УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ В ПРЯМОЛИНЕЙНУЮ БАЛКУ Российский патент 2008 года по МПК E04B1/10 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении малоэтажных зданий и сооружений с деревянным каркасом.

Известен узел соединения стержней, включающий сердечник в форме гексаэдра с отверстиями в гранях и объединенные с ними болтами концы стержней. Сердечник выполнен полым и в нем отсутствует хотя бы одна грань, а часть оставшихся боковых граней снабжены прорезями. Концы стержней выполнены с резьбовыми отверстиями и установленными в них болтами (см. патент SU, 1753953, кл. Е04В 1/58, 1992).

Недостатком этой конструкции узла является конструктивная сложность узла (предназначенного для использования в качестве пространственного узла), кроме того, сформированную с его помощью конструкцию невозможно использовать в качестве горизонтальной несущей балки.

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип предлагаемого изобретения, является узел соединения стержней в прямолинейную балку, содержащий последовательно размещенные стержни, состыкованные торцами, и стяжные элементы (см. RU 2109113, Е04В 1/58, Е04В 1/26, 1998).

Недостатком прототипа является низкая прочность стыка стержней при формировании из них безопорной горизонтальной несущей балки.

Решаемая техническая задача - повышение несущей способности стыка стержней при формировании из них безопорной горизонтальной несущей балки.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности эффективного использования конструкции при формировании каркаса (с получением высокой прочности на изгиб стыкового узла). Кроме того, обеспечивается максимально эффективное использование материала конструкции, т.е. сочетание минимизации ее материалоемкости при повышенной несущей способности.

Для решения поставленной задачи узел соединения стержней в прямолинейную балку, содержащий последовательно размещенные стержни, состыкованные торцами, и стяжные элементы, отличается тем, что балка сформирована из стержней чередующихся типов сечения, при этом сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из по меньшей мере одной пластины фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластины, причем стенка второго типа стержней содержит на одну пластину фанеры больше, чем стенка первого типа стержней, причем в конструкции стержней пластины размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стыкуемого с ним типа стержней, кроме того, при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, размещенных в зазоре между пластинами и скрепленных с ними, причем конец первого типа стержней, пропущенный в зазор между пластинами фанеры второго типа стержней, лишен соответствующих участков продольных брусков, а торцы оставшихся участков брусков уперты в обращенные к ним торцы брусков второго типа стержней, кроме того, участок стыка по всей площади и на всю его толщину прошит стяжными элементами, например шурупами. Кроме того, в зазоре между пластинами, вдоль их продольных кромок, размещены дополнительные бруски, скрепленные с обеими пластинами. Кроме того, стык стержней усилен стыковой накладкой, выполненной из материала, сопротивление растяжению которого выше, чем у материала стержней, зафиксированной на внешней стороне стержней, испытывающей растягивающие нагрузки. Кроме того, торцовые кромки пластин фанеры, составляющих стенку первого типа стержней, уперты в поперечное ребро жесткости. Кроме того, стык снабжен тягой, предпочтительно вертикальной, например, выполненной из металла. Кроме того, участок стыка дополнительно скреплен клеем.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «балка сформирована из стержней чередующихся типов сечения, при этом сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из по меньшей мере одной пластины фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластины, причем стенка второго типа стержней содержит на одну пластину фанеры больше, чем стенка первого типа стержней, причем в конструкции стержней пластины размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стыкуемого с ним типа стержней», вместе с признаками «конец первого типа стержней, пропущенный в зазор между пластинами фанеры второго типа стержней, лишен соответствующих участков продольных брусков» обеспечивают возможность взаимопроникновения друг в друга стыкуемых стержней и за счет этого формирование высокопрочной и легкой строительной конструкции из двух профилированных брусьев, при этом возможно наращивание несущей способности конструкции как за счет увеличения высоты и толщины стенки (без боязни потери устойчивости стенки при нагрузках вдоль стенок профиля), так и наращивание момента сопротивления сечения балки за счет увеличения размера полки.

Кроме того, признаки, указывающие, что пластины второго типа стержней «размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции первого типа стержней», обеспечивают плотное прилегание друг к другу пластин, составляющих взаимопроникающие друг в друга концы стыкуемых стержней.

Признаки «при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, размещенных в зазоре между пластинами и скрепленных с ними», обеспечивают совместность работы элементов стержня (пластин и брусков), и общее повышение прочностных характеристик профиля, из которого изготовлены стержни.

Признаки «торцы оставшихся участков брусков уперты в обращенные к ним торцы брусков второго типа стержней» обеспечивают снижение удельных сжимающих нагрузок на торцы брусьев и ограничивают возможность поворота брусьев в стыке.

Признаки «участок стыка по всей площади и на всю его толщину прошит стяжными элементами, например шурупами», обеспечивают возможность образования монолитной (без полостей) конструкции в зоне стыка при склейке стенок и стягивании конструкции шурупами и тем самым обеспечивают перераспределение нагрузок, воспринимаемых стыком балки, на достаточно обширном участке конструкции.

