способ создания конструктивных схем строительных ферм
Классы МПК: | E04C3/08 с решетчатыми стенками, например составленными из стержней |
Автор(ы): | Дворников Л.Т., Климова И.С. |
Патентообладатель(и): | Сибирский государственный индустриальный университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-07 публикация патента:
27.04.2000 |
Изобретение относится к области строительства, а конкретно к способах создания строительных ферм. Технической задачей изобретения является создание способа сложных ферм различного назначения. Способ включает установление потребного числа стержней и узлов, удовлетворяющих условию ее статической определимости, при этом по найденному числу стержней определяют число звеньев кинематической цепи, представляющей собой структурную группу Ассура, производят выбор наиболее сложного звена цепи и находят все виды и числа звеньев цепи, а затем строят кинематическую цепь при условии, когда она имеет два выхода, и проводят процедуру связывания кинематических пар в узлы с замыканием выходов на опоры. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ создания конструктивных схем строительных ферм, включающий установление потребного числа стержней и узлов, удовлетворяющих условию ее статической определимости, отличающийся тем, что по найденному числу стержней определяют число звеньев кинематической цепи, представляющей собой структурную группу Ассура, производят выбор наиболее сложного звена цепи и находят все виды и числа звеньев цепи, а затем строят кинематическую цепь при условии, когда она имеет два выхода, и проводят процедуру связывания кинематических пар в узлы с замыканием выходов на опоры.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к строительству, а конкретно к способам создания строительных ферм. Известные фермы, например ферма Шухова [1, стр. 106, рис. 4.16] является результатов изобретения автора, из этого подхода невозможно было отыскать какого-либо стройного способа-алгоритма, и все последующие фермы создавались, как правило, не в связи, а вопреки известному способу. Известен [1, стр. 18, второй абзац сверху] способ создания строительных ферм путем последовательного присоединения к основному треугольнику узлов, а именно двух стержней, не лежащих на одной прямой, соединенных шарнирно. Любое соединение трех стержней в такой схеме может быть принято в качестве базового треугольника. Можно утверждать, что именно способ наращивания неизменяемого треугольника присоединения путем стержней с одним узлом, есть единственный отработанный способ, который и может быть принят в качестве прототипа. Главными недостатками способа прототипа является невозможность создания сложных ферм и примитивизм получаемых конструкций. Задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволил бы создавать сложные фермы. Решение поставленной задачи достигается тем, что по найденному значению числа стержней и узлов, определяется число звеньев кинематической цепи, представляющей собой группы Ассура, составляется универсальная структурная система с выбором наиболее сложного звена цепи и находятся все виды звеньев цепи. Затем строится кинематическая цепь при условии, когда она имеет два выхода и проводится связка кинематических пар в узлы. Замыкание выходов на опорах - заключительный этап построения ферм. Сущность способа заключается в следующем. На фиг.1 - схема кинематической цепи. На фиг.2 - схема строительной фермы. Введем понятие![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
p =
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
где ai - звенья, добавляющие по i пар в кинематическую цепь. Общее число звеньев цепи тогда определится как
n = 1+a
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
Известно [1] , что для статически определимой неизменяемой фермы между числом стержней n и числом узлов S существует связь
nф = 2S-3 (3)
Найдем связь между параметрами зависимости (3) и параметрами кинематических цепей. В соответствии с широко известным принципом Ассура Л.В. [2, стр. 52, 12] все механические подвижные системы создаются путем присоединения к ведущим звеньям таких групп звеньев, подвижность которых равняется нулю, т.е. группам Ассура. Подвижность плоских шарнирных механических систем определяется [2, стр. 40, формула (2.6)] известной формулой Чебышева П.Л. W = 3n - 2p (4)
где W - подвижность или число степеней свободы системы,
n - число звеньев,
p - число шарниров в системе. Группа Ассура удовлетворяет условию W = 0, т.е. na = 2p/3 (5)
Здесь na обозначает число звеньев группы Ассура. При подсчете стержней звено, соединяющее ферму со стойкой в подвижной опоре в формуле (2) не учитывается, поэтому всегда между na и nф существует связь
na = nф|1. (6)
Из (5) и (3) следует, что любая ферма может быть получена из групп Ассура при условии, что число узлов в ферме S определится как
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148133/2148133-2t.gif)
Для любой плоской кинематической цепи из зависимостей (1), (2) и (4) можно составить систему
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148133/2148133-3t.gif)
По этой системе можно найти все виды и количество звеньев кинематической цепи, необходимой для построения групп Ассура. Обратимся к понятию числа ветвей кинематической цепи. Число ветвей или параметров
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/947.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/947.gif)
Когда цепь сложная, т.е. в ней присутствуют изменяемые замкнутые контуры, число свободных выходов цепи
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/948.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/945.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/947.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/945.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/948.gif)
Для того чтобы из кинематической цепи, представляющей собой группу Ассура, синтезировать ферму, необходимо произвести совмещение или связывание кинематических пар в узлы. Пользуясь этой процедурой, можно из известной фермы путем перевязывания узлов получать иные формы ферм, в которых число стержней и число узлов будет одинаковым и соответствовать условию (3). Рассмотрим предлагаемый метод создания плоской двухопорной фермы, состоящей из 9 стержней и 6 узлов. По зависимости (6) группа Ассура имеет 10 стержней, а по (5) число кинематических пар V класса в цепи - 15. Для построения кинематической цепи такой группы необходимо определить виды и количество звеньев цепи ai, предварительно задавшись
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148133/2148133-4t.gif)
Решениями системы (11) будут
a3 = 1, a2 = 0, a1 = 8 и
a3 = 0, a2 = 2, a1 = 7. Оба решения пригодны для синтеза групп. Воспользуемся первым решением, когда в цепи кроме базового четырехугольника (
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148060/964.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/948.gif)
![способ создания конструктивных схем строительных ферм, патент № 2148133](/images/patents/323/2148017/945.gif)
1. Дарков А.В. Шапошников Н.Н. Строительная механика. - М.: Высшая школа, 1986, 607 с. 2. Артоболевский И.К. Теория механизмов и машин. Издание 4-е. - М.: Наука, 1988.
Класс E04C3/08 с решетчатыми стенками, например составленными из стержней