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"Procédé de création de constructions métalliques et dispositifs . de jonction pour celles-ci".
EMI1.1
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La présente invention est relative à un procédé de création de constructions métalliques de nombreux types différents, et elle est spécialement applicable à des constructions géodésiques, des ossatures ou charpentes dans l'espace, des dômes et des voûtes en berceau, des tours et des mâts. L'invention se rapport également à des dispositifs de jonction convenant pour l'utilisation dans un tel procédé.
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Dans les nombreux cas où on doit concevoir des struc- tures métalliques, il est connu que l'on peut utiliser divers agen- cements de structure géodésiques ou de charpentes dans l'espace, et ces agencements peuvent fréquemment n'exiger qu'une fraction des matériaux de construction nécessaires pour les formes plus tradi- tionnelles de construction comprenant des fermes et des poutrelles courantes.
Toutefois, l'économie en matériaux a généralement été contrebalancée jusqu'à présent par le coût'- très élevé de la con- ception des strùctures géodésiques et des charpentes dans 1'espace, le coût très élevé des dessins détaillés nécessaires pour la fa- brication des éléments constitutifs, et le coût et la complexité des joints utilisés dans ces structures. La plupart des,systèmes de jonction utilisés jusqu'à présent sont tels qu'ils ne peuvent pas être simplement boulonnés ensemble sur place à la manière de , profilés normaux.
Il en résulte qu'en dépit de leurs avantages théoriques, les structures géodésiques et les charpentes dans l'espace n'ont été que relativement rarement utilisées, et celles qui existeront été limitées généralement à des dûmes sphériques et à des grilles orthogonales planes simples, rarement à plus de deux couches.
La présente invention concerne un dispositif de jonc- tion pour les besoins de la construction, ce dispositif comprenant un certain nombre de pièces constitutives boulonnées pour former un ensemble, chaque pièce constitutive ayant une surface partiel- lement sphérique ou un élément d'une telle surface suivant un coté écarté du centre de l'ensemble.
Le terme "boulonné" et les termes apparentés que l'on utilise dans la description et les revendications doivent être con- sidérés dans un sens très général en englobant d'une façon géné- rale tous les dispositifs de fixation appropriés.
La présente invention concerne également un dispositif
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de jonction pour les besoins de la construction, ce,dispositif comprenant des parties constitutives similaires boulonnées ensem- ble pour former une figure fer.mée symétrique passant par les trous de boulon , dont les axes recoupent alors les sommets d'un polygone régulier, chaque pièce constitutive présentant, d'un coté éloigné du centre de la figure, une surface partiellement sphérique ou au moins un élément d'une telle surface.
,La présente invention prévoit également l'inclusion, dans un dispositif de jonction tel que défini dans l'un ou l'autre des paragraphes précédents, d'une pièce constitutive sur ledit côté éloigné de laquelle est soudé un élément structurel conformé à son extrémité ainsi soudée pour coopérer de façon universelle avec la surface partiellement sphérique ou avec au moins un élé- ment d'une telle surface , de sorte que la soudure peut être réali- sée suivant une variété d'angles d'approche de l'élément par rapport au segment.
La présente invention concerne également un procédé de création d'une construction de bâtiment , comprenant la prévi- sion de dispositifs de jonction, tels que définis dans l'avant- dernier paragraphe précédent, et d'éléments de construction pou- vant coopérer avec ces dispositifs, et l'aseemblage des disposi- tifs et des éléments sur un gabarit capable de maintenir en posi- tion les dispositifs dans l'espace suivant des mesures coordonnées quelconques données et des rotations angulaires autour d'axes de repaire rectangulaires fixes, comme déterminé par calcul.
Il est possible en vertu de la présente invention et à l'aide d'un calculateur électronique,convenablement programmé , de réaliser une analyse de conception de deux ou trois structures dimensionnelles et de choisir des éléments structurels convenables pour ces structures, à un coût raisonnable, même lorsque ces struc- tures consistent par exemple en dûmes ou en d'autres surfaces pré- sentant des courbures multiples.
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Le but et l'effet de la présente invention est de per- mettre d'utiliser des données convenables dérivant de tels pro- grammes de calculateur , et ce directement à l'atelier, de sorte que des dessins détaillés sont éliminés, le coût de fabrication est fortement réduit et la production à grande échelle de struc- tures géodésiques et d'ossatures dans l'espace compliquées est rendue possible à des frais globaux qui sont inférieurs à ceux à prévoir même pour les procédés de construction les plus courants, généralement utilisés jusqu'à présent.
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Dans la mise en oeuvre d'un procédé suivant la présente invention, on utilise (a) une nouvelle forme de dispositif de jonction qui, bien que de forme générale régulière est capa- ble de s'accomoder d'éléments s'approchant de lui suivant des an- gles irréguliers et peut être assemblé par boulonnage (b) la présentation de certainesvaleurs calculées appropriées à la cons- truction suivant une forme convenable, et (c) un gabarit ou dispo- sitif universel spécial qui peut facilement être déterminé en uti- lisant les valeurs calculées et faciliter ainsi la production pré- cise et à bon marché des éléments de structure.
Le gabarit, iors- qu'il est correctement déterminé , est un analogue mécanique des éléments quelconques donnés d'une structure et il permettra la mise en position précise des pièces constitutives , de manière qu'un élément soit attaché à des éléments contigus de la structure , même si cette structure peut être d'une grande complexité ou irrégularité.
La présente invention est spécialement avantageuse pour une utilisation avec des éléments de construction de forme tubu- laire, mais elle peut être adaptée pour des éléments de sections transversales différentes , lorsque ceci est désirable. De plus, bien que l'invention concerne principalement des structures à petit nombre de barres, c'est-à-dire des struc&es é;ablies en partant d'éléments simples, la présentation des valeurs calculées
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en pourrait s'appliquer à des structures établies/partant de sous- assemblages à eûtes multiples, par exemple des sous-ossatures triangulaires.
Certaines formes de réalisation de l'invention seront décrites ci-après, à tire d'exemples non limitatifs et avec réfé- rence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en perspective explosée d'une moitié d'un dispositif de jonction suivant l'invention, les boulons et écrous de fixation étant omis et les parties terminales de trois éléments de structure reliés au dispositif étant représentées.
La figure 2 est une vue'semblable à la figure 1 mais d'une variante de réalisation.
La figure 3 est une vue en perspective explosée d'un dispositif de jonction suivant une autre variante.
La figure 4 est une vue semblable à la-figure 3 mais d'une autre variante encore.
La figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif de jonction suivant une autre variante encore de l'invention, cette vue montrant les parties terminales de six éléments de structure reliés au dispositif.
La figure 6 est une vue eu perspective explosée illus- trant une autre forme de réalisation d'un dispositif de jonction suivant l'invention, convenant pour des structures à trois di- mentions.
Les figures 7 et 8 sont des vues semblables à la figu- re 6 mais montrent des variantes de réalisation.
Les figures 9 et 10 sont des vues en perspective schéma- tiques de gabarits convenant pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention.
La figure 11 est une vue à plus grande échelle, illus- trant un. détail de l'extrémité de gauche de la figure 10.
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La figure 12 est une vue en perspective schématique d'un autre gabarit convenant pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention.
La figure 13 est une illustration schématique de la présentation par le calculateur d'informations ayant trait au gabarit de la figure 12.
La figure 14 est une vue en perspective explosée d'un dispositif de jonction suivant une autre forme de réalisation de l' invention.
, La figure 15 illustre comment la construction de la figure 14 est modifiée pour des structures à trois dimensions, seule ; la partie de la vue , qui est nécessaire pour cette illustration étant représentée .
Les figures 16 à 19 sont des vues partielles en coupe illustrant chacune une pièce constitutive d'un autre dispositif de jonction suivant l'invention et la manière suivant laquel les pièces constitutives de ce dispositif de jonction sont ..boulonnées , pour former un ensemble.
En se référnat maintenant aux dessins et en premier lieu à la figure 1, le dispositif de jonction qui y ait illustré forme une figure fermée symétrique 20 qui est constituée d'un an- neau externe 21 entourant.une plaque en forme de palet 22 . L'an- neau 21 est une section de sphère et il est symétrique par rap- port à un plan médian qui coïncide avec un plan diamétral de la sphère et par rapport auquel la plaque 22 est symétrique égale- ment, la figure 20 est subdivisée suivant sa circonférence et ra- dial'ement en six segments similaires 23 renforcés chacun par une time 24 prévue;: centralement'et radialement du côté supérieur de ces segments.
