СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ДЕРЕВЯННОГО КАРКАСА ЗДАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК E04B1/26 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве с использованием каркасной технологии жилых и социально-бытовых малоэтажных зданий.

В последние годы в связи с доступной стоимостью, высокой скоростью возведения и отсутствием усадки широкое распространение получили каркасные дома – сооружения, основой которых является каркас - основа будущего дома, играющая роль его несущей конструкции. Важнейшими характеристиками качественно изготовленного каркаса являются его

- прочность - способность конструкции сопротивляться разрушению;

- жёсткость – способность конструкции сопротивляться деформациям;

- устойчивость – способность конструкции сохранять положение равновесия под нагрузкой.

Указанные характеристики являются определяющими при оценке такого показателя как эксплуатационная надежность каркаса и чем выше значения прочности, жесткости и устойчивости конструкции, тем выше эксплуатационная надежность каркаса.

Прочность и жесткость создаются формой элементов, составляющих каркас. Устойчивость достигается в результате прочного взаимного соединения элементов каркаса. Каркас состоит из следующих основных, жёстко соединённых между собой силовых элементов: нижнего основания, вертикальных стоек и верхнего основания. Дополнительными элементами каркаса, придающими ему дополнительную прочность и жёсткость, являются половые и потолочные балки. Все эти элементы создают своеобразную кристаллическую решётку здания с узлами в местах соединения элементов каркаса.

Для повышения несущей способности конструкции используют усовершенствования силовых элементов каркаса, а также способов их соединения, направленные на увеличение прочности, жесткости и устойчивости.

Известна (RU 2528766) конструкция стеновой деревянной стойки, включающая внешние и внутренние длинные и короткие ламели, скрепляемые нагелями и клеевыми соединениями, отличающаяся тем, что стойке придана форма двутаврового профиля, образованного из двух симметрично расположенных относительно вертикальной оси стойки тавров, состоящих из внешних боковых ламелей-полок, стыкующихся с ними ламелей-стенок и объединяющих всю конструкцию в единое целое внутренних ламелей-ребер жесткости, устанавливаемых горизонтально и(или) под углом 45° к горизонту в одинарном порядке с примыканием к передней или задней стороне стенок, параллельно и напротив друг друга с примыканием как к передней, так и к задней стороне стенок либо в шахматном порядке, либо с поочередным расположением как горизонтальных, так и наклонных ребер жесткости, причем полки стоек, используемых для возведения двух противоположных стен прямоугольного в плане здания, выполнены с нижними монтажными выступами, так же как и стенки стоек, используемых для возведения двух других стен здания.

Известна (RU 168168) деревянная двутавровая клееная балка, содержащая полки и стенку, отличающаяся тем, что обе полки и стенка состоят из трех элементов каждая, при этом средний элемент в полках и стенке является составным и образован путем соединения боковыми поверхностями трапециевидной детали и двух пирамидообразных деталей усеченной формы, все элементы балки получены при раскрое одного бревна с учетом заданного сбега, имеют переменное сечение по длине.

Известна (RU 160211) деревянная двутавровая клееная балка, содержащая полки и стенку, отличающаяся тем, что стенка прямоугольного сечения изготовлена из цельной древесины, полки образованы путем соединения боковыми поверхностями трех элементов, два из которых имеют форму усеченной пирамиды с сегментообразными основаниями, третий, расположенный между ними, прямоугольного сечения, все элементы балки получены при раскрое одного бревна с учетом заданного сбега и имеют переменное сечение по длине.

Известен (RU 88696) деревянный брус для возведения стен, снабженный шипом для стыковки с соседним брусом, отличающийся тем, что брус выполнен сборным, состоящим из внутренней ламели и внешних ламелей, все прямоугольной формы, каждая из внешних ламелей установлена жестко на своей внешней поверхности внутренней ламели с двух ее противоположных сторон с одинаковым сдвигом относительно нее по величине и направлению - как по вертикали, так и по горизонтали, с образованием по горизонтали с одной стороны бруса П-образного шипа, а с противоположной стороны П-образного паза, и по вертикали с одной стороны бруса П-образного шипа, а с противоположной стороны П-образного паза, при этом указанный выше сдвиг составляет не более половины соответствующего размера внутренней ламели, а горизонтальные и вертикальные размеры внутренней ламели бруса меньше соответствующих размеров внешних ламелей на величину изменения указанных геометрических размеров внутренней ламели в процессе эксплуатации бруса.