Признаки второго пункта формулы изобретения повышают момент сопротивления сечения стержня.

Признаки третьего пункта формулы изобретения повышают сопротивление изгибу стержней.

Признаки четвертого и шестого пунктов формулы изобретения обеспечивают повышение прочностных характеристик стыка.

Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность подвески бруса к вышележащим элементам конструкции.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез узла; на фиг.2 схематически представлен поперечный разрез стержня; на фиг.3 схематически представлен вид сбоку.

На чертежах показана балка, сформированная из стержней первого 1 и второго 2 типов сечения (им придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластины 3 фанеры, а полки выполнены в виде брусков 4, закрепленных вдоль продольных кромок пластины 3). Сечения подобны и отличаются числом пластин 3 фанеры, использованных в их конструкции (в сечении второго типа стержней на единицу больше пластин 3, чем в сечении первого типа стержней). Конструктивно бруски 4, закрепленные на внешней стороне пластин 3, и дополнительные бруски 5, закрепленные в зазоре между ними, отличаются только толщиной. Пластины размещены с зазором 6, равным толщине пластин, использованных в конструкции взаимодействующего с ним типа стержней, кроме того, при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости 7, скрепленных с пластинами, кроме того, конец первого типа стержней 1, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго типа стержней 2, лишен соответствующих участков продольных брусков 4 и дополнительных брусков 5. Торцы оставшихся участков брусков 4 и 5 уперты в обращенные к ним торцы брусков второго типа стержней 2. Торцовые кромки 8 пластин 3 фанеры, составляющих стенку первого типа стержней, уперты в поперечное ребро жесткости 7, ближайшее к стыку. Участок стыка по всей площади и на всю его толщину прошит стяжными элементами, например шурупами 9. Стык стержней может быть усилен стыковой накладкой 10, выполненной из материала, сопротивление растяжению которого выше, чем у материала стержней (металлической ленты), зафиксированной на внешней стороне стержней, испытывающей растягивающие нагрузки.

Кроме того, показана тяга 11, предпочтительно вертикальная и выполненная из металла, пропущенная через сквозное отверстие, выполненное в плоскости узла, и зафиксированная, например гайками, размещенными на конце тяги, снабженном резьбой, или же соединяемая с хомутом, охватывающим балку (последние элементы на чертежах не показаны).

Стержни изготавливают склеиванием в заводских условиях на стендах известной конструкции, обеспечивающих заданную фиксацию ее элементов и их соответствующее сжатие на время отверждения клея. Для изготовления продольных 4, дополнительных 5 брусков и поперечных ребер жесткости 7 используют древесину не ниже 2-го сорта хвойных пород (за исключением лиственницы) по ГОСТ 8486-86 с размерами по ГОСТ 24454-80, с соответствующими расчетными характеристиками по СНиП П-25-80. Количественные параметры дефектов формы и обработки деталей (покоробленность, отклонение от параллельности пластей и кромок, обзол) не должны превышать допускаемых для пиломатериалов 2-го сорта. Сквозные трещины, выходящие на торец, не допускаются. Сучки, загнившие, гнилые и табачные, а также несросшиеся, расположенные на кромках, не допускаются.

Бруски 4 и 5 полок стержней склеиваются по длине с помощью зубчатых соединений по ГОСТ 19414-90. Показатели предела прочности на изгиб зубчатых соединений должны быть не ниже: при нагружении кромки - порядка 33 МПа и не ниже 24 МПа; при нагружении пласти - порядка 37,5 МПа и не ниже 27 МПа.

Для изготовления пластин 3 и также при необходимости поперечных ребер жесткости 7 и брусков 5 используют фанеру марки ФСФ сорта не ниже В/ВВ по ГОСТ 3916.1-89 толщиной 8 и 10 мм.

Поперечные ребра жесткости 7 размещают по длине балки (стержня) на расстоянии друг от друга «в опасных по разрушению» сечениях балки, определяемых расчетом для конкретных условий (что наиболее целесообразно) с учетом обеспечения «совместности» работы пластин, или же задают это расстояние по технологическим соображениям исходя из минимального числа ребер жесткости, обеспечивающего «совместность» работы пластин.

Клеевые соединения в конструкциях следует выполнять на синтетических клеях, соответствующих СНиП П-25-80. При этом клеевые соединения должны удовлетворять следующим требованиям: влажность древесины деталей балок до обработки защитными составами должна быть (12±3) %; балки по качеству клеевых соединений должны отвечать требованиям ГОСТ 20850-84; толщина и ширина склеиваемых слоев в поясах балок должна отклоняться от номинальной не более ±1 мм; толщина клеевых прослоек в элементах конструкций должна быть не более 0,5 мм. Допускаются участки толщиной до 1 мм, если их длина не превышает 100 мм, а расстояние между ними - не менее десятикратной длины этих прослоек; непроклеенные участки не допускаются.

Готовые конструкции при необходимости подвергают защитной и/или декоративной обработке для предохранения их от увлажнения, биоповреждения, возгорания и химической коррозии, а также придания им необходимого эстетического вида. Эти работы выполняют на предприятии-изготовителе. Защита возможна как от одного, так и от комплекса указанных воздействий, что регламентируется условиями эксплуатации конструкций. При этом балки для зданий V степени огнестойкости должны быть защищены от биоразрушения на срок безремонтной службы 50 лет, для деталей VIII класса условий службы - по ГОСТ 20022.2-80*; древесина балок для зданий IV степени огнестойкости должна быть защищена от биоразрушения и возгорания посредством глубокой пропитки составами диаммония фосфата (аммоний фосфорнокислый) с сернокислым аммонием, буры с борной кислотой в соотношении 1:1 или другими защитными составами, обладающими аналогичными свойствами.

Готовые изделия упаковывают и отправляют потребителю.

Формирование прямолинейной балки включает удаление участков брусков 4 и 5. Далее осуществляют сборку узла - укладывают стержни в длину на ровной поверхности, стыкуют друг с другом торцы брусков 4 и 5 и, желательно, торцовую кромку первого типа стержней 1 и обращенную к ней поверхность поперечного ребра жесткости 7 (предварительно на соответствующие поверхности названных деталей и/или поверхности пластин 3 наносят клей - синтетический, соответствующий требованиям СНиП П-25-80). Далее в пределах стыка обеспечивают сжимающие усилия перпендикулярно внешней поверхности пластин, после чего «пакет», включающий пластины 3 обоих стержней, «сшивают» на всю толщину стяжными элементами, например шурупами 9, которые располагают равномерно по всей площади стыка. Далее стык усиливают размещением и фиксацией шурупами дополнительной стыковой накладки 10 на внешней стороне стыка стержней, испытывающей растягивающие нагрузки.

Целесообразно сборку узла осуществлять в заводских условиях. После окончания сборки форменной конструкции, включающей заявленный узел, ее используют для формирования каркаса крыши здания. Причем этот процесс отличается от общепринятых технологий исключением необходимости использования мощной подъемной техники в связи с малым весом каркаса.

В процессе восприятия узлом конструктивных нагрузок его элементы обеспечивают работу каркаса как единого целого.

Кроме того, варьируя число пластин и ребер жесткости в составе конструкции, можно варьировать в широких пределах несущую способность конструкции (при сохранении неизменной ширины пластин, т.е. высоты стенки профиля).

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлам соединения деревянных стержней. Технический результат заключается в повышении прочности узла на изгиб. Узел соединения стержней в прямолинейную балку содержит последовательно размещенные стержни чередующихся типов сечения, состыкованные торцами, и стяжные элементы. Стенка второго типа стержней содержит на одну пластину фанеры больше, чем стенка первого типа стержней. В конструкции стержней пластины размещены с зазором, равным толщине пластин в конструкции стыкуемого с ним типа стержней. При наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они скреплены друг с другом поперечными ребрами жесткости, размещенными в зазоре между пластинами. Конец первого типа стержней, пропущенный в зазор между пластинами фанеры второго типа стержней, лишен соответствующих участков продольных брусков, а торцы оставшихся участков брусков уперты в обращенные к ним торцы брусков второго типа стержней. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел соединения стержней в прямолинейную балку, содержащий последовательно размещенные стержни, состыкованные торцами, и стяжные элементы, отличающийся тем, что балка сформирована из стержней чередующихся типов сечения, при этом сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из, по меньшей мере, одной пластины фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластины, причем стенка второго типа стержней содержит на одну пластину фанеры больше, чем стенка первого типа стержней, причем в конструкции стержней пластины размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стыкуемого с ним типа стержней, кроме того, при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры, они скреплены друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, размещенных в зазоре между пластинами и скрепленных с ними, причем конец первого типа стержней, пропущенный в зазор между пластинами фанеры второго типа стержней, лишен соответствующих участков продольных брусков, а торцы оставшихся участков брусков уперты в обращенные к ним торцы брусков второго типа стержней, кроме того, участок стыка по всей площади и на всю его толщину прошит стяжными элементами, например шурупами.2. Узел по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между пластинами, вдоль их продольных кромок, размещены дополнительные бруски, скрепленные с обеими пластинами.3. Узел по п.1, отличающийся тем, что стык стержней усилен стыковой накладкой, выполненной из материала, сопротивление растяжению которого выше, чем у материала стержней, зафиксированной на внешней стороне стержней, испытывающей растягивающие нагрузки.4. Узел по п.1, отличающийся тем, что торцовые кромки пластин фанеры, составляющих стенку первого типа стержней, уперты в поперечное ребро жесткости.5. Узел по п.1, отличающийся тем, что стык снабжен тягой, предпочтительно вертикальной, например выполненной из металла.6. Узел по п.1, отличающийся тем, что участок стыка дополнительно скреплен клеем.