Deux trous à boulon 25 sont prévus dans chaque segment et sont disposés centralement dans la plaque de part et d'autre de l'ame 24. Les trous à boulon 2Vsont centrés sur les sommets d'un polygone régulier, c'est-à-dire que les axes des trous à boulon
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recoupent les sommets et sorit parallèles à l'axe du polygone. Un plateau de renforcement en forme de disque 26 s'adapte en dessous de la plaque 22 à l'intérieur de l'anneau 21 et comporte des trous à boulon 27, qui coïncident avec les trous à boulon 25 et permettent un boulonnage individuel des segments ou pièces constitutives 23 sur le plateau 26, l'épaisseur de ce dernier étant telle que la rigidité du dispositif de jonction complet soit aussi élevée que ce que l'on peut désirer.
Les parties terminales des trois dispositifs de struc- ture 28 , 29 et 30 sont représentées comme s'étendant depuis le dis- positif de jonction de la figure 1. Les dispositifs 28,29 et 30 sont des tubes et on notera que le tube 29 est d'un diamètre beau- coup plus grand que.les deux autre Les extrémités des tubes sont découpées à angles droits , de sorte que ces tubes peuvent approcher des surfaces externes partiellement sphériques de la partie annu- laire des pièces constitutives 22 suivant toute un série d'angles
Les tubes sont soudés ou fixés d'une autre manière aux pièces cons- titutives suivant des angles d'approche déterminés par calcul et réalisés grâce à un gabarit, comme on le décrira par la suite.
En considérant maintenant la figure 2, six pièces cons- titutives similaires 31, lorsqu'elles sont assemblées, forment une figure fermée symétrique , bien que dans ce cas, l'anneau externe ne soit pas continu et soit interrompu entre les pièces constituti- ves. Les pièces constitutives 31 sont d'une section sensiblement triangulaire dans le plan du joint et, si on les considère lors- qu'elles sont assemblées, elles consistent chacune en deux eûtes s'étendant radialement 32 et 33 et un coté s'étendant suivant la circonférence 34 les eûtes se reliant suivant des coins arrondis
35. Les eûtes 34 constituent une partie d'un anneau qui est une est section de sphère et/symétrique par rapport à un plan diamétral de la sphère.
Les pièces constitutives comportent des trous à bou- lon 36, centrés sur les sommets d'un polygone régulier c'est-à-dire
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que les axes des trous à boulon recoupent les sommets en question, et elles sont boulonnées , grâce à ces troua, par des boulons 37 recevant des rondelles 39 et des écroas 38. Dans cette forme de réali- sation, les axes des trous à boulon 36 sont perpendiculaires à l'axe de symétrie du polygone. Chaque pièce constitutive est fv,ermée à sa base par une plaque (non représentée) comportant un trou à boulon et les différentes pièces constitutives sont boulonnées sur un plateau de renforcement en forme de disque 40,'présentant des trous à boulon coopérants 41.
Les extrémités de trois éléments de ! structure tubulaires 42 , 43 et 44 sont représentées comme s'éten- dant depuis le dispositif de jonction et, comme précédemment, ces tubes présentent des extrémités découpées à ''.'angles droits, de manière qu'ils puiseent s'approcher et s'adapter contre les sur- faces extérieures partiellement sphériques des côtés 34 des pièces , constitutives 31, suivant toute une série d'angles. Dans ce cas, le tube 42 est d'un diamètre beaucoup plus grand que les deux autres.
La construction du dispositif de jonction représenté à la figure 3 diffère des constructions représentées aux figures
1 et 2 , principalement en ce que les surfaces externes partielle- ment sphériques des cotés extérieurs des pièces-constitutives sont concaves , tandis qu'aux figures 1 et 2, elles sont convexes , c'est- à-dire que les pièces constitutives sont inversées à la figure 3.
Ceci est'-la principale différence entre les constructions des figures 1 et 3. En se référant maintenant plus particulièrement à la figure 3, chaque pièce constitutives 45 comporte une portion de plaque 46 qui est symétrique par rapport à un plan médian qui / coïncide avec un plan diamétral d'une sphère, par rapport auquel la partie annulaire 47 à concavité orientée vers l'extérieur est symétrique.
Une âme de renforcement 48 est prévue centralement et radialement du côté supérieur de la portion de plaque 46 et un trou à boulon 49 est prévu dans cette potion de plaque de chaque côté de l'ame, les trous à boulon 49 ayant le même but que les
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trous à boulon 25 de la figure 1, bien que, dans la présente forme de réalisation, chaque portion de plaque 46 recouvre ou est recou- verte par les deux portions de plaque adjacentes 46 pour la mise en alignement axial des trous à boulon 49 des portions de plaque adjacentes. Le dispositif de jonction assemblé forme une figure fermée symétrique et les trous à boulon 49 sont alors centrés sur les sommets d'un polygone régulier, les axes de ces trous étant parallèles l'axe de symétrie du polygone.
Six éléments tubulaires de structure 50 55 sont représentés et à nouveau des diamètres différents de tube sont prévus. L'extrémité de chaque élément tubu- laire est découpée à angles droits comme précédemment.
A la figure 4 des dessins, la figure fermée symétrique est constituée de pièces constitutives 56 boulonnées ensemble grâce à des boulons, etc, (non représentés) traversant des trous à bou- lon 57 qui sont centrés sur les sommets d'un polygone régulier.
Comme à la figure ?, chaque segment recouvre ou est recouvert par les deux segments adjacents et les axes des trous à boulon 57 sont parallèles' à l'axe de symétrie du polygone. Un plateau de ren- forcement en forme de disque 58 présentant des trous à boulon cor- respondants ou coopérants 59 et appliqué à la surface inférieur renforce le dispositif de jonction, dont les pièces constitutives ont, suivant leurs eûtes supérieurs, des ames centrales de ren- forcement 60 qui sont radiales par rapport au centre géométrique de la figure fermée symétrique.
Les côtés faisant face vers l'ex- térieur des pièces constitutives sont conformés pour présenter des sièges 61 pour les extrémités 62 d'éléments tubulaires de structure
68 à 68, les sièges formant des éléments d'une surface partiellement sphérique , un tel élément de chaque siège étant formé par l'extré- mité de l'âme de renforcement 60, du coté de celle-ci qui est écarté du centre de la figue. Les extrémités 62 sont conformées pour pré- senter une portion de surface de sphère d'un diamètre convenable pour correspondre avec le siège 63 prévu sur chaque pièce cons- titutive .
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A la figure 5, les pièces constitutives 69 sont à trois eûtes, à savoir des côtés 70 et 71 qui sont radiaux par rapport à la figure fermée symétrique qui a sensiblement la forme d'un hexagone régulier , et un coté extérieur 72 qui est un coté de cet hexagone régulier. Les trous prévus pouces boulons 73 destinés à la fixation des pièces constitutives sont centrés sur les som- mets d'un hexagone régulier plus petit, disposé de façon symétri- que à l'intérieur de l'hexagone précédent. Dans cette forme de réa- lisation; les axes des trous des boulons 73 sont perpendiculaires à l'axe des hexagones.
Les cotés extérieurs 72 sont forés centra- lement pour former des sièges circulaires 74 destinés à recevoir les extrémités 75 d'éléments de structure tubulaires 76 à 81, extré- mités qui sont repoussées ou conformées d'une autre manière pour constituer une portion de surface de sphère d'un diamètre convenable pour coopérer avec les sièges forés circulaires 74 prévus dans les pièces constitutives . Les sièges circulaires 74 sont des éléments de surfaces partiellement sphériques.
Les dispositifs de jonction des figures 1 à 5 convien- nent pour des structures planes ou des structure courbes à une seule couche. Lorsqu'il faut prévoir une structure à trois di- mensions, de plus d'une couche, les éléments de structure inter- costaux prévus entre les points constituant des noeuds dans des couches adjacentes sont fixés à leurs extrémités aux dispositifs de jonction , de la manière représentée aux figure 6 à 8 par exemple.
Le dispositif de jonction fondamental des figures 6 à 8 est semblable à celui représenté à la figure 5, .sauf que les pièces constitutives sont fermées à une extrémité.
Dans le dispositif de jonction fondamental des figures 6 à 8, les pièces constitutives 82 de la figure fermée symétrique, qui estsensiblement un hexagone régulier, ont des côtés radiaux 83 et 84 et des cotés extérieurs 85 qui sont ceux de l'hexag6ne, Les boulons prévus pour la fixation des pièces constitutives
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ne sont pas représentés mais les trous pour ces boulons sont centrés sur les sommets d'un plus petit hexagone disposé symétriquement à l'intérieur de l'hexagone précédent.
Les cotés extérieurs 85 sont forés centralement pour former des sièges circulaires 86 pour les extrémités 87 d'éléments structurels tubulaires 88 à 93, extrémités qui sont repoussées ou conformées d'une autre manière pour former une partie de surface de sphère d'un diamètre conve- nable pour correspondre au siège 74 de chaque pièce constitutive.