Известна конструкция (FR 2547340), содержащая деревянный каркас, состоящий из балок, стоек, стропил, прогонов и подкосов, закрытых снаружи панелями. Поперечные стропильные балки соединены между собой и с подкосами при помощи накладок. Вспомогательный поперечный прогон и вертикальная стойка также соединены со стропильными балками посредством накладок.

Известен (RU 2397295) каркас, состоящий из стоек и горизонтальных балок, соединенных в рамочные элементы в форме буквы «П». Рамочные элементы стойками закреплены на противоположных сторонах фундамента и установлены на нем вертикально, параллельно друг другу и на расстоянии друг от друга. Рамочные элементы соединены в каркас здания балками, которые прикреплены снаружи к стойкам рамочных элементов параллельно фундаменту и на которые крепят наружные стеновые элементы.

Известен (RU 131754) деревянный каркас здания, состоящий из идентичных деревянных рамочных элементов, установленных вертикально и на расстоянии друг от друга, отличающийся тем, что каркас содержит обвязку из бруса размером в сечении 150×200 мм, закрепленную на фундаменте здания, а рамочные элементы образованы двумя боковыми стойками из доски, размером в сечении 50×150 мм, и средней стойкой из бруса, размером в сечении 150×150 мм, связанными по верху общей обвязкой из сдвоенной доски, каждая размером в сечении 150×100 мм, которые в угловых стыках здания соединяются на угловых стойках из бруса, размером в сечении 150×200 мм, причем относительная отметка верха обвязки из сдвоенной доски и угловых стоек из бруса одинаковы, при этом рамочные элементы установлены и закреплены на обвязочном брусе с образованием каркаса несущих стеновых ограждений, наружного и внутренних, первого этажа каркаса здания, а на обвязке из сдвоенной доски поверху рамочных элементов предыдущего этажа установлены и закреплены рамочные элементы, образующие каркас несущих ограждающих конструкций последующих этажей здания, причем рамочные элементы установлены друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между средней и боковой стойкой, при этом угловые стойки из бруса первого этажа закреплены на обвязке из бруса, а угловые стойки из бруса последующих этажей закреплены на обвязке из сдвоенной доски рамочных элементов предыдущего этажа, кроме того, в каркасе между средними стойками соседних рамочных элементов выполнены оконные и дверные проемы, которые закреплены перемычками, выполненными из бруса, размером в сечении 150×100 мм и 150×150мм соответственно.

Недостатком вышеуказанных технических решений, а также им подобных является как сложность изготовления, так и малая жёсткость из -за наличия в конструкции многих шарнирных узлов, что приводит к увеличению действующих напряжений и усилий в стойках и балках. Вследствие этого вышеуказанные конструкции каркасов здания позволяют сооружать на его основе в основном одноэтажные здания. Кроме того, дома, построенные по известным технологиям, не обладают достаточной жесткостью каркаса и прочностью, и не могут противостоять экстремальным внешним силовым воздействиям.

Технической задачей и результатом заявленного изобретения является создание и способа построения деревянного каркаса здания, обладающего повышенными физико-механическими характеристиками, в частности, прочности, жесткости и устойчивости за счет использования в конструкции деревянных двутавровых стоек, а также способов их соединения.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ построения деревянного каркаса здания, включающего нижнее основание, верхнее основание, основные и вспомогательные двутавровые стойки, угловые самозажимные столбы, половые и потолочные балки, клинья, упоры, элементы стропильной системы, включающей стропильные балки с подстропильными двутавровыми стойками, при котором на фундамент по периметру здания укладываются и закрепляются между собой составные части нижнего основания с половыми балками установленными на нем при помощи фиксирующих штырей, на установленные и закрепленные на нижнем основании угловые самозажимные столбы, основные и вспомогательные двутавровые стойки устанавливаются и закрепляются составные части верхнего основания, к которому при помощи фиксирующих штырей крепятся потолочные балки, на которых закрепляются элементы стропильной системы, причем нижнее и верхнее основание, половые, потолочные и стропильные балки, угловые самозажимные столбы, основные, вспомогательные и подстропильные двутавровые стойки представляют собой сборные деревянные конструкции из досок и брусков, скрепленных между собой при помощи гвоздей, угловые самозажимные столбы, основные и подстропильные двутавровые стойки снабжены фиксирующими шипами, а левая и правая половины оснований, половых, потолочных и стропильных балок снабжаются пазами, в которые вставляются фиксирующие штыри скрепляемых с ними половых и потолочных балок, фиксирующие шипы угловых самозажимных столбов, основных и подстропильных двутавровых стоек, причем жесткая фиксация угловых самозажимных столбов и основных двутавровых стоек с верхним и нижним основаниями обеспечивается при помощи соединения «шип-паз», упоров и клиньев.

