УЗЕЛ СТЕРЖНЕВОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2008 года по МПК E04C3/12 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении деревянных арок, рам и ферм.

Известен узел стержневой конструкции, включающий верхний и нижний стержни, соединяемые под углом посредством лобовой врубки. Для повышения несущей способности узла соединения применяются накладки, устанавливаемые с обеих сторон узла и прикрепляемые к обоим стержням. Накладки могут быть выполнены либо из стали, либо из древесины. Крепление накладок может быть выполнено стяжными болтами, гвоздями или шипами, образованными самой накладкой (см. Атлас деревянных конструкций. К.Г.Гетц и др. М.: С/И. 1985 г., с.182).

Недостатком этого устройства является большое количество нагелей в обоих стержнях, что снижает их несущую способность, уменьшая площадь поперечного сечения нетто.

Известен также узел стержневой конструкции, содержащий два деревянных стержня, соединенных так, что конец первого из них связан с продольной кромкой второго и скреплен стыковыми накладками (см. RU 2179613, кл. Е04С 3/12, Е04В 1/58, 2002).

Недостатком описанного прототипа является значительный вес конструкции и неудовлетворительное использование материала стержней с позиций прочности - невысокое отношение величины несущей нагрузки к площади поперечного сечения стержней и неизбежное снижение прочности второго стержня, в который «врезают» первый стержень, что снижает несущую способность узла.

Решаемая техническая задача - обеспечение высокой несущей способности узла стержневой конструкции.

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

Для решения поставленной задачи узел стержневой конструкции, содержащий два деревянных стержня, соединенных так, что конец первого из них связан с продольной кромкой второго и скреплен стыковыми накладками, отличается тем, что сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин, при этом в сечении второго стержня число пластин фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции первого стержня, причем при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стыкуемого с ним стержня, причем пластины фанеры связаны друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, скрепленных с ними, кроме того, конец первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня, лишен полок, а торцы оставшихся участков полок уперты в обращенную к ним поверхность полки второго стержня, кроме того, участок стыка по всей площади стыковых накладок и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами, например шурупами. Кроме того, полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин с обеих их сторон, причем толщина брусков, закрепленных в зазоре между пластинами, соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин. Кроме того, длина стыковых накладок превышает расстояние между поперечными ребрами жесткости, ближайшими к стыку стержней. Кроме того, стык снабжен тягой, предпочтительно вертикальной, например, выполненной из металла. Кроме того, в зазоре между пластинами фанеры второго стержня в контакте с продольными кромками стенок первого стержня размещены вкладыши, выполненные из фанеры соответствующей толщине таких пластин, причем на внешней стороне пластин второго стержня размещены стыковые накладки, выполненные из такой же фанеры. Кроме того, торец первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня, выполнен заподлицо с поверхностью соответствующей полки второго стержня.

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 - «сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин» - обеспечивают возможность формирования высокопрочной и легкой строительной конструкции из двух профилированных стержней, при этом возможно наращивание несущей способности конструкции за счет увеличения высоты стенки (без боязни потери устойчивости стенки при нагрузках вдоль стенок профиля); наращивание момента сопротивления сечения балки (за счет увеличения размера полки), при одновременном обеспечении прочности стыкования стержней, за счет «взаимопроникновения» в стык внутренних и внешних накладок на стыкуемых участках, без существенного повышения материалоемкости этих участков.

Признаки - «в сечении второго стержня число пластин фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции первого стержня, причем при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стыкуемого с ним стержня» - обеспечивают возможность взаимопроникновения стыкуемых участков стержней друг в друга, обеспечивают плотное контактирование пластин и упрощают процедуру организации такого взаимопроникновения.

При этом наличие поперечных ребер жесткости обеспечивает совместность работы элементов стержня - пластин и брусков, т.е. их работы как элементов одной строительной конструкции и общее повышение прочностных характеристик профиля, из которого изготовлены стержни.

Признаки - «конец первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня, лишен полок» - обеспечивают возможность проникновения пластин, составляющих стенки первого типа стыкуемых стержней в зазор между стенками (пластинами) второго.

Признаки - «торцы оставшихся участков полок уперты в обращенную к ним поверхность полки второго стержня» - обеспечивают снижение удельных сжимающих нагрузок на торцы брусков и ограничивают возможность поворота стержней в стыке.

Признаки - «участок стыка, по всей площади стыковых накладок и на всю толщину этого участка, прошит стяжными элементами, например шурупами» - обеспечивают перераспределение нагрузок, воспринимаемых узлом, на достаточно обширном участке стержней.

Признаки второго пункта формулы изобретения раскрывают конструкцию полки «двутавра». При этом упрощается подготовка производства и оптимизируются прочностные характеристики полки с позиций минимизации материалоемкости участка стыка.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают оптимизацию перераспределения нагрузок, воспринимаемых узлом.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность формирования дополнительной точки опоры для нижележащих элементов конструкции.

Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность образования монолитной (без полостей) конструкции в зоне стыка при склейке накладок со стенками и стягивании конструкции шурупами.

Признаки шестого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность размещения продольных связей каркаса крыши (связывающего соседние фермы) непосредственно на обращенной к ним поверхности второго типа стержней.

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

На чертежах показаны первый 1 и второй 2 деревянные стержни. Сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин 3 фанеры, а полки выполнены в виде брусков 4 и 5, закрепленных вдоль продольных кромок пластин, при этом в сечении второго стержня 2 число пластин 3 фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции первого стержня 1. При наличии в конструкции стержней не менее двух пластин фанеры они размещены с зазором 6, равным толщине пластин 3, использованных в конструкции стыкуемого с ним стержня, причем пластины 3 фанеры связаны друг с другом посредством поперечных ребер жесткости 7, скрепленных с ними. Кроме того, конец первого стержня 1, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня 2, лишен полок, а торцы оставшихся участков его полок уперты в обращенную к ним поверхность 8 полки второго стержня 2. Торец 9 конца первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами 3 фанеры второго стержня 2, выполнен заподлицо с соответствующей полкой 10 второго стержня. В зазоре 6 между пластинами 3 фанеры второго стержня 2 в контакте с продольными кромками 11 стенок первого стержня 1 размещены вкладыши 12, выполненные из фанеры соответствующей толщине пластин 3. На внешней стороне пластин второго стержня 2 размещены стыковые накладки 13, выполненные из такой же фанеры. Участок стыка по всей площади стыковых накладок 13 и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами 14, например шурупами. Толщина брусков 5, закрепленных в зазоре 6 между пластинами 3, соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин. Длина стыковых накладок 13 превышает расстояние между поперечными ребрами жесткости 7, ближайшими к стыку стержней 1 и 2. Кроме того, стык снабжен тягой 15, предпочтительно вертикальной, например, выполненной из металла. Для этого через стык может быть выполнено сквозное отверстие (не показано) с возможностью размещения и фиксации тяги 15.

Стержни изготавливают склеиванием в заводских условиях на стендах известной конструкции, обеспечивающих заданную фиксацию ее элементов и их соответствующее сжатие на время отвержения клея. Для изготовления продольных брусков 4 и 5 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 и 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 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 требованиям 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 узла включает опиливание торца первого стержня 1 под углом, обеспечивающим заданный угол ската крыши и удаление участков брусков 4 и 5 с его стыкуемого участка, а также подготовку вкладышей 12 и накладок 13.

Далее осуществляют сборку узла - укладывают брусья набок на ровной поверхности, стыкуют друг с другом, - конец первого стержня 1 вводят во второй стержень 2. Конец первого стержня 1, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня 2, лишен полок, а торцы оставшихся участков его полок уперты в обращенную к ним поверхность 8 полки второго стержня 2. Торцы их полок 5 и торцы стенок 6, в зазор 2 брусьев (или зазоры 2, если число пластин 1 больше двух) вводят накладки 7, а на внешних поверхностях пластин 1 размещают накладки 8 (предварительно на соответствующие поверхности накладок 7 и 8 и/или поверхности пластин 2 наносят клей (синтетический, соответствующий СНиП П-25-80)). Далее в пределах площади накладок 8 обеспечивают сжимающие усилия перпендикулярно их внешней поверхности, после чего «пакет», включающий пластины 1 и накладки 7 и 8 «сшивают» на всю толщину стяжными элементами, например шурупами, которые располагают равномерно по всей площади стыка. Далее стык усиливают размещением и фиксацией шурупами дополнительной стыковой накладки 11 на внешней стороне стыка стержней, испытывающей растягивающие нагрузки. Затем, если это предусмотрено проектом, через узел известным образом пропускают тягу 13 и фиксируют ее.

Целесообразно операцию сборки 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 и накладки 7, 8 и 11 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 стержневых деревянных конструкций. Технический результат заключается в повышении прочности и жесткости узла соединения. Узел стержневой конструкции содержит два деревянных двутавровых в поперечном сечении стержня, скрепленных накладками, при этом конец первого из них связан с продольной кромкой второго. Стенка стержня выполнена из пластин фанеры, размещенных с зазором и скрепленных друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, а их полки выполнены в виде брусков. Число пластин фанеры второго стержня на единицу больше числа пластин фанеры конструкции первого стержня, причем при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры они размещены с зазором, равным толщине пластин конструкции стыкуемого с ним стержня. Пластины фанеры связаны друг с другом поперечными ребрами жесткости. Конец первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня, лишен полок, а торцы оставшихся участков полок уперты в обращенную к ним поверхность полки второго стержня. Толщина брусков, закрепленных в зазоре между пластинами, соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин. В зазоре между пластинами фанеры второго стержня размещены вкладыши из фанеры. На внешней стороне пластин второго стержня размещены накладки из фанеры. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел стержневой конструкции, содержащий два деревянных стержня, соединенных так, что конец первого из них связан с продольной кромкой второго и скреплен стыковыми накладками, отличающийся тем, что сечению стержней придан профиль двутавра, стенка которого выполнена из пластин фанеры, а полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин, при этом в сечении второго стержня число пластин фанеры на единицу больше числа пластин фанеры, использованных в конструкции первого стержня, причем при наличии в конструкции стержня не менее двух пластин фанеры, они размещены с зазором, равным толщине пластин, использованных в конструкции стыкуемого с ним стержня, причем пластины фанеры связаны друг с другом посредством поперечных ребер жесткости, скрепленных с ними, кроме того, конец первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня, лишен полок, а торцы оставшихся участков полок уперты в обращенную к ним поверхность полки второго стержня, кроме того, участок стыка по всей площади стыковых накладок и на всю толщину этого участка прошит стяжными элементами, например шурупами.2. Узел по п.1, отличающийся тем, что полки выполнены в виде брусков, закрепленных вдоль продольных кромок пластин с обеих их сторон, причем толщина брусков, закрепленных в зазоре между пластинами, соответствует толщине фанеры, используемой для изготовления пластин.3. Узел по п.1, отличающийся тем, что длина стыковых накладок превышает расстояние между поперечными ребрами жесткости, ближайшими к стыку стержней.4. Узел по п.1, отличающийся тем, что стык снабжен тягой, предпочтительно вертикальной, например выполненной из металла.5. Узел по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между пластинами фанеры второго стержня в контакте с продольными кромками стенок первого стержня размещены вкладыши, выполненные из фанеры, соответствующей толщине таких пластин, причем на внешней стороне пластин второго стержня размещены стыковые накладки, выполненные из такой же фанеры.6. Узел по п.1, отличающийся тем, что торец первого стержня, пропущенный через зазор между пластинами фанеры второго стержня, выполнен заподлицо с поверхностью соответствующей полки второго стержня.