Les sièges 86 présentent des éléments de surface partiellement sphériques. Chaque pièce constitutive 82 est fermée à une extrémité par une plaque extrême 94 qui présente un trou à boulon 95 prévu centralement. Les trous à boulon 95 sont également centrés suivant les sommets d'un hexagone régulier, 'est-à-dire que leurr axes recoupent ces sommets.
En se référant maintenant plus particulièrement à la figure 6, un plateau de renforcement en forme de disque 96 com- porte des trous à boulon 97 agencés pour coopérer avec les trous à boulon 95 dans le but de boulonner ce plateau 96 au,. dispositif de jonction fondamental. Un élément d'ancrage 98 à six membres entre- croisés est fixé coaxialement , par exemple par soudure, à la face extérieure du plateau 96 , les membres 100 à 105 étant prévus ra- dialement par rapport à l'axe de symétrie central du plateau. Des trous à boulon 106 sont prévus dans les membres susdits et à nou- veau ces trous sont centrés sur les sommets d'un hexagone régulier.
Les éléments structurels intercostaux son%boulonnés aux membres pré- cités et les parties extrêmes de trois élément de cegenre 107, 108 et 109 sont représentées à la figure 6. Comme on peut le voir, les éléments structurels intercostaux sont tubulaires et sont termiês par des plaques 110 présentant chacune une extrémité angulaire dans laquelle est prévu un trou à boulon 111 destiné à coopérer avec l'un des trous à boulon 106 pour la fixation des éléments intercos- taux aux membres 100 à 105, leords 112 des plaques 110 étant alors
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contiguës à la face externe 99 du plateau 96.
Les éléments inter- ; costaux ont leurs extrémités 113 repoussées ou conformées d'une autre façon pour constituer une portion de surface de sphère d'un diamètre convenable pour correspondre avec un siège àcourbure conca ve 114 prévu aux extrémités contiguës des plaques 110, les éléments
107 et autres étant soudés à leurs plaques 110 et autres suivant les angles d'approche prédéterminés.
A la figure 7, le plateau de renforcement est constitué de trois secteurs , dont deux sont représentés, à savoir les sec- teurs 115 et 116. Dans ce cas, trois éléments intercostaux sont ; prévus pour ces secteurs, les exttémités de deux de ces éléments, à savoir 117 et 118, étant représentées . Les plaques 119 ter- minant les éléments intercostaux sont soudées aux secteurs et occupent des positions radiales centrales , et les secteurs ont des trous à boulon 120 de chaque coté des plaques 119 pour coopé- rer avec les trous à boulon 95 en vue du boulonnage des secteurs sur le dispositif de jonction fondamental.
Comme dans la forme de réalisation de la figure 7, les plaques 119 présentent des siè- ges de forme concave 121 pour les extrémités 122 des éléments in- tercostaux, extrémités qui sont repoussées ou conformées d'une autre manière pour constituer une portion de surfaçe de sphère d'un diamètre convenable pour correspondre aux sièges 121. Les éléments intercostaux sont soudés aux plaques suiant les angles d'approche prédéterminés.
A la figure 8, le plateau de renforcement 123 comporte des trous à boulon 124 permettant le boulonnage de ce plateau sur le dispositif de jonction fondamental. Un seul élément intercostal relativement grand 125 est prévu dans ce cas et il est soudé au plateau 123.
En se référant maintenant à la figure 14 des dessins, la construction du dispositif de jonction représentée y diffère decelle représentée aux figures 1 à 5, principalement en ce que
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les parties constitutives ne sont pas toutes d'une forme similaire.
De plus, les surfaces externes , concaves, partiellement sphéri- ques des pièces constitutives 'sont conçues pour s'adapter dans les alésages des éléments tubulaires. A la figure 14, l'ensemble de joint comprend deux types de pièces constitutives, à savoir le type 135 et le type 136 . Deus pièces constituves du type 136 sont utilisées en même temps que quatre pièces constitutives du type 135. Ces six pièces constitutives sont boulonnées ensemble par deux boulons 140 ou plus, avec des rondelles 141 et des écrous 142 ( 4 sont représentés à la figure 14) , qui coopérent avec ces boulons. Le nombre de boulons est déterminé par les conditions de charge.
Les surfaces 143 de contact mutuel entre les deux pièces constitutives du type 36 présentent des saillies et des cavités , les saisies de chaque surface 143 étant complémentaires des cavités de l'autre en assurant de ce fait une robustesse pour résister'aux efforts de cisaillement. Dans l'exemple représenté à la figure 14, les saillies et les cavités sont constituées par des nervures 144 et des rainures 145 prévues en alternance.
Les profils en coupe transversale des nervures 144 peuvent être composés de lignes droitescomme représenté, ou de lignes courbes, ou d'une combinaison à la fois de lignes droites et de lignes courbes. En plan les nervures 144 peuvent être droites comme re- présenté, ou bien elles peuvent être courbes , ou bien encore elles peuvent prendre une forme de"gaufre" , c'est-à-dire qu'elles sont in- terrompues dans le sens longitudinal de sorte que les surfaces 143 ont une conformation quadrillée.
Un rebord 146 s'étend à angle droit depuis un bord longitudinal de chacune des pièces constitutives 136 dans un sens s'écartant des surfaces 143, et une âme transversale centrale 17 également prévue à angle droit, subdivise et s'étend depuis l'autre surface principale de chaque pièce constituive 136 et est formée d'une pièce avec le rebord conrespondant 146. Chaque moitié 148 de la surface subdivisée comporte en alternance des nervures
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149 et des rainures 150, les saillies et les cavités pouvant avoir n'importe quelle autre forme déjà mentionnée, une telle forme ne devant pas nécessairement être la même que celle des saillies et cavités prévues sur les surfaces 143.
A la figure 14, les plans des surfaces extérieures des nervures 144 et 149 ne sont pas pa- rallèles mais ils pourraient l'être si nécessaire. Un bossage 151 est prévu à la jonction du rebord 146 et de l'me 147 de chaque pièce constitutive 136, ce bossage étantcentré sur cette jonction à l'écart de la surface 148, l'axe de ce bossage étant vertical par rapport à la surface 143. Les surfaces périphériques 152 des bossages 151 sont partiellement sphériques et d'allure concave et elles s'adaptent dans les alésages d'éléments tubulaires 153 et
154 qui sont soudés aux bossages suivant des angles d'approche/ qui sont déterminés par calcul et réalisés sur un gabarit, comme on l'expliquera par la suite.
Les pièces constitutives du type 135 ont chacune une surface 155 formée de nervures 156 et de rainures 157 destinées à correspondre aux rainures et aux nervures des demi'-surfaces 148, des pièces constitutives du type 136. Chaque pièce constitutive comporte deux rebords 158 s'étendant à angle droit depuis ces bords latéraux dans un sens s'écartant de la surface 155 et les rebords
158 sont réunis à leurs extrémités extérieures , c'est-à-dire leurs extrémités écartées de l'me 147, avec un bossage 160 faisant face vers l'extérieur. Les axes des quatre bossages 16()se situent dans le mme plan que les axes des bossages 151 mais ne doivent pas né- cessairement s'étendre suivant les mêmes angles depuis les quatre pièces constitutives 135.
Des bossages 160 présentent des surfaces périphériques 161 partiellement sphériques et d'allure concave , qui coopérent avec les extrémités d'éléments tubulaires 162,163,
164 et 165 qui @ont soudés à ces bossages suivant les angles d'ap- proche appropriés. Les éléments tubulaires 162 à 165 peuvent âtre d'un diamètre différent de celui des éléments tubulaires 153 et
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154.
La figure 15 illustre une variante de la figure 14, qui permet la prévision de structures à trois dimensions , cette figure ne montrant que la partie du dispositif de jonction, qui est né- cessaire à cet effet. Les mêmes notations de référence qu'à la figure 14 sont utilisées et la seule différence est que les bossages 151 des pièces constitutives 136 sont centrés sur des axes qui sont inclinés par rapport aux surfaces 143, de manière à recevoir des éléments tubulaires 153 et 154 dont les axes sont dans des plans différents de ceux des éléments 162 à 165 se reliant aux quatre pièces constitutives 135.
La prévision de saillies et de cavités sur et dans les surfaces de contact mutuel entre les pièces constitutives est évi- demment applicable dans toutes les termes de réalisation de l'in- vention, où il y a des surfaces contiguës ou des zones de surfaces contiguës entre les pièces constitutives assemblées.
