Structuri spaţiale – detalii de nod

Eficienţa unei soluţii structurale depinde şi de tipurile de detalii de nod utilizate. În general, acestea sunt produse industriale patentate.

În anii ’90, profesorul Federico Mazolanni a condus un studiu comparativ între 40 de soluţii constructive de detaliu de nod.

În 2002, profesorul Z. S. Makowski, de la universitatea Surrey,evidenţia existenţa a peste 250 de soluţii de detaliu de nod.

Primul detaliu de nod folosit în mod curent la realizarea structurilor reticulare a fost propus de Max Mengeringhausen în anul 1942 şi este cunoscut sub numele de MERO(prescurtare de la Mengeringhausen şi Rohrbauweise).

Structuri spaţiale – detalii de nod – clasificări

John Chilton propune următoarea clasificare:noduri sferice

plinegoale

noduri cilindricenoduri prismaticenoduri din tablenoduri ”fără nod” – nodul rezultă din asamblarea barelor

Structuri spaţiale – detalii de nod – clasificări

Clasificare după modul de transmitere a efortului în nod:noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu baranoduri care transferă forţele printr-un sistem de canelurinoduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecarealte noduri (sudate etc.)

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MEROîn varianta iniţială, nodul consta dintr-o piesă turnată, în care erau practicate 18 găuri filetate, de diametre 12mm sau 20mmgăurile erau plasate câte două pe fiecare direcţie principală în spaţiu a nodului şi câte patru în fiecare plan principal, sub unghiuri de 45°barele au secţiune circulară şi la capete au câte o piesă conică sudată de ţeavă, cu rol de a reduce dimensiunile necesare ale noduluiprinderea barelor în nod – prin intermediul unui şurub, al cărui cap se află în interiorul conului şi care se strânge cu o cheie obişnuităforţele de întindere din bară se transferă în nod prin intermediul şurubului, în timp ce cele de compresiune se transmit pe linia contactului direct dintre con, piesă de capăt (pentru strângere cu cheia) şi nod.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MERO KKdacă în cazul soluţiei iniţiale poziţiile găurilor erau fixe iar forţele maxime care puteau fi transmise în nod se limitau la 40kN, în prezent forţele capabile au crescut, găurile pot fi amplasate în orice poziţie o cere geometria structurii şi au apărut sisteme noi, derivate din cel iniţial, care permit utilizarea barelor tubulare cu alte secţiuni decât cea circularăîn prezent, acestea pot fi realizate atât din oţel, cât şi din aliaje de aluminiudetaliul de nod iniţial (nod sferic) se numeşte astăzi sistemul KKbarele au în mod uzual diametre între 30 şi 355mm, cu diferite grosimi, şi lungimi între 1.5m şi 5.0m; există şi variante cu bare din lemnnodurile au în general diametre între 49,5 şi 350mm. Sistemul permite combinarea cu sisteme mai noi dezvoltate de MERO-Novum.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MERO KK

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MERO KK

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MERO KK – bare

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MERO KK

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Nodul MERO KK

D – diametrul sfereiΘ – cel mai mic unghi de intersecţie dintre două şuruburi

– diametrele celor două şuruburiξ – raportul dintre lungimea pe care intră şurubul şi diametrul acestuia; în

mod uzual ξ = 1,1η – raportul dintre diam. ext. al manşonului şi diam. şurubului η = 1,8

21

22

112 dd2ctgd

sindD η+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ξ+θ+

θ≥

21

22

12 dctgd

sindD η+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ θη+

θη

≥

21 d,d

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul MERO BK – nodul bloc este conceput pentru a conecta bare cu secţiune rectangulară care lucrează şi în încovoiere (prindere semi-rigidă)

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul MERO NK – nod semi-sferă goală, este derivat din sistemul iniţial, KK, permite rezemarea directă a elemetelor de închidere; diametrul uzual al nodului este între 160mm şi 200mm

