СЕЙСМОСТОЙКИЙ УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ CLT-ПАНЕЛИ С ДЕРЕВОКОМПОЗИТНОЙ БАЛКОЙ ПЕРЕКРЫТИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КАРКАСА ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК E04B1/38 

Изобретение относится к строительству и предназначено для возведения зданий и сооружений из комбинированных деревокомпозитных конструкций, работающих при действии динамических нагрузок, в том числе в условиях сейсмики.

Известно техническое решение деревянной балки составного сечения на наклонно вклеенных связях, обеспечивающей сплачивание соединяемых между собой элементов таким образом, чтобы они работали как одно целое. Соединительные элементы - металлические стержни, установленные под углом α в пределах от 30° до 45°, с шагом s, лежащим в интервале h≥s≥10d, где h - высота сечения балки, d – диаметр стержней, при этом стержни заглублены в нижнем элементе балки на глубину l≥20d (Патент RU 2173376 С1, МПК Е04С 3/14 от 08.06.2000, опубл. 10.09.2001, авторы Меркулов А.Т., Турковский С.Б., Грилль А.А., Сазонов А.И., Погорельцев А.А., Григорьев С.А., Тарасов М.А., аналог).

Недостатком технического решения является сложность технологии вклеивания и контроля процесса качества вклеивания металлических стержней, а также жесткое соединение сплачиваемых элементов будет способствовать хрупкому разрушению с последующим развитием пластических деформаций в древесине при действии сейсмических нагрузок.

Известно технические решение изготовления комбинированной конструкции из CLT-панели (Cross Laminated Timber – перекрестно-клееная древесина) и деревокомпозитных ребер. Конструкция состоит из CLT-панели и деревокомпозитного ребра, объединенных металлическими резьбовыми стержнями с кольцевыми закреплениями с пружинными шайбами по верхней грани ребра, расположенных под углом α в пределах от 30 до 60° к продольной оси ребра (Патент RU 2756649 С1, МПК Е04С 2/10 от 16.03.2021, опубл. 04.10.2021, авторы Чернова Т.А., Лабудин Б.В., Мелехов В.И.).

Недостатком технического решения является трудоемкость изготовления конструкции на строительной площадке, а также снижение несущей способности при действии динамических нагрузок, вследствие развития пластических деформаций в древесине на контакте резьбовой стержень/деревокомпозитный элемент с ослаблением концевого закрепления.

Известно техническое решение соединения деревокомпозитных элементов при помощи когтевой шайбы и стального нагеля. В сопрягаемых элементах устраивают отверстия, между сплачиваемыми поверхностями помещается когтевой коннектор, элементы стягиваются стальным нагелем (Орлов А.О. Совершенствование узловых соединений элементов деревянных конструкций. Дисс. канд. техн. наук. Архангельск: САФУ им. М.В. Ломоносова, 2019. 138 с.)

Недостатком данного технического решения является образование зазора между сплачиваемыми поверхностями вследствие смятия древесины под шляпкой или концевым закреплением нагеля, а также развитие необратимых пластических деформаций в древесине на участке контакта древесины/когтевой коннектор при действии динамических нагрузок.

Известна деревокомпозитная плитно-ребристая конструкция из CLT-панели и деревокомпозитного ребра, объединенная винтами по верхней грани ребра. Наружные ламели CLT-панели ориентированы по оси деревокомпозитного ребра (Masoudnia R., Masoudnia S. Numerical investigation of effective flange width in the CLT-GLT composite T-beams. New Zealand Timber Design Journal. 2019. Vol. 27. Iss. 3. Pp. 7-16, прототип).

Недостатком прототипа является низкая жесткость деревокомпозитной плитно-ребристой конструкции вследствие малоэффективного включения плиты и ребра в совместную работу, а также потеря несущей способности при действии динамических нагрузок, вследствие развития пластических деформаций на краевых участках сопрягаемых конструкций посредством винтов.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и несущей способности деревокомпозитных конструкций из CLT-панели и деревокомпозитной балки путем снижения пластических деформаций в древесине при действии сейсмических нагрузок на каркас высотного здания.