En se référant maintenant aux figures 16 à 19, on y a représenté des formes de réalisation de l'invention, dans lesquelles les pièces constitutives son%boulonnées à un élément de raidisse- ment qui, dans ces formes de réalisation, est annulaire, et ce grâce à des boulons qui sont radiaux par rapport à l'axe de l'élé- ment de raidissement et recoupent les sommets d'un polygone régu- lier. A la figure 16, l'anneau de raidissement 170 comporte six trous à boulon 171 qui sont centrés sur une ligne circonférentielle seituant à mi-hauteur de l'anneau et dont les axes sont prévus à équidistance le long de cette ligne.
L'unique pièce constitutive
172 qui est représentée présente une surface extérieure concave
173 qui constitue une partie de sphère, et dont un plan diamétral coïncide avec l'axe d'un trou à boulon 171 et celui d'un boulon servant , avec un écrou 175 et une rondelle 176, à fixer la pièce constitutive 172 en place. Un élément tubulaire 177 est fixé à la surface 173 par soudure en 178 , l'extrémité de l'élément tubulaire
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étant découpée à angles droits , de manière qu'elle puisse s'appro- cher et s'adapter contre la surface extérieure partiellement sphéri- que 173 suivant toute une série d'angles.
A la figure 17, l'anneau de raidissement 180 présente six trous à boulon 181, qui sont centrés sur une ligne circonfé- rentielle prévue à mi-hauteur de l'anneau et dont les axes sont répartis à équidistance le long de cette ligne. La seule,pièce cons- titutive 182 qui est représentée est de.section transverale trapézoï- dale et son coté 190 qui est opposé à Panneau 180 présente une ou- verture circulaire 186 centrée set un axe qui coïncide avec celui du trou à boulon 181 grâce auquel cett-e pièce constitutive est boulonnée à l'anneau à l'intervention d'un boulon 183 et d'un écrou coopérant 184, l'axe de cette ouverture recoupant l'axe 185 de l'an- neau 180.
De ce fait, le bord extérieur de Il.ouverture 186 constitue ) un élément de surface partiellement sphérique du coté de la pièce constitutive 182, qui est écartée du centre de la figure fermée symétrique représentée par 1''anneau 180 avec six pièces constituti- ves 182 boulonnées sur cet anneau. Un élément tubulaire 187, dont l'extrémité 188 est ouverte ou conformée d'une autre manière pour constituer une partie de surface de sphère d'un diamètre conve- nable pour correspondre avec le siège formé par le bord extérieur de la périphétie de l'ouverture 186 , afin que cet élément tubulai- re puisse être approché et s'adapter contre le siège suivant toute une série d'angles, est fixé par soudure en 189 sur le coté 190 de la pièce constitutive 182.
A la figure 18, l'élément de renforcement ou raidisse- ment n'est pas représenté mais la pièce contitutive 191 est formée par une plaque estampée à une allure partiellement sphérique, un boulon 192 étant soudé en 193 à la surface concave de cette plaque, de sorte que l'axe de ce boulon se trouve dans un plan diamétral de la sphère et recoupe l'axe géométrique de l'élément de raidisse- ment (non représenté). Un élément tubulaire 194 est fixé à la surface
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convexe de la pièce constitutive 191 par soudure en 195, l'extré- mité de'l'élément 194 étant découpée à angles droits, de façon qu'elle puisse s'approcher et s'adapter contre la surface convexe de la plaque 191 suivant toute une série d'angles.
A la figure 19, l'anneau 196 comporte six trous à bou- lon 197 disposés de façon semblable aux trous à boulon 171 de la figure 16. La seule pièce constitutive 198 qui est représentée est formée par un tenon à grosse tête dont la surface'périphérique 199 fait partie de la surface d'une sphère. L' élément tubulaire 200 présente une extrémité 201 découpée à angles droits et il est d'un diamètre convenable pour correspondre au siège formé par la surface 199, de façon à pouvoir être approché et être adapté contre le siège suivant toute une série d'angles pour être soudé en place par une soudure 202.
Les dispositifs de jonction représentés aux figures 1 à 8 et aux figures 14 à '19 et décrits ci-dessus comprennent tous six pièces constitutives pour les besoins de l'illustration, mais il s'agit là d'un nombre arbitraire qui peut être, suivant les cas, plus grand ou plus petit d'après les exigences de la conception.
Les plateaux de renforcement ou raidissement ne seront utilisés que si le raidissement n'est pas approprié dans le plan du joint ou dans le cas de structures à doubles couches comme décrit avec référence aux figures 6 à 8 et 15. De même, les âmes de renforce- ment, telles que l'ame 48 à la figure 3, ne seront prévues que si elles sont nécessitées par les exigences de la construction, et les nombres et les dimensions des trous à boulon que l'on a prévus pourraient être plus grand ou plus petit suivant également les exi- gence de la conception.
Il sera manifeste que de nombreux disposi- tifs de jonction , autres que ceux illustrés, peuvent être envisa- gés , dispositifs qui comprendraient des variantes du procédé de formation de sièges sphériques pour les éléments de construction, procédé permettant l'assemblage de ces éléments en un joint com- plet .
'
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Les caractéristiques communes des dispositifs de jonc- tion sont que ces dispositifs peuvent être assemblés en un tout rigide par boulonnage, c'est-à-dire que, du fait des sièges par- tiellement sphériques, il est possible d'utiliser des pièces cons- titutives de joint identiques quelles que soient les différences en ce qui concerne les diamètres des éléments structurels tubulai- res, et que les angles d'approche des éléments structurels par rapport aux dispositifs de jonction peuvent être autres que ceux des axes de symétrie des figures fermées symétriques formées par les dispositifs.
Un avantage de l'utilisation de telles parties constitutives de joint d'un type similaire est que, pour les be- ; soins pratiques en atelier,les longueurs auxquelles les éléments structurels doivent être découpés , ou découpés et formés, seront égales à la distance comprise entre les centres des dispositifs de jonction à leurs extrémités , distance diminuée d'un constante simple.
Sauf dans le cas de grilles orthogonales très simples
1 et de dômes sphériques à simple couche, les calculs de conception par les procédés traditionnels sans l'aide d'un calculateur élec- tronique sont longs et difficiles. Pour des besoins industriels généraux, la conception rapide et peu coûteuse de structures géodési- ques et d'ossatures dans l'esapce, complexes ou irrégulières, exi- geront généralement , par conséquent, l'utilisation d'un calcula- teur électronique.
La présente invention permet d'éviter la réalisation d'un grand nombre de dessins détaillés, non seulement pour détermi- ner les dimensions correctes des éléments structurels et les orien- tations angulaires précises de chacun d'eux vis-à-vis des autres aux joints formant des noeuds, mais également de supprimer les des- sins en atelier normalement nécessaires pour la fabrication de chaque élément d'une classe et ses accessoires de fixation aux dispositifs de jonction.
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A cet effet, il est nécessaire mais suffisant que les classifications données calculées comprennent (i) les déplace- ments cartésiens relatifs des centres des joints aux extrémités de chaque élément structurel et les déplacements angulaires rela- tifs des plans des joints autour de trois des axes coordonnés ou (ii) les distances entre les centres des joints aux extrémités de chaque élément et les rotations relatives des axes des joints par rapport aux axes longitudinaux des éléments structurels.
Les valeurs classées devraient également comprendre les longueurs de découpage ou les longueurs de découpage et de formation pour chaque élément, de la section et le type de matière à partir de laquelle chaque élément doit être réalisé.
Une fiche typique de calculateur, convenant pour les besoins de la présente invention, se présente de la façon suivante
EMI19.1
<tb> Elé- <SEP> Déplacement <SEP> relatif <SEP> Rotation <SEP> des <SEP> extrémités <SEP> - <SEP> degrés <SEP> Lon- <SEP> Dimen-
<tb>
EMI19.2
ment d'extémité (picds) . gueur de sion-i
EMI19.3
<tb> tré- <SEP> tré- <SEP> por-
<tb>
EMI19.4
mité mité tée 1-2 9,250 2,56 0,0 1 38,5 3,2 2,1 i.2rol01, 26,4 (pieds)¯¯¯¯¯
EMI19.5
<tb> 1-2 <SEP> 9,250 <SEP> 2,56 <SEP> 0,0 <SEP> 338,5 <SEP> 3,2 <SEP> 2,1 <SEP> 0,0 <SEP> 1,2 <SEP> 26,4 <SEP> 8,580 <SEP> 3"xlOG
<tb>
Les données incluses dans la fiche précédente sont ,suffisantes pour la production avec précision des éléments struc- turels correspondants, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des dessins.