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul MERO TK – nod disc plan – cel mai specializat dintre nodurile MERO actuale, fiind aplicabil doar în cazul reţelelor mono-strat cu partiţie triunghiulară; secţiunea barelor este rectangulară; diametrul uzual este de 200mm, barele au secţiuni între 70 × 70mm şi 90 × 90mm

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul MERO TK – nod disc plan

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul MERO ZK – nod cilindric – bună rigiditate la încovoiere, fiind indicat pentru reţele mono-strat curbe sau plane, cu partiţie triunghiulară sau rectangulară; secţiunea barelor – între 100 × 60mm şi 160 × 80mm Diametrul uzual – 200mm; barele prinse cu două sau patru şuruburi.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul Züblin – este foarte asemănător cu MERO. Materialele pentru noduri şi pentru bare sunt practic aceleaşi. Pot fi însă evidenţiate următoarele diferenţe:nodurile sunt sferice chiar şi în zona de contact cu capătul bareicontactul dintre capătul barei şi nod se face pe o suprafaţă curbă, prin urmare, nu există suprafeţe plane disponibile pentru transmiterea forţelor de compresiunegăurile de la capetele barelor sunt filetateşuruburile (prezoanele) au filete cu paşi diferiţi la cele două capeterăsucirea piesei de capăt, în timpul strângerii cu cheia, este transmisă părţii hexagonale a şurubului (prezonului)

Mai întâi, şurubul (prezonul) este înşurubat în capătul barei. Apoi, răsucirea în sens opus face ca şurubul (prezonul) să intre în nod iar faptul că cele două filete au paşi diferiţi face ca bara să ajungă în contact cu nodul.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul Züblin

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul KRUPP-MONTAL – asemănător cu MERO atât din punctul de vedere al materialelor, cât şi al comportării. Pot fi remarcate următoarele particularităţi:partea conică a capătului barei este în contact cu nodul; nu există spaţiu pentru un manşon sau alt dispozitiv de strângereşurubul este răsucit printr-un cap hexagonal conectat la un dispozitiv cardanic care se introduce printr-un gol special lăsat în peretele ţeviiînşurubuarea se poate realiza doar cu un dispozitiv special

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul KRUPP-MONTAL

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul SCAN SPACE – presupune utilizarea unei sfere turnate din fontă. Spre deosebire de variantele de nod prezentate anterior, în acest caz sfera este goală la interior. Sfera fiind mai mare, dacă geometria o permite, este posibilă evitarea folosirii zonelor conice de la capetele barelor, astfel încât bara să ajungă în contact direct cu nodul. La unul dintre capete, cel din stânga, şurubul este fixat de capătul barei. Acest şurub este strâns prin răsucirea barei până când acesta intră complet în nod. La celălalt capăt al barei, şurubul are un gol hexagonal la capătul filetat (cel din dreapta). Şurubul este strâns prin introducerea unei chei cu tijă lungă prin gaura opusă şurubului (cea din stânga). O atenţie deosebită trebuie acordată stabilirii ordinii de montaj, pentru a evita riscul de blocare, care poate apărea în situaţia în care gaura opusă şurubului care se doreşte a fi strâns este inaccesibilă din cauza barei care a fost deja prinsă în acea gaură.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul SCAN SPACE

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul OKTA-S – este asemănător cu SCAN SPACE dar nodul nu mai este o sferă continuă, ci este realizat din două calote sferice. Accesul la capetele şuruburilor, pentru strângere, se face prin interiorul sferei. Sistemul a fost propus de firma germană Mannesmann în 1974, ca variantă cu şuruburi (litera S provine de la “scrub”, cuvântul german pentru şurub) a detaliului OKTAPLATTE (varianta sudată) propus de aceeaşi firmă în 1959.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul OKTA-S