Особенностями конструкции балок основания, половых, потолочных и стропильных балок является наличие в них пазов, в которые устанавливаются шипы сочленяемого элемента каркаса для создания прочного соединения по типу «шип-паз».

Основная двутавровая стойка имеет на концах шипы, которые вставляются в пазы нижнего и верхнего основания каркаса здания. Фиксирование шипов двутавровых стоек в пазах балок оснований осуществляется за счет упоров и клиньев. Для более плотного прилегания граней клина к стенкам упора могут использоваться прокладки. Фиксирование клиньев к основанию осуществляется при помощи гвоздей. Таким образом при помощи соединения «шип-паз», упоров и клиньев создается естественная прочная связь основной стойки с окружающими элементами каркаса здания. Выступающие части полок двутавровой стойки дополнительно соединяются с верхним и нижним основаниями каркаса здания при помощи гвоздей.

Вспомогательная двутавровая стойка отличается от основной двутавровой стойки тем, что шипы на ее концах отсутствуют, что позволяет перемещать ее по стороне основания свободно и фиксировать ее в необходимом месте, соединяя выступающие части полок вспомогательной двутавровой стойки с нижним и верхним основанием при помощи гвоздей.

Дополнительным элементом жесткости предлагаемой конструкции является соединение противоположных частей основания через половые и потолочные балки с использованием фиксирующих штырей при котором фиксирующий штырь проходит через половую/потолочную балку и зажимается упором балки нижнего/верхнего основания.

Для прочного соединения верхнего, нижнего оснований и взаимно перпендикулярных стен каркаса предлагается конструкция самозажимного углового столба, состоящего из выступающих по торцам стенок и центральной части, включающей взаимно перпендикулярные половины с щипами на концах, которые в процессе сборки фиксируются при помощи клиньев и упоров. Наличие выступающих стенок и шипов позволяет при сборе узлового соединения частей основания и углового столба сформировать два соединения по типу «шип-паз» и создать прочную связь всех элементов.

Для соединения потолочных и стропильных балок в конструкции кровли используются подстропильные двутавровые стойки. Соединение стропильных балок в коньковом и карнизном углах между собой и с потолочной балкой, соединение стропильной и потолочной балок с подстропильными двутавровыми стойками также осуществляется по типу «шип-паз». Фиксирование соединений стропильных балок в коньковом и карнизном углах, подстропильной двутавровой стойки к стропильной и потолочной балкам осуществляется при помощи гвоздей. Фиксирование при помощи клиньев не предусмотрено. Окончательную жесткость конструкции кровли придает обрешетка из досок для крепления кровельного материала.

Сущность изобретения поясняется также чертежами:

Фиг.1 – общий вид каркаса здания;

Фиг.2 –основная двутавровая стойка: а) - вид сбоку, б) - вид сверху;

Фиг.3 –вспомогательная двутавровая стойка: а) - вид сбоку, б) - вид сверху;

Фиг 4 – половая/потолочная балка: а) - вид сверху, б) - вид сбоку, в) – соединение половой балки с основанием;

Фиг 5 - пример соединения основной двутавровой стойки с основанием;

Фиг.6 - угловой самозажимной столб: а) – вид сбоку, б) - вид сверху;

Фиг 7 – пример узла соединения составных частей нижнего основания и углового самозажимного столба (вид сверху);

Фиг.8 – потолочная и стропильная балки с подстропильной двутавровой стойкой,

Фиг.9 – пример соединения стропильных балок между собой, с верхним основанием и с потолочной балкой, где