Une forme de gabarit que l'en peut utiliser conjointe- ment avec la présentation des données précédentes est représentée à la figure 9 et consiste en deux pinces distinctes , dont des positions sont désignées en 126 et 127, chacune de ces pinces étant construite pour maintenir fermement un segment d'un dispo- sitif de jonctiotel que représenté à la figure 4, les segments
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étant désignés par 128 et 129. Chaque pince peut être mise en ro- tation autour d'au moins trois axes coordonnés fixes prévus à an- gles droits.léu uns par rapport aux autres et elle peut être fixée dans n'importe quelle position désirée de rotation par rapport aux axes fixes.
La pince pourrait être maintenue dans un dispositif de manipulation universel semblable en principe à l'appareil divi- seur d'une fraiseuse. Un élément structurel tubulaire est désigné par 130. L'espacement entre les pinces peut évidemment être modi- fié également.
Une autre fiche typique de calculateur, convenant pour les besoins de la présente invention, est présentée ci-après.
EMI20.1
<tb>
Elé- <SEP> Rotation <SEP> des <SEP> extrémités <SEP> - <SEP> degrés <SEP> Centres <SEP> Longueur <SEP> Dimen-
<tb>
<tb> ment <SEP> Ex- <SEP> X <SEP> Y <SEP> Z <SEP> Ex <SEP> X <SEP> Y <SEP> Z <SEP> des <SEP> de <SEP> por- <SEP> sions
<tb>
<tb> Ex- <SEP> Ex- <SEP> Joints, <SEP> tée,
<tb>
<tb>
<tb> mité <SEP> 12,2 <SEP> mité <SEP> 7,6 <SEP> pieds <SEP> pieds <SEP> 3"xloG
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1-2 <SEP> 12,2 <SEP> 2,4 <SEP> 8,4 <SEP> 6,4 <SEP> 1,8 <SEP> 7,6 <SEP> 9,580 <SEP> 8,580 <SEP> 3"x10G
<tb>
Les données incluses dans cette fiche sont suffisantes pour la;production avec précision des éléments structurels corres- pondants sans qu'il soit nécessaire de prévoir des dessins.
Une forme de gabarit que l'on peut .employer conjointement avec cette présentation de données est représentée à la figure 10 , une par- tie de ce gabarit étant repréeentée à plus grande échelle à la figure 11. A la figure 10, les pinces 131 et 132 peuvent être fixées à une distance requise le long d'une barre'ou d'un guide droit 133. Chaque pince peut tourner comme décrit avec référence à la figure 9 et peut être fixée dans n'importe quelle position désirée par rapport à trois axes coordonnés fixes au moins, se si- tuant à angles droits les uns par rapport aux autres, l'un de ces axes étant généralement mais non nécessairement la ligne joignant les centres des pinces.
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Les données incluses dans la fiche de calculateur pré- cédente peuvent également être utilisées avec le gabarit repré- senté à la figure 12 . Dans le gabarit de la figure 12, les dé- placements relatifs des extrémités sont mesurés dans des direc- tions différentes par rapport à celles prévues à la figure 9.
Chaque pince peut être mise en rotation comme dans le gabarit de la figure 9. A la figure 12, le coulisseau 205 peut se déplacer horizontalement entre les points A et C qui désignent des points à noeud . D représente un point équidistant de A et C. Le coulis- seau 206 peut se déplacer à la fois verticalement et horizontale- ment/dans la direction DB, B représentant un autre point consti- tuant uoeud, et les lignes 207,208 et 209 représentant les axes de symétrie des éléments théoriques.
Les gabarits des figures 9 et 12 sont plus compliqués et plus coûteux que celui da la figure 6 mais ils peuvent parfois être avantageux, spécialement lorsque les données classées ne doivent pas être.préparées par un calculateur, ou si le calcula- teur disponible est d'une capacité limitée. La faison de ceci est que les calculs nécessaires pour une présentation de données du sont @ second type, requise pour le gabarit plus simple de latfigure la,/ généralement trop difficilesà traiter pour être praticables indus- triellement sans l'aide d'un calculateur complexe, et que le pro- gramme approprié de calculateur pour le gabarit plus simple de la à figure 10 est sensiblement plus difficile/écrire.
Le procédé d'utilisation de l'un quelconque des gabarits consiste en ce que l'opérateur régle les pinces dans le gabarit suivant les données imprimées de déplacements et de rotations et adapte ensuite dans chaque pince une pièce constitutive de joint.
Il place ensuite l'élément structurel qui a ses extrémités prépa- rées pour présenter la forme nécessaire et qui est de la longueur fixée dans les données calculées, entre les pièces constitutives de joint où cet élément structurel s'adaptera avec précision.
L'opérateur soude ensuite ou réunitd'une autre manière , par-
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tiellement ou totalement , les pièces constitutives de joint aux éléments structurels, après quoi l'ensemble est retiré du gabarit.
D'autres formes de gabarit pourraient être utilisées pour l'assemblage de sous-ossatures à cotés multiples, par exem- ple triangulaires, ces sous-ossatures étant suffisamment dissem- blables pour rendre l'utilisation de gabarits intéresante.
REVENDICATIONS
1. Un dispositif de jonction pour des besoins de cons- truction, comprenant un certain nombre de pièces constitutives boulonnées pour former un ensemble, chaque pièce constitutive présentant une surface partiellement sphérique ou au moins un élé- ment d'une telle surface, suivant un coté éloigné du centre de l'ensemble.
2. Un dispositif de jonction pour des besoins de construction, compreant des pièces constitutives similaires bou- lonnées pour former une figure fermée symétrique passant par des trous à boulon, dont les axes recoupent alors les sommets d'un polygone régulier, chaque pièce constitutive présentant, d'un coté éloigné du centre de la figure, une surface partiellement sphérique ou au moins un élément d'une telle surface.
3. Un dispositif de jonction suivant les revendica- tions 1 ou 2, dans lequel ladite surface est partiellement sphé- rique et d'allure concave.
4. Un dispositif de jonction suivant les revendica- tions 1 ou 2, dans lequel ladite surface est partiellement sphé- rique et d'allure convexe.
5. Un dispositif de jonction suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel les trous à boulon ont leurs axes parallèles à l'axe du'polygone.
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"Method of creating metal constructions and junction devices therefor".
EMI1.1
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The present invention relates to a method for creating metal constructions of many different types, and it is especially applicable to geodesic constructions, frames or frames in space, domes and barrel vaults, towers and masts. . The invention also relates to junction devices suitable for use in such a method.
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In the many cases where metal structures have to be designed, it is known that various geodesic structural or framework arrangements can be used in space, and these arrangements may frequently require only a fraction. building materials needed for more traditional forms of construction including common trusses and joists.
However, the saving in materials has heretofore generally been offset by the very high cost of designing geodesic structures and frames in space, the very high cost of the detailed drawings required for the fabrication. failure of the constituent elements, and the cost and complexity of the joints used in these structures. Most of the joint systems used heretofore are such that they cannot simply be bolted together in place in the manner of normal profiles.
As a result, despite their theoretical advantages, geodesic structures and frameworks in space have only been relatively rarely used, and those which will exist have been generally limited to spherical dummies and simple plane orthogonal grids, rarely more than two coats.
The present invention relates to a junction device for construction purposes, this device comprising a number of component parts bolted to form an assembly, each component part having a partially spherical surface or part of such a surface. along a side away from the center of the assembly.
The term "bolted" and related terms as used in the specification and claims are to be considered in a very general sense embracing in general all suitable fasteners.
The present invention also relates to a device
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junction for construction purposes, this device comprising similar constituent parts bolted together to form a symmetrical closed figure passing through the bolt holes, the axes of which then intersect the vertices of a regular polygon, each component part having, on one side remote from the center of the figure, a partially spherical surface or at least one element of such a surface.
, The present invention also provides for the inclusion, in a junction device as defined in one or the other of the preceding paragraphs, of a constituent part on said remote side from which is welded a structural element shaped at its end thus welded to cooperate universally with the partially spherical surface or with at least one element of such a surface, so that the weld can be made at a variety of angles of approach to the element by relative to the segment.
The present invention also relates to a method for creating a building construction, comprising the provision of junction devices, as defined in the penultimate preceding paragraph, and construction elements capable of cooperating with these. devices, and assembling the devices and elements on a jig capable of maintaining the devices in position in space according to any given coordinate measurements and angular rotations about fixed rectangular locus axes, as determined by calculation.
It is possible by the present invention and with the aid of a suitably programmed electronic computer to perform a design analysis of two or three dimensional structures and to select suitable structural elements for these structures at a reasonable cost. even when such structures consist, for example, of doughs or other surfaces having multiple curvatures.
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The object and effect of the present invention is to allow suitable data derived from such computer programs to be used directly in the shop, so that detailed drawings are eliminated, the cost of manufacturing is greatly reduced and the large-scale production of complicated geodesic and space-frame structures is made possible at overall costs which are lower than expected even for the most common construction methods generally used. until now.