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul TUBAL – a fost dezvoltat de prof. dr. ing. Mick Eekhout în 1984 şi constă dintr-o calotă sferică cu capac. Capacul reprezintă circa un sfert din sferă. Barele sunt prinse cu şuruburi de înaltă rezistenţă strânse din interiorul sferei. Există şi variante în care şurubul traversează nodul şi realizează legătura directă dintre două bare care se găsesc una în continuarea celeilalte.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul TUBAL

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul NS Space Truss – a fost propus de firma Nippon Steel în anii 1970. Acesta este asemănător cu OKTA-S dar nodul este de această dată o calotă sferică groasă închisă cu elemente plane. Strângerea şuruburilor se face prin interiorul nodului. Barele au capete conice filetate.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul ORBA * HUB, (cunoscut şi ca STAR * NET) a fost dezvoltat de firma americană STAR * NET. Este asemănător cu nodul MERO. Componentele principale sunt:noduri sub formă de bilă extrudată din aliaje de aluminiubare tubulare din aliaje de aluminiuşuruburi cadmiate din oţel sau din aliaje de aluminiu, piuliţe, şaibecoliere din două componente (cu rol estetic)

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemele ORONA – se prezintă un sistem mai vechi, ORTZ, şi unul mai nou, ELKAR.

În cazul sistemului ORTZ, nodul este de tip bilă forjată, cu găuri filetate. Fiecare capăt de bară are un con şi un şurub cu două piuliţe, una subţire şi una normală. Şurubul are două părţi, filetate în direcţii opuse: partea dinspre nod are filet pe stânga iar partea dinspre bară are filet pe dreapta. Partea care intră în nod are o lungime minimă bine precizată, pentru a realiza ancorajul. Cele două piuliţe sunt folosite pentru a strânge şurubul. După ce şurubul este strâns în nod, piuliţele sunt deplasate către con (capătul barei) şi strânse, acţionând ca un blocaj.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul ORTZ –

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul ELKAR este foarte asemănător cu ORTZ. În acest caz, filetul şurubului este doar pe stânga.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul KT TRUSS a fost dezvoltat de firma japoneză Kawatetsu Steel Products Corporation. Filetul în nod este pe dreapta iar pe bară este pe stânga. Cea de a doua imagine conţine etapele de asamblare.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Sistemul KT TRUSS – etapele de montaj:1. Se montează arcul pe partea nefiletată a şurubului2. Manşonul cu filet pe stânga se montează pe şurub3. Piuliţa de ancoraj este lipită la interior şi montată pe şurub4. Manşonul hexagonal este pus pe şurub5. Se montează piuliţa care ţine manşonul

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un şurub coaxial cu bara

Toate nodurile prezentate anterior transferă forţele de întindere din nod prin intermediul unui şurub solicitat axial şi plasat coaxial cu bara. La alegerea uneia dintre aceste soluţii, se recomandă să se aibă în vedere:forţa capabilă a prinderii corespunde cedării şurubului în zona filetată; diametrul necesar al şurubului este determinat de mărimea forţei de întindere care trebuie să fie transmisă în nodriscul ca un şurub să nu fie înşurubat suficient în nod trebuie luat în considerare, împreună cu influenţa acestei situaţii asupra siguranţei structurii; aceasta se face în mod uzual prin următoarele mijloace:

analiza structurală se efectuează cu o bară lipsă (ieşită din lucru); influenţa este mai importantă asupra barelor întinse, dat fiind că în cazul compresiunii, aceasta se transmite prin contactul dintre capătul barei şi nodutilizarea unor coeficienţi parţiali de siguranţă sporiţi, împreună cu exigenţe mai severe în privinţa execuţiei şi a montajului