Это достигается путем помещения в CLT-панель резинометаллического вкладыша для диссипации (рассеяния) энергии землетрясения в узлах сопряжения CLT-панели и деревокомпозитной балки перекрытия пространственного каркаса высотного здания.

На фиг. 1 представлено расположение в плане узла сопряжения CLT-панели и балки перекрытия, на фиг. 2 – поперечное сечение узла по 1-1.

Конструкция в составе несущего каркаса высотного здания состоит из деревокомпозитной балки (1) и CLT-панели (2), резинометаллического вкладыша (3), размещенного в CLT-панели (2) в зоне соединения с деревокомпозитной балкой (1), фиксирующего стального нагеля (4) и стальной удерживающей пластиной (5).

Резинометаллический вкладыш (3) состоит из внутренней стальной втулки (6), упруго-деформируемого материала (7), стальной обоймы (8). Для ограничения перемещения резинометаллического вкладыша (3) по вертикали предусмотрена стальная удерживающая пластина (5), помещенная между резинометаллическим вкладышем (3) и головкой стального нагеля (4). Шаг расположения L, диаметр D резинометаллического вкладыша (3), глубина заделки S стального нагеля (4) назначается исходя из диаметра стального нагеля (4), пролета CLT-панели (2), значения расчетных статических и динамических нагрузок. Расстояние от грани CLT-панели (2) до оси симметрии резинометаллического вкладыша (3) равняется половине шага L. Зазор между стальной втулкой (6) и стальным нагелем (4) не должен быть более 1 мм для минимизации динамических и/или ударных нагрузок на стальной нагель (4) при действии этой нагрузки.

Наличие в резинометаллическом вкладыше (3) упруго-деформируемого материала (7) позволяет снизить пластические деформации в древесине, свободно развиваться диссипативным силам в конструкции узла, способствуя возвращению конструкции в первоначальное положение при снятии динамической нагрузки.

Резинометаллический вкладыш (3) может изготавливаться в заводских условиях и монтироваться в конструкцию на строительной площадке или изготавливаться непосредственно в CLT-панели. В последнем случае стальная обойма (8) может не использоваться.

В качестве деревокомпозитных балок перекрытия высотного здания может быть применена клееная древесина или LVL-брус (Laminated Veneer Lumber – пиломатериал из клееного шпона).

CLT-панель, опирающаяся на деревокомпозитные балки (ребра) по одно-, двух- или многопролетной схеме, может быть выполнена цельной или из нескольких сборочных единиц (отправочных марок).

Предлагаемое техническое решение позволит снизить пластические деформации в древесине, повысить эксплуатационную надежность здания при сейсмических нагрузках, локализовать развитие диссипативных сил в узловом соединении, погашая удары (афтершоки) при повторяющихся колебаниях и движении земной коры.

Изобретение относится к сейсмостойкому строительству, в частности к узлу сопряжения CLT-панелей с деревокомпозитными балками перекрытия. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности узловых соединений при действии динамических нагрузок. Сейсмостойкий узел сопряжения CLT-панели с деревокомпозитной балкой перекрытия включает стальной нагель, соединяющий CLT-панель с деревокомпозитной балкой. Узел снабжен размещенным в CLT-панели резинометаллическим вкладышем, состоящим из внутренней стальной втулки, упругодеформируемого материала, стальной обоймы, удерживаемым пластиной, размещенной между вкладышем и головкой стального нагеля, при этом зазор между стальной втулкой и стальным нагелем, проходящим через втулку, не превышает 1 мм. 2 ил.

Сейсмостойкий узел сопряжения CLT-панели с деревокомпозитной балкой перекрытия, включающий стальной нагель, соединяющий CLT-панель с деревокомпозитной балкой, отличающийся тем, что узел снабжен размещенным в CLT-панели резинометаллическим вкладышем, состоящим из внутренней стальной втулки, упругодеформируемого материала, стальной обоймы, удерживаемым пластиной, размещенной между вкладышем и головкой стального нагеля, при этом зазор между стальной втулкой и стальным нагелем, проходящим через втулку, не превышает 1 мм.