.
In carrying out a method according to the present invention, use is made of (a) a new form of junction device which, although of a generally regular shape, is capable of accommodating elements approaching it. at irregular angles and can be bolted together (b) presenting certain design-appropriate calculated values in a suitable form, and (c) a special universal jig or fixture which can easily be determined in use. - reading the calculated values and thus facilitating the precise and inexpensive production of structural elements.
The jig, when correctly determined, is a mechanical analogue of any given elements of a structure and will allow precise positioning of the constituent parts, so that one element is attached to adjoining elements of the structure. structure, although this structure may be of great complexity or irregularity.
The present invention is especially advantageous for use with tubular-shaped building elements, but it can be adapted for elements of different cross sections, when desired. In addition, although the invention relates mainly to structures with a small number of bars, that is to say structures built starting from simple elements, the presentation of the calculated values
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could be applied to structures established / starting from multi-stave sub-assemblies, eg triangular sub-frames.
Certain embodiments of the invention will be described below, by way of nonlimiting examples and with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of one half of a junction device according to the invention, the fixing bolts and nuts being omitted and the end parts of three structural elements connected to the device being shown.
Figure 2 is a view similar to Figure 1 but of an alternative embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a junction device according to another variant.
FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 but of yet another variant.
FIG. 5 is a perspective view of a junction device according to yet another variant of the invention, this view showing the end parts of six structural elements connected to the device.
FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating another embodiment of a joint device according to the invention, suitable for three-dimensional structures.
FIGS. 7 and 8 are views similar to FIG. 6 but show alternative embodiments.
FIGS. 9 and 10 are diagrammatic perspective views of templates suitable for the implementation of a method according to the invention.
FIG. 11 is a view on a larger scale, illustrating a. detail of the left end of figure 10.
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FIG. 12 is a schematic perspective view of another template suitable for implementing a method according to the invention.
Figure 13 is a schematic illustration of the computer's presentation of information relating to the template of Figure 12.
Fig. 14 is an exploded perspective view of a junction device according to another embodiment of the invention.
Figure 15 illustrates how the construction of Figure 14 is modified for three-dimensional structures, alone; the part of the view, which is necessary for this illustration being shown.
Figures 16 to 19 are partial sectional views each illustrating a component part of another junction device according to the invention and the manner in which the component parts of this junction device are ..bolted, to form an assembly.
Referring now to the drawings and firstly to Figure 1, the junction device illustrated therein forms a symmetrical closed figure 20 which consists of an outer ring 21 surrounding a puck-shaped plate 22. The ring 21 is a section of a sphere and it is symmetrical with respect to a median plane which coincides with a diametral plane of the sphere and with respect to which the plate 22 is also symmetrical, Figure 20 is subdivided. along its circumference and radially in six similar segments 23 each reinforced by a time 24 provided: centrally and radially on the upper side of these segments.
Two bolt holes 25 are provided in each segment and are arranged centrally in the plate on either side of the web 24. The bolt holes 2V are centered on the vertices of a regular polygon, that is, say that the axes of the bolt holes
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intersect the vertices and exit parallel to the polygon axis. A disc-shaped backing plate 26 fits below plate 22 inside ring 21 and has bolt holes 27, which coincide with bolt holes 25 and allow individual bolting of the segments. or component parts 23 on the plate 26, the thickness of the latter being such that the rigidity of the complete junction device is as high as may be desired.
The end portions of the three structural devices 28, 29 and 30 are shown as extending from the junction device of Figure 1. Devices 28, 29 and 30 are tubes and it will be noted that tube 29 is of a much larger diameter than the other two The ends of the tubes are cut at right angles, so that these tubes can approach the partially spherical outer surfaces of the annular part of the component parts 22 along a whole series of angles
The tubes are welded or fixed in another way to the constituent parts according to approach angles determined by calculation and produced using a template, as will be described later.
Turning now to Figure 2, six similar constituent parts 31, when assembled, form a symmetrical closed figure, although in this case the outer ring is not continuous and is interrupted between the constituent parts. . The constituent parts 31 are of a substantially triangular section in the plane of the joint and, if we consider them when they are assembled, they each consist of two ribs extending radially 32 and 33 and one side extending along the circumference 34 the ribs connecting along rounded corners
35. The ribs 34 constitute a part of a ring which is a section of a sphere and / symmetrical with respect to a diametral plane of the sphere.
The constituent parts have bolt holes 36, centered on the vertices of a regular polygon, that is to say
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that the axes of the bolt holes intersect the vertices in question, and they are bolted, thanks to these holes, by bolts 37 receiving washers 39 and nuts 38. In this embodiment, the axes of the bolt holes 36 are perpendicular to the axis of symmetry of the polygon. Each component part is fv, enclosed at its base by a plate (not shown) having a bolt hole and the various component parts are bolted onto a disc-shaped reinforcement plate 40, having cooperating bolt holes 41.
The ends of three elements of! Tubular structures 42, 43 and 44 are shown as extending from the junction device and, as before, these tubes have ends cut at right angles, so that they can approach and squeeze. 'fit against the partially spherical outer surfaces of the sides 34 of the constituent parts 31, along a whole series of angles. In this case, the tube 42 is of a much larger diameter than the other two.
The construction of the junction device shown in Figure 3 differs from the constructions shown in Figures
1 and 2, mainly in that the partially spherical outer surfaces of the outer sides of the component parts are concave, while in Figures 1 and 2, they are convex, that is to say that the component parts are reversed in Figure 3.
This is the main difference between the constructions of Figures 1 and 3. Referring now more particularly to Figure 3, each component part 45 has a portion of plate 46 which is symmetrical with respect to a median plane which coincides with a diametral plane of a sphere, with respect to which the annular portion 47 with concavity oriented outwardly is symmetrical.
A reinforcing web 48 is provided centrally and radially on the upper side of the plate portion 46 and a bolt hole 49 is provided in this plate potion on either side of the web, the bolt holes 49 serving the same purpose as the
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bolt holes 25 of Figure 1, although in the present embodiment each plate portion 46 overlaps or is overlapped by the two adjacent plate portions 46 for axial alignment of the bolt holes 49 of the adjacent plate portions. The assembled junction device forms a closed symmetrical figure and the bolt holes 49 are then centered on the vertices of a regular polygon, the axes of these holes being parallel to the axis of symmetry of the polygon.
Six tubular structural members 50 55 are shown and again different tube diameters are provided. The end of each tubular element is cut at right angles as before.
In Figure 4 of the drawings, the closed symmetrical figure consists of component parts 56 bolted together by bolts, etc. (not shown) through bolt holes 57 which are centered on the vertices of a regular polygon.
As in Figure 1, each segment overlaps or is overlapped by the two adjacent segments and the axes of the bolt holes 57 are parallel to the axis of symmetry of the polygon. A disc-shaped reinforcing plate 58 having corresponding or cooperating bolt holes 59 and applied to the lower surface reinforces the junction device, the component parts of which have, according to their upper sides, central reinforcing cores. - necessarily 60 which are radial with respect to the geometric center of the symmetrical closed figure.
The outwardly facing sides of the component parts are shaped to present seats 61 for the ends 62 of tubular structural members.
68 to 68, the seats forming elements of a partially spherical surface, such an element of each seat being formed by the end of the reinforcing core 60, on the side thereof which is spaced from the center of the core. the FIG. The ends 62 are shaped to present a portion of the sphere surface of a suitable diameter to correspond with the seat 63 provided on each component part.
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In Figure 5, the constituent parts 69 are three-sided, namely sides 70 and 71 which are radial with respect to the closed symmetrical figure which has substantially the shape of a regular hexagon, and an outer side 72 which is a next to this regular hexagon. The holes provided inch bolts 73 for fixing the component parts are centered on the vertices of a smaller regular hexagon, arranged symmetrically within the preceding hexagon. In this form of realization; the axes of the bolt holes 73 are perpendicular to the axis of the hexagons.
The outer sides 72 are drilled centrally to form circular seats 74 for receiving the ends 75 of tubular structural members 76-81, ends which are pushed back or otherwise shaped to form a surface portion. sphere of a suitable diameter to cooperate with the circular drilled seats 74 provided in the constituent parts. The circular seats 74 are elements of partially spherical surfaces.
The joining devices of Figures 1 to 5 are suitable for planar structures or single layer curved structures. When it is necessary to provide a three-dimensional structure of more than one layer, the inter-costal structural elements provided between the points constituting nodes in adjacent layers are fixed at their ends to the junction devices, of the manner shown in Figures 6 to 8 for example.
The basic junction device of Figures 6 to 8 is similar to that shown in Figure 5, except that the component parts are closed at one end.