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un sistem de caneluri

O parte dintre detaliile din acest grup sunt asemănătoare cu detalii care transferă forţa printr-un şurub solicitat axial dar, în acest caz, canelurile nu sunt componente ale unui filet.Unul dintre cele mai cunoscute detalii din această categorie este NODUS, propus în 1972 de British Steel Corporation –Divizia de Secţiuni Tubulare. Capetele barelor au un sistem de caneluri, prin intermediul cărora sunt prinse în nod cu ajutorul a două piese turnate, care conţin un sistem de caneluri compatibil. Cele două piese turnate sunt strânse în nod cu un şurub lung. Una dintre piesele turnate conţine gusee de care se prind diagonalele prin intermediul unui detaliu de tip furcă.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un sistem de caneluri

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un sistem de caneluri

Sistemul TRIODETIC a fost dezvoltat în anii 1950 de firma canadiană F. Fentiman & Sons Ltd. Barele sunt aplatizate şi profilate la capete iar nodul constă dintr-un sâmbure din aliaj de aluminiu, cu caneluri compatibile cu profilarea capetelor barelor. Barele sunt introduse în nod cu ajutorul unor ciocane automate. Iniţial, atât barele cât şi nodul erau din aliaj de aluminiu, dar în prezent se folosesc şi soluţii cu bare din oţel şi nod de aluminiu.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-un sistem de caneluri

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecare

Sistemul MODUSPAN, cunoscut anterior ca UNISTRUT a fost propus de Charles W. Attwood în 1955, cu ajutorul Engineering Research Institute al universităţii Michigan. Principalele elemente componente sunt:

bare din profile U formate la rece, cu aripi rigidizateo placă din oţel ambutisatăşuruburi pentru prinderea barelor pe placă.

Fiecare bară are la capete câte trei găuri. Placa are, pe direcţia fiecărei bare, câte două dornuri, formate prin presare, şi o gaură situată între acestea (toate trei având aceleaşi diametre cu găurile de la capetele barelor). La montaj, dornurile intră în cele două găuri marginale de pe bară iar prin găurile centrale se introduce un şurub care transmite o parte din forţă şi asigură ansamblul împotriva desfacerii (împiedică dornurile să iasă din găuri). Principalul avantaj al acestui detaliu de nod este simplitatea.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecare

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecare

Sistemul PREMIT a fost realizat în Italia de G. Prete în urma unor cercetări începute în 1975 (Dipaola & Prete, 2003). Este utilizat pentru reţele bi-strat atât planare cât şi curbe. Unul dintre avantajele acestui detaliu este faptul că nodul se realizează direct din asamblarea barelor, fără a fi necesar vreun alt element. Prinderea este asigurată prin utilizarea a cel puţin patru şuruburi de înaltă rezistenţă pretensionate.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecare

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecare

Sistemul OCTATUBE a fost propus de prof. dr. ing. Mick Eekhout în 1973 şi constă dintr-o placă octogonală pe care sunt sudate două piese semi-octogonale perpendiculare. Barele sunt aplatizate la capete şi prinse în nod cu şuruburi de înaltă rezistenţă.

Structuri spaţiale – detalii de nod – noduri care transferă forţele printr-o tijă supusă la forfecare

Structuri spaţiale – detalii de nod – alte noduri (sudate etc.)

Unul dintre primele noduri sudate a fost OKTAPLATTE, în varianta originală, propus de firma germană Mannesmann în 1959, după cumpărarea patentului de la H. Konig. Acesta consta din două semi-sfere conectate prin intermediul unei diafragme. Avantajele acestei soluţii erau legate de faptul că intersecţia capătului de bară cu o calotă sferică necesita o tăiere plană a barei (intersecţia este un cerc), precum şi de rigiditatea sporită a nodului. Astfel de soluţii au fost utilizate, de asemenea, în Spania şi în România. În ţara noastră, pot fi amintite, de exemplu, acoperişurile mai multor săli polivalente realizate folosind acest tip de detaliu (Brăila, Timişoara., Braşov etc.). În unele dintre aceste rezolvări, barele tălpilor erau continue prin sferă iar diagonalele erau întrerupte şi sudate pe sferă.

Structuri spaţiale – detalii de nod – alte noduri (sudate etc.)