Узел соединения элементов пространственного каркаса здания

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в узлах соединения деревянных элементов каркаса здания. Узел соединения элементов пространственного каркаса здания содержит вертикальную стойку с ортогонально расположенными в ее теле прорезями, в которые вставлены соединительные пластины с отверстиями под фиксаторы, и горизонтальные и наклонные балки. Соединительные пластины выполнены в виде плоских прямоугольников, у которых, по крайней мере, один из углов срезан, а отверстия под фиксаторы выполнены в каждом из оставшихся углов пластины. В горизонтальных и/или наклонных балках в местах их примыкания к стойкам образованы прорези, в каждую из которых вмонтирован один из углов соединительной пластины, закрепленной в балке посредством горизонтального фиксатора, пропущенного через образованный в балке сквозной канал и через отверстие в углу соединительной пластины. В основании прорезей выполнены цилиндрические отверстия и вставлен нагель. В варианте исполнения в прорезь установлена П-образная скоба. Оголовка стоек и балок могут иметь форму усеченных четырехгранных пирамид. 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

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

Известно стыковое соединение стоики с балками, имеющее вертикально ориентированные, совпадающие между собой и осевой плоскостью балки прорези в торцах, содержащее закрепленную в прорези балки соединительную пластину с направленным вниз Г-образным выступом прямоугольного очертания на конце, а в прорези стойки - опорный элемент, взаимодействующий по поверхности прилегания с выступом соединительной пластины [1]. У этого соединения недостаточна несущая способность.

Известно также узловое соединение стержней пространственного каркаса, включающее 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 [2]. Недостатком этой конструкции узла является жестко определяемое сердечником расположение примыкающих балок, не позволяющее варьировать углы наклона балок.

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип предлагаемого изобретения, является стыковое соединение балки со строительным элементом, выполненным в виде стойки с ортогонально расположенными в ее верхней части прорезями, в которые вставлены плоские соединительные пластины с пазами и отверстиями под нагели. Соединительные пластины снабжены направленным вверх выступом, заходящим за выступы аналогичных пластин, смонтированных в пазах контактирующих со стойкой балок [3]. Описанное стыковое соединение позволяет собирать элементы каркаса, расположенные под небольшим углом к горизонтали. С помощью этого узла невозможно состыковать стойки по вертикали, а нагрузка на балки передается только через нагели, что выдвигает повышенные требования к прочности опорной части балки.

Целью изобретения является упрощение конфигурации соединительных пластин, обеспечение возможности стыковки балок со стойками под различными углами к горизонтали и обеспечение необходимой прочности опорных частей балок.

Цель достигнута тем, что узел соединения элементов пространственного каркаса здания содержит вертикальную стойку с ортогонально расположенными в ее теле прорезями, в которые вставлены соединительные пластины с отверстиями под фиксаторы, и горизонтальные и наклонные балки. Соединительные пластины выполнены в виде плоских прямоугольников, у которых по крайней мере один из углов срезан, а отверстия под фиксаторы выполнены в каждом из оставшихся углов пластины и по обе стороны от осей, проходящих через углы. В горизонтальных и/или наклонных балках в местах их примыкания к стойкам образованы прорези, в каждую из которых вмонтирован один из углов соединительной пластины, закрепленной в балке посредством горизонтального фиксатора, пропущенного через образованный в балке сквозной канал и через отверстие в углу соединительной пластины. В основании одной из прорезей стойки может быть образовано цилиндрическое сквозное отверстие диаметром большим, чем ширина прорези, и осью, параллельной основанию прорези, в которое вставлен конгруэнтный отверстию цилиндрический элемент. В сквозных прорезях горизонтальной и наклонной балки могут быть образованы цилиндрические сквозные отверстия диаметром большим, чем ширина прорези балки, с осью, параллельной основанию прорези, в которые вставлены конгруэнтные отверстию цилиндрические элементы. В прорезях стоек и/или балок может быть вмонтирован соединительный элемент, выполненный в виде скобы "П"-образного сечения, открытой в сторону торца стойки или балки, и с полкой, опирающейся в торец прорези; расстояние между полками скобы "в свету" больше толщины соединительной пластины, а соединительный элемент закреплен на стойке или балке посредством фиксатора, установленного в сквозном отверстии, образованном перпендикулярно скобе в теле стойки или балки, в полках скобы и в соединительной пластине. В узле каркаса дополнительно может быть смонтирована вертикальная стойка, в основании которой выполнены ортогональные пазы, конгруэнтные соединительным пластинам, и образованы горизонтальные отверстия под фиксаторы. Кроме того, в основании одной из соединительных пластин, смонтированных в стойке, может быть жестко закреплен элемент, конгруэнтный сквозному отверстию, выполненному в основании прорези в стойке. Верхняя часть стоек с вставленными в них соединительными пластинами может быть выполнена в виде двух сочлененных своими основаниями фигур, верхняя из которых образована прямоугольным брусом, а нижняя - усеченной четырехгранной пирамидой с боковыми сторонами, наклоненными под углом 45^o к основанию; примыкающие к стойке балки имеют оголовки, конгруэнтные конфигурации верхней части стойки в зоне их примыкания.

Фиксаторы могут быть выполнены в виде цилиндрических нагелей с уширением одного из концов и продольными радиально расположенными выступающими ребрами треугольного сечения, образованными на этом конце, или в виде болтов с гайками или в виде шурупов. Соединительные пластины могут иметь вертикальные сквозные прорези, стенки которых расположены по касательной к выполненным в углах соединительных пластин отверстиям, являющимся основанием прорези.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что оно отличается выполнением соединительных пластин в виде плоских прямоугольников, у которых по крайней мере один из углов срезан, а отверстия под фиксаторы выполнены в каждом из оставшихся углов пластины по обе стороны от осей, проходящих через углы, причем в горизонтальных и/или наклонных балках в местах их примыкания к стойкам образованы сквозные прорези, в каждую из которых вмонтирован один из углов соединительной пластины, закрепленной в балке посредством горизонтального фиксатора пропущенного через образованный в балке сквозной канал и через отверстие в углу соединительной пластины. Отличие заключается также в образовании цилиндрических отверстий в основаниях прорезей, в превышении диаметром этих отверстий ширины прорези, в размещении в отверстиях цилиндрических элементов, в размещении в прорезях стоек и балок соединительного элемента и в форме его выполнения и крепления, в наличии дополнительной стойки, а также в форме выполнения оголовков стойки и балок. Этот анализ позволяет сделать вывод о наличии новизны в изобретении. Сравнение предлагаемого узла с другими известными технологическими решениями аналогичного назначения показывает, что форма выполнения соединительных пластин, помимо того, что она проста в изготовлении, позволяет установить балки под любым углом к горизонту и, как частный случай, монтировать дополнительную стойку; - образование цилиндрических сквозных отверстий диаметром большим, чем ширина прорези, расположение этих отверстий, размещение в них цилиндрических элементов, а также наличие П-образной скобы позволяет увеличить несущую способность элементов каркаса; - форма выполнения оголовков стоек и балок позволяет увеличить площадь опирания балок на стойку, а также улучшает работу узла; - выполнение вертикальных сквозных прорезей по касательной и отверстиям, образованным в углах соединительных пластин, облегчает сборку каркаса.

Это сравнение позволяет сделать вывод о превышении предлагаемым изобретением существующего уровня техники.

На фиг.1 дан общий вид узла, установка элементов каркаса на головной части колонны; на фиг. 2 - то же, установка элементов каркаса на теле колонны; на фиг. 3 - то же, выполнение соединительной пластины Т-образного сечения; на фиг. 4 - то же, выполнение оголовка колонны и балки со скосами; на фиг. 5 - то же, вариант, сборки каркаса; на фиг. 6 - варианты выполнения соединительных пластин; на фиг. 7 - вариант выполнения соединительной пластины в виде трехлучевой звезды; на фиг. 8 - вариант выполнения соединительной пластины со сквозными прорезями; на фиг. 9 - вариант выполнения соединительной пластины заодно с цилиндрическим опорным элементом; на фиг. 10 - вариант выполнения соединительной пластины в виде накладных элементов; на фиг. 11 - вариант установки соединительного элемента в виде трехлучевой звезды на оголовок стойки; на фиг. 12 - вариант установки опорного цилиндрического элемента; на фиг. 13 - вариант установки П-образного соединительного элемента.

В верхней части 1 стойки 2 каркаса образованы вертикальные прорези 3, в которые вставлены соединительные пластины 4. Эти пластины выполнены в виде плоских прямоугольников, у которых по крайней мере один из углов срезан под углом 45^o. Перпендикулярно этому срезу 5 в теле пластины выполнен паз 6. Сверху на эту пластину перпендикулярно ей вставляется в прорезь 7 верхней части стойки такая же соединительная пластина 8 таким образом, что пазы обеих пластин входят друг в друга. В соединительных пластинах высверлены отверстия 9: по одному в каждом углу 10 и по паре по обе стороны от осей 11, проходящих через углы. В проектном положении отверстия 11 совпадают с отверстиями 12, образованными в теле стойки. Сквозь эти отверстия пропущены фиксаторы 13. Фиксаторы представляют из себя цилиндрические нагели с уширением 14 одного из концов и продольными, радиально расположенными выступающими ребрами 15 треугольного сечения, образованными на уширенном конце нагеля. Фиксатор может быть выполнен также в виде болта с гайкой или в виде шурупа (на чертежах не показано). В зависимости от конфигурации каркаса соединительные пластины будут иметь один или более обрезанных углов: углы соединительных пластин обрезаются с той стороны, где к стойке не примыкает никакая балка. Во всех остальных случаях углы 10 выступают за габариты стойки. Для лучшего распределения нагрузок, приходящихся на стойку в местах установки соединительных пластин, в основании одной из прорезей стойки образовано сквозное отверстие 16 шириной большей, чем ширина прорези 7, и осью, параллельной основанию прорези, в которое вставлен конгруэнтный отверстию элемент 17. Как вариант, этот элемент может быть цилиндрическим и жестко закрепленным (например, отформован как единое тело) в основании одной из соединительных пластин 18.

Горизонтальные 19 и наклонные 20 балки в местах их примыкания к стойке имеют прорези 21, в которые входит соответствующий угол соединительной пластины. Крепление соединительной пластины к балке произведено аналогично креплению пластины к стойке - при помощи горизонтального нагеля 22, пропущенного через отверстия 23 в теле балки и отверстия 9 в соединительной пластине. Для увеличения площади опирания и, следовательно, снижения удельной нагрузки на зону опирания в прорезь стоек или балок могут быть вмонтированы соединительные элементы 24, выполненные в виде скобы П-образного сечения, открытой в сторону торца стойки или балки и с полкой 25, опирающейся в торец прорези. Расстояние между полками скобы соединительного элемента "в свету" больше толщины соединительной пластины. Соединительный элемент закреплен на стойке или балке посредством нагеля 22, установленного в сквозном отверстии 23, образованном перпендикулярно скобе в теле стойки или балки, в полках скобы и в соединительной пластине. П-образная скоба по своему функциональному назначению заменяет сквозное отверстие 16 и элемент 17.

Та же задача - увеличения площади опирания балок на стойки - решается за счет изменения конфигурации сопрягаемых поверхностей элементов каркаса. Верхняя часть стоек с вставленными в них соединительными пластинами может быть выполнена в виде двух сочлененных своими основаниями фигур, верхняя 26 из которых образована прямоугольным брусом, имеющим меньшее поперечное сечение, чем сечение стойки, а нижняя 27 - усеченной четырехгранной пирамидой с боковыми сторонами, наклоненными под углом 45^o к основанию, при этом примыкающие к стойке балки имеют оголовки 28, конгруэнтные конфигурации верхней части стойки в зоне примыкания: например, для горизонтальной балки оголовок также имеет форму усеченной четырехгранной пирамиды со сторонами, наклоненными под углом 45^o к основанию.

Соединительная пластина может быть установлена не только в оголовках стоек, но и в теле стоек или балок: Для этого в них делаются продольные сквозные пазы 29, в которые вставляется соединительная пластина, закрепляется в рабочем положении теми же приемами, как описано выше. В каркасе можно устанавливать промежуточные стойки 30 и подкосы 31. Этот же прием позволяет монтировать консольно выступающие балки 32, стрепила и т.п.

Для образования выше лежащего помещения в каркасе могут быть смонтированы дополнительные стойки 33, в основании которых выполнены ортогональные пазы, конгруэнтные соединительным пластинам, и образованы горизонтальные отверстия под нагели аналогично пазам и отверстиям основной стойки.

Сборка каркаса может быть облегчена за счет того, что в соединительных пластинах образованы вертикальные сквозные прорези 34, стенки которых расположены по касательной к выполненным в углах соединительных пластин отверстиям, являющимся основанием прорези. В этом случае фиксаторы 13 заводятся в отверстия балок до их монтажа и после этого балка вместе с фиксатором устанавливаются в проектное положение, при этом фиксаторы опускаются в прорезь 34, как в "постель".

В тех случаях, когда к стойке должны примыкать три балки, соединительная пластина изготавливается в виде "звезды" 35 в плане, а в оголовке стойки прорези делаются под эту "звезду".

Для монтажа в каркасе промежуточных стоек 30 и подкосов 31 могут быть применены не только соединительные элементы, врезанные в тело стоек и балок, но и накладные соединительные элементы 36, закрепленные на стойке или балке при помощи шурупов 37 или болтов (на чертежах не показаны).

Нагели для соединения элементов каркаса и для увеличения опорной поверхности соединительных элементов могут изготавливаться из металла, древесины твердых пород или из пластмассы.

Формула изобретения

1. Узел соединения элементов пространственного каркаса здания, содержащий вертикальную стойку, горизонтальные и наклонные балки с расположенными в их телах прорезями, и соединительные пластины с отверстиями под фиксаторы, отличающийся тем, что соединительные пластины выполнены в виде плоских прямоугольников, у которых по крайней мере один из углов срезан, а отверстия под фиксаторы выполнены в каждом из оставшихся углов пластины и по обе стороны от осей, проходящих через углы, причем в горизонтальных и/или наклонных балках в местах их примыкания к стойкам вмонтирован один из углов соединительной пластины, закрепленной в прорези балки посредством горизонтального фиксатора, пропущенного через образованный в балке сквозной канал и через отверстие в углу соединительной пластины.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что в основании одной из прорезей стойки образовано цилиндрическое сквозное отверстие диаметром большим, чем ширина прорези, и осью, параллельной основанию прорези, в которое вставлен конгруэнтный отверстию цилиндрический элемент.

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что в сквозных прорезях горизонтальной и наклонной балки образованы цилиндрические сквозные отверстия диаметром большим, чем ширина прорези балки, с осью, параллельной основанию прорези, в которые вставлены конгруэнтные отверстию цилиндрические элементы.

4. Узел по п.1, отличающийся тем, что в прорезях стоек и/или балок вмонтирован соединительный элемент, выполненный в виде скобы П-образного сечения, открытый в сторону торца стойки или балки и с полкой, опирающейся в торец прорези, причем расстояние между полками скобы в свету больше толщины соединительной пластины, а соединительный элемент закреплен на стойке или балке посредством фиксатора, установленного в сквозном отверстии, образованном перпендикулярно скобе в теле стойки или балки, в полках скобы и в соединительной пластине.

5. Узел по п.1, отличающийся тем, что в узле каркаса дополнительно смонтирована вертикальная стойка, в основании которой выполнены ортогональные пазы, конгруэнтные соединительным пластинам, и образованы горизонтальные отверстия под фиксаторы.

6. Узел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в основании одной из соединительных пластин, смонтированных в стойке, жестко закреплен элемент, конгруэнтный сквозному отверстию, выполненному в основании прорези в стойке.

7. Узел по пп.1 - 6, отличающийся тем, что верхняя часть стоек с вставленными в них соединительными пластинами выполнена в виде двух сочлененных своими основаниями фигур, верхняя из которых образована прямоугольным брусом, а нижняя - усеченной четырехгранной пирамидой с боковыми сторонами, наклоненными под углом 45^o к основанию, при этом примыкающие к стойке балки имеют оголовки, конфигурации верхней части