In the fundamental junction device of Figures 6 to 8, the constituent parts 82 of the closed symmetrical figure, which is substantially a regular hexagon, have radial sides 83 and 84 and outer sides 85 which are those of the hexagon. intended for fixing the constituent parts
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are not shown but the holes for these bolts are centered on the vertices of a smaller hexagon arranged symmetrically inside the previous hexagon.
The outer sides 85 are centrally drilled to form circular seats 86 for the ends 87 of tubular structural members 88-93 which ends are pushed back or otherwise shaped to form a sphere surface portion of a convex diameter. - adjustable to match the seat 74 of each component part.
The seats 86 have partially spherical surface elements. Each component part 82 is closed at one end by an end plate 94 which has a bolt hole 95 provided centrally. The bolt holes 95 are also centered along the vertices of a regular hexagon, that is, their axes intersect these vertices.
Referring now more particularly to Figure 6, a disc-shaped reinforcement plate 96 has bolt holes 97 arranged to cooperate with the bolt holes 95 for the purpose of bolting this plate 96 to the. fundamental junction device. An anchoring element 98 with six crossed members is fixed coaxially, for example by welding, to the exterior face of the plate 96, the members 100 to 105 being provided radially with respect to the central axis of symmetry of the plate. . Bolt holes 106 are provided in the above members and again these holes are centered on the vertices of a regular hexagon.
The intercostal structural elements are bolted to the aforementioned members and the end parts of three such elements 107, 108 and 109 are shown in figure 6. As can be seen, the intercostal structural elements are tubular and are terminated by plates 110 each having an angular end in which is provided a bolt hole 111 intended to cooperate with one of the bolt holes 106 for fixing the intercostal elements to the members 100 to 105, the edges 112 of the plates 110 then being
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contiguous to the external face 99 of the plate 96.
The inter- elements; ribs have their ends 113 pushed back or otherwise shaped to constitute a portion of the surface of a sphere of a suitable diameter to correspond with a concave curved seat 114 provided at the contiguous ends of the plates 110, the elements
107 and others being welded to their plates 110 and others according to the predetermined approach angles.
In FIG. 7, the reinforcement plate consists of three sectors, two of which are shown, namely sectors 115 and 116. In this case, three intercostal elements are; provided for these sectors, the ends of two of these elements, namely 117 and 118, being represented. The plates 119 terminating the intercostal members are welded to the sectors and occupy central radial positions, and the sectors have bolt holes 120 on each side of the plates 119 to cooperate with the bolt holes 95 for bolting the legs. sectors on the fundamental junction device.
As in the embodiment of Figure 7, the plates 119 have concave shaped seats 121 for the ends 122 of the inter-costal members, which ends are pushed back or otherwise shaped to form a surface portion. of sphere of a suitable diameter to correspond to the seats 121. The intercostal elements are welded to the plates following the predetermined approach angles.
In FIG. 8, the reinforcement plate 123 has bolt holes 124 allowing the bolting of this plate to the basic junction device. A single relatively large intercostal element 125 is provided in this case and it is welded to the plate 123.
Referring now to Figure 14 of the drawings, the construction of the junction device shown therein differs from that shown in Figures 1 to 5, mainly in that
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the constituent parts are not all of similar shape.
In addition, the outer, concave, partially spherical surfaces of the component parts are designed to fit into the bores of the tubular members. In Fig. 14, the seal assembly includes two types of component parts, namely type 135 and type 136. Two constituent parts of type 136 are used together with four constituent parts of type 135. These six constituent parts are bolted together by two bolts 140 or more, with washers 141 and nuts 142 (4 are shown in figure 14). , which cooperate with these bolts. The number of bolts is determined by the load conditions.
The surfaces 143 of mutual contact between the two constituent parts of the type 36 have protrusions and cavities, the grips of each surface 143 being complementary to the cavities of the other, thereby ensuring strength to withstand shear forces. In the example shown in FIG. 14, the projections and the cavities are formed by ribs 144 and grooves 145 provided alternately.
The cross-sectional profiles of the ribs 144 may be composed of straight lines as shown, or curved lines, or a combination of both straight lines and curved lines. In plan the ribs 144 may be straight as shown, or they may be curved, or alternatively they may take a "waffle" shape, i.e., they are interrupted in the direction. longitudinal so that the surfaces 143 have a grid conformation.
A flange 146 extends at right angles from a longitudinal edge of each of the component parts 136 in a direction away from the surfaces 143, and a central transverse web 17 also provided at right angles, subdivides and extends from the other. main surface of each constituent part 136 and is formed integrally with the corresponding rim 146. Each half 148 of the subdivided surface has alternating ribs
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149 and grooves 150, the protrusions and the cavities possibly having any other shape already mentioned, such a shape not necessarily having to be the same as that of the protrusions and cavities provided on the surfaces 143.
In Figure 14, the planes of the outer surfaces of ribs 144 and 149 are not parallel but could be if necessary. A boss 151 is provided at the junction of the rim 146 and of the core 147 of each component part 136, this boss being centered on this junction away from the surface 148, the axis of this boss being vertical with respect to the surface 143. The peripheral surfaces 152 of the bosses 151 are partially spherical and concave in appearance and they fit into the bores of tubular members 153 and
154 which are welded to the bosses at approach angles / which are determined by calculation and produced on a jig, as will be explained below.
The constituent parts of the type 135 each have a surface 155 formed by ribs 156 and grooves 157 intended to correspond to the grooves and the ribs of the half-surfaces 148, of the constituent parts of the type 136. Each constituent part has two flanges 158 s'. extending at right angles from these side edges in a direction away from the surface 155 and the flanges
158 are joined at their outer ends, that is to say their ends separated from the core 147, with a boss 160 facing outwards. The axes of the four bosses 16 () lie in the same plane as the axes of the bosses 151 but do not necessarily have to extend at the same angles from the four component parts 135.
Bosses 160 have peripheral surfaces 161 partially spherical and concave in appearance, which cooperate with the ends of tubular elements 162, 163,
164 and 165 which welded to these bosses at the appropriate approach angles. The tubular elements 162 to 165 may have a diameter different from that of the tubular elements 153 and
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154.
Figure 15 illustrates a variant of Figure 14, which allows the provision of three-dimensional structures, this figure showing only the part of the junction device, which is necessary for this purpose. The same reference notations as in Figure 14 are used and the only difference is that the bosses 151 of the component parts 136 are centered on axes which are inclined with respect to the surfaces 143, so as to receive tubular elements 153 and 154. whose axes are in different planes from those of the elements 162 to 165 connecting to the four constituent parts 135.
The provision of protrusions and cavities on and in the surfaces of mutual contact between the constituent parts is obviously applicable in all the terms of embodiment of the invention, where there are contiguous surfaces or zones of contiguous surfaces. between the constituent parts assembled.
Referring now to Figures 16 to 19, there are shown embodiments of the invention, in which the component parts are bolted to a stiffening member which, in these embodiments, is annular, and this by means of bolts which are radial with respect to the axis of the stiffening element and intersect the vertices of a regular polygon. In FIG. 16, the stiffening ring 170 has six bolt holes 171 which are centered on a circumferential line located at mid-height of the ring and whose axes are provided equidistant along this line.
The only constituent part
172 which is shown has a concave outer surface
173 which constitutes a part of a sphere, and whose diametral plane coincides with the axis of a bolt hole 171 and that of a bolt serving, with a nut 175 and a washer 176, to fix the constituent part 172 in place . A tubular member 177 is secured to the surface 173 by welding at 178, the end of the tubular member
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being cut at right angles so that it can approach and fit against the partially spherical outer surface 173 at a variety of angles.
In Fig. 17, the stiffening ring 180 has six bolt holes 181, which are centered on a circumferential line provided at mid-height of the ring and whose axes are distributed equidistantly along this line. The only constituent part 182 which is shown has a trapezoidal cross section and its side 190 which is opposite to Panel 180 has a circular opening 186 centered and an axis which coincides with that of the bolt hole 181 thanks to to which this component part is bolted to the ring using a bolt 183 and a cooperating nut 184, the axis of this opening intersecting the axis 185 of the ring 180.
Therefore, the outer edge of the opening 186 constitutes) a partially spherical surface element on the side of the component part 182, which is spaced from the center of the symmetrical closed figure represented by the ring 180 with six component parts. ves 182 bolted to this ring. A tubular member 187, the end 188 of which is open or otherwise shaped to constitute a surface portion of a sphere of suitable diameter to match the seat formed by the outer edge of the periphery of the opening 186, so that this tubular element can be approached and fit against the seat along a whole series of angles, is fixed by welding 189 on the side 190 of the component part 182.
In Figure 18, the reinforcing or stiffening element is not shown but the adjoining piece 191 is formed by a stamped plate at a partially spherical shape, a bolt 192 being welded at 193 to the concave surface of this plate. , so that the axis of this bolt is in a diametral plane of the sphere and intersects the geometric axis of the stiffening element (not shown). A tubular member 194 is attached to the surface
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of the constituent part 191 by welding in 195, the end of the element 194 being cut at right angles, so that it can approach and fit against the convex surface of the following plate 191 a whole series of angles.
In Figure 19, the ring 196 has six bolt holes 197 arranged similarly to the bolt holes 171 of Figure 16. The only component 198 shown is formed by a large head tenon whose surface device 199 is part of the surface of a sphere. The tubular member 200 has an end 201 cut at right angles and is of a suitable diameter to match the seat formed by the surface 199, so that it can be approached and fitted against the seat at a variety of angles. to be welded in place by a 202 weld.
The junction devices shown in Figures 1 through 8 and Figures 14 through '19 and described above all include six component parts for illustrative purposes, but this is an arbitrary number which can be, depending on the case, larger or smaller according to design requirements.
The reinforcement or stiffening plates will only be used if the stiffening is not appropriate in the plane of the joint or in the case of double-layered structures as described with reference to figures 6 to 8 and 15. Similarly, the webs of reinforcements, such as web 48 in Figure 3, will only be provided if required by the requirements of the construction, and the numbers and sizes of bolt holes provided could be larger. or smaller also depending on design requirements.
It will be obvious that many joining devices, other than those illustrated, can be envisaged, devices which would include variations of the process of forming spherical seats for the building elements, process allowing the assembly of these elements in. a complete seal.
'
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The common features of jointing devices are that these devices can be assembled into a rigid whole by bolting, that is, due to the partially spherical seats, it is possible to use built-in parts. - identical joint sizes regardless of the differences in the diameters of the tubular structural elements, and that the approach angles of the structural elements with respect to the junction devices may be other than those of the axes of symmetry in the figures closed symmetrical formed by the devices.
An advantage of using such gasket component parts of a similar type is that, for the needs; Practical care in the workshop, the lengths at which the structural elements must be cut, or cut and formed, will be equal to the distance between the centers of the joining devices at their ends, the distance reduced by a simple constant.
Except in the case of very simple orthogonal grids
1 and single-layer spherical domes, design calculations by traditional methods without the aid of an electronic computer are long and difficult. For general industrial needs, the rapid and inexpensive design of geodesic structures and in-space frameworks, complex or irregular, will generally, therefore, require the use of an electronic computer.
The present invention obviates the need for a large number of detailed drawings, not only to determine the correct dimensions of the structural elements and the precise angular orientations of each of them with respect to the others at joints forming nodes, but also eliminating the workshop drawings normally necessary for the manufacture of each element of a class and its accessories for fixing to the junction devices.
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For this purpose, it is necessary but sufficient that the calculated given classifications include (i) the relative Cartesian displacements of the centers of the joints at the ends of each structural element and the relative angular displacements of the planes of the joints around three of the axes coordinates or (ii) the distances between the centers of the joints at the ends of each element and the relative rotations of the axes of the joints with respect to the longitudinal axes of the structural elements.
The classified values should also include the cutting lengths or the cutting and forming lengths for each element, of the section and the type of material from which each element is to be made.
A typical computer sheet, suitable for the purposes of the present invention, looks like this
EMI19.1
<tb> El- <SEP> Relative <SEP> displacement <SEP> Rotation <SEP> of the <SEP> ends <SEP> - <SEP> degrees <SEP> Lon- <SEP> Dimen-
<tb>
EMI19.2
end ment (picds). zion-i
EMI19.3
<tb> very <SEP> very <SEP> por-
<tb>
EMI19.4
moth moth tee 1-2 9.250 2.56 0.0 1 38.5 3.2 2.1 i.2rol01, 26.4 (feet) ¯¯¯¯¯
EMI19.5
<tb> 1-2 <SEP> 9.250 <SEP> 2.56 <SEP> 0.0 <SEP> 338.5 <SEP> 3.2 <SEP> 2.1 <SEP> 0.0 <SEP> 1 , 2 <SEP> 26.4 <SEP> 8.580 <SEP> 3 "xlOG
<tb>
The data included in the previous sheet are sufficient for the precise production of the corresponding structural elements, without the need for drawings.
One form of jig which can be used in conjunction with the presentation of the foregoing data is shown in Figure 9 and consists of two separate clamps, the positions of which are designated 126 and 127, each of which clamps being constructed to hold firmly a segment of a junctiotel device as shown in Figure 4, the segments
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being designated 128 and 129. Each gripper can be rotated about at least three fixed coordinate axes provided at right angles to each other and can be fixed in any desired position. of rotation relative to the fixed axes.
The gripper could be held in a universal handling device similar in principle to the dividing apparatus of a milling machine. A tubular structural member is designated 130. The spacing between the clamps can of course be changed as well.
Another typical computer sheet, suitable for the purposes of the present invention, is presented below.
EMI20.1
<tb>
El- <SEP> Rotation <SEP> of the <SEP> ends <SEP> - <SEP> degrees <SEP> Centers <SEP> Length <SEP> Dimen-
<tb>
<tb> ment <SEP> Ex- <SEP> X <SEP> Y <SEP> Z <SEP> Ex <SEP> X <SEP> Y <SEP> Z <SEP> des <SEP> de <SEP> por- <SEP> sions
<tb>
<tb> Ex- <SEP> Ex- <SEP> Seals, <SEP> tee,
<tb>
<tb>
<tb> moth <SEP> 12.2 <SEP> moth <SEP> 7.6 <SEP> feet <SEP> feet <SEP> 3 "xloG
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1-2 <SEP> 12.2 <SEP> 2.4 <SEP> 8.4 <SEP> 6.4 <SEP> 1.8 <SEP> 7.6 <SEP> 9.580 <SEP> 8.580 <SEP> 3 "x10G
<tb>
The data included in this sheet are sufficient for the precise production of the corresponding structural elements without the need for drawings.
One form of jig which may be employed in conjunction with this data presentation is shown in Figure 10, part of this jig being shown on a larger scale in Figure 11. In Figure 10, the grippers 131 and 132 can be fixed at a required distance along a bar or straight guide 133. Each clamp can rotate as described with reference to Figure 9 and can be fixed in any desired position relative to at least three fixed coordinate axes, located at right angles to each other, one of these axes being generally but not necessarily the line joining the centers of the grippers.
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The data included in the previous calculator sheet can also be used with the template shown in figure 12. In the jig of figure 12, the relative displacements of the ends are measured in different directions compared to those provided in figure 9.
Each clamp can be rotated as in the template of Figure 9. In Figure 12, the slider 205 can move horizontally between points A and C which designate node points. D represents a point equidistant from A and C. Slider 206 can move both vertically and horizontally / in the direction DB, B representing another point constituting a node, and lines 207, 208 and 209 representing axes of symmetry of theoretical elements.
The templates of Figures 9 and 12 are more complicated and costly than that of Figure 6, but they can sometimes be advantageous, especially when the classified data does not have to be prepared by a computer, or if the available computer is available. 'limited capacity. The reason for this is that the calculations required for a presentation of data are @ second type, required for the simpler template in figure la, / generally too difficult to process to be practicable industrially without the aid of a complex calculator. , and that the appropriate calculator program for the simpler template in Figure 10 is significantly more difficult to write.
The method of using any one of the jigs is that the operator sets the clamps in the jig according to the printed data of displacements and rotations and then fits into each clamp a component of the seal.
He then places the structural element, which has its ends prepared to present the necessary shape and which is of the length fixed in the calculated data, between the component parts of the joint where this structural element will fit precisely.
The operator then welds or joins in another way,
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partially or totally, the constituent parts of the joint to the structural elements, after which the assembly is removed from the jig.
Other forms of jig could be used for the assembly of multiple-sided sub-frames, for example triangular, these sub-frames being sufficiently dissimilar to make the use of jigs interesting.
CLAIMS
1. A junction device for construction needs, comprising a certain number of constituent parts bolted to form an assembly, each constituent part having a partially spherical surface or at least one element of such a surface, following a pattern. side away from the center of the assembly.
2. A junction device for construction purposes, comprising similar constituent parts bolted to form a closed symmetrical figure passing through bolt holes, the axes of which then intersect the vertices of a regular polygon, each constituent part having , on one side remote from the center of the figure, a partially spherical surface or at least one element of such a surface.
3. A junction device according to claims 1 or 2, wherein said surface is partially spherical and concave in appearance.
4. A junction device according to claims 1 or 2, wherein said surface is partially spherical and convex in appearance.
5. A junction device according to any one of claims 2 to 4, wherein the bolt holes have their axes parallel to the axis of the polygon.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.