на стержень (при использований труб диаметром 65.. Л15 мм) составляет 350 кН и определяется несущей спо­собностью сварного шва в примыкании к шару. Система «Триодетик», разработанная в Канаде (1962 г., фирма «Фен-тимен»), привлекла внимание специалистов своей оригинальностью. Для соединения трубчатых стержней со сплющенными концами применяют узловой цилиндр с прорезями. Сплющенные концы труб подвергают спе­циальной обработке в соответствии с прорезями (рис: 7.8, б ). Все трубы, сходящиеся в узле, фиксируют в прорезях 1шлиндра одним зажимным болтом. Система была запроектирована для конструкций из алюминие­вых сплавов, что позволяло использовать метод экструзии для получения стержневой заготовки специального профиля и изготовления узловых ци­линдров простой нарезкой кусков из этой заготовки. Позднее появились структуры такой системы из стали с иной технологией производства уз­ловых цилиндров (механическая обработка). Главное достоинство систе­мы— малая трудоемкость сборки — 0,2 чел.-ч/м².

Конструкция узла, близкая к только что рассмотренной,, предложена для структур системы «Берлин». К сплющенным концам трубчатых стержней приваривают клиновидные калиброванные наконечники, обра­зующие при сборе в узел цилиндр с отверстием внутри (рис. 7.8, в). Торцы цилиндра закрывают стальными крышками с бортами по наружному кон­туру и стягивают в узле шпильками. Растягивающие усилия в узле пере­даются наконечниками через крышки, а сжимающие — через плоскости контакта наконечников. Узел прост в сборке при условии высокой точно­сти изготовления.

В узле системы «Дю Шато» (Франция) применены узловые штампо­ванные фасонки (рис. 7.8, г ). В каждой из двух фасонок предусмотрено по 6 полукруглых выемок, образующих после соединения фасонок узло­вой элемент с отверстиями для трубчатых стержней. Фасонки сваривают между собой по наружным линиям площадок касания. Стержни вставля­ют в отверстия и обваривают, образуя таким образом верхнюю или ниж­нюю сеть. Раскосы и стойки приваривают к наружным поверхностям уз­лового элемента (одной из фасонок). Узел обладает неплохой компенса­ционной способностью и довольно прост. Недостаток узла—большой объем монтажной сварки.

Система «Юнистрэт» (США) также основана на использований штампованных фасонок (рис. 7.8, е ), отличающихся тем, что при штам­повке создается восемь плоскостей (по числу примыкающих стержней). В плоскостях выполняют отверстия для крепления стержней из прокат­ных или гнутых профилей (уголков, тавров, швеллеров и т. п.). Решение направлено на снижение трудозатрат при изготовлений и монтаже.

В узле «ЦНИИСК» (рис. 7.8, д ) нет никаких дополнительных элемен­тов. Концы труб сгшющивают и в раскосах обрезают под нужным утлом. Стержни при сборке закрепляют в специальном фиксаторе так, что меЖДУ их торцами образуется свободное ггространство, которое заполняют рас*плавленным металлом в процессе ванной сварки. Предполагается, что узел образует равнопрочное соединение с основными стержнями. Основ­ное достоинство узла — минимальная металлоемкость: расход расплав­ленного металла — около 1,5 % от массы структуры, тогда как в других решениях расход металла на образование узлов составляет 5...7 %, а в не­которых системах — более 10 %. Недостатки узла — ограниченная ком-пенсанионнаяспособность и значительный объем монтажной сварки.

Для структур свойственно то же, что и для других конструктивных решений: их достоинства имеют и оборотную сторону. В целях унифика­ции и удобства транспортирования трубы или прокатные профили дли­ной 12 м разрезают на короткие стержни, а затем из стержней (и узловых элементов) составляют поясные сетки. Всегда ли это необходимо? Конеч­но, не всегда. Возможны и иные решения, в которых кристаллические структуры создают с использованием плоских ферм, либо пространст­венных пирамид с основанием в виде треугольника, прямоугольника (квадрата), шестиугольника и т.п. Фермы (пирамиды) объединяют между собой в пространственную систему с помощью линейных элементов, длина которых также часто превышает размер ячейки поясной сетки (на­пример, кратна ей).