1 – нижнее основание,

2 – верхнее основание,

3 – угловой самозажимной столб,

4 – основные и вспомогательные двутавровые стойки,

5 – половые и потолочные балки;

6 – полка двутавровой стойки/балки,

7 – стенка двутавровой стойки,

8 – брусок (упор) стойки,

9 – фиксирующий шип,

10 – прокладка (упор) балки,

11 – фиксирующий штырь,

12 – клин,

13 – пазы для фиксирующих шипов, клиньев, штырей

14 – стенки углового самозажимного столба,

15 – тело углового самозажимного столба,

16 – подстропильная двутавровая стойка,

17 – стропильная балка;

18 – коньковый угол;

19 – карнизный угол.

Прочность и жесткость создаётся за счёт элементов конструкции, выполненных в виде сборных деревянных двутавровых стоек, представляющих собой скрепленную при помощи гвоздей конструкцию из досок и брусков, состоящую из двух полок и стенки.

Устойчивость каркас приобретает за счёт соединения элементов конструкции методом "шип-паз" с фиксацией этих элементов в узлах сборки деревянными клиньями, которые в свою очередь упираются в деревянные упоры.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу возведения деревянного каркаса малоэтажных зданий. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прочности здания. Предлагается способ построения деревянного каркаса здания, включающего нижнее и верхнее основания, основные и вспомогательные двутавровые стойки, угловые самозажимные столбы, половые и потолочные балки, клинья, упоры, элементы стропильной системы, включающей стропильные балки с подстропильными двутавровыми стойками, при котором на фундамент по периметру здания укладывают и закрепляют между собой составные части нижнего основания с половыми балками, установленными на нем при помощи фиксирующих штырей. На установленные и закрепленные на нижнем основании угловые самозажимные столбы, основные и вспомогательные двутавровые стойки устанавливают и закрепляют составные части верхнего основания, к которому при помощи фиксирующих штырей крепятся потолочные балки, на которые закрепляют элементы стропильной системы. Нижнее и верхнее основания, половые, потолочные и стропильные балки, угловые самозажимные столбы, основные, вспомогательные и подстропильные двутавровые стойки представляют собой сборные деревянные конструкции из досок и брусков, скрепленных между собой при помощи гвоздей. Угловые самозажимные столбы, основные и подстропильные двутавровые стойки снабжены фиксирующими шипами, а левая и правая половины оснований, половых, потолочных и стропильных балок снабжаются пазами, в которые вставляются фиксирующие штыри скрепляемых с ними половых и потолочных балок, фиксирующие шипы угловых самозажимных столбов, основных и подстропильных двутавровых стоек. Жесткая фиксация угловых самозажимных столбов и основных двутавровых стоек с верхним и нижним основаниями обеспечивается при помощи соединения «шип-паз», упоров и клиньев. 9 ил.

Способ построения деревянного каркаса здания, при котором на фундамент по периметру здания укладывают и закрепляют между собой составные части нижнего основания с половыми балками, установленными на нем при помощи фиксирующих штырей, на установленные и закрепленные на нижнем основании угловые самозажимные столбы, основные и вспомогательные двутавровые стойки устанавливают и закрепляют составные части верхнего основания, к которому при помощи фиксирующих штырей крепят потолочные балки, на которые закрепляют элементы стропильной системы, причем нижнее и верхнее основания, половые, потолочные и стропильные балки, угловые самозажимные столбы, основные, вспомогательные и подстропильные двутавровые стойки выполняются в виде сборных деревянных конструкций из досок и брусков, скрепленных между собой при помощи гвоздей, угловые самозажимные столбы, основные и подстропильные двутавровые стойки снабжают фиксирующими шипами, а левую и правую половины оснований, половых, потолочных и стропильных балок снабжают пазами, в которые вставляют фиксирующие штыри скрепляемых с ними половых и потолочных балок, фиксирующие шипы угловых самозажимных столбов, основных и подстропильных двутавровых стоек, причем жесткую фиксацию угловых самозажимных столбов и основных двутавровых стоек с верхним и нижним основаниями обеспечивают при помощи соединения «шип-паз», упоров и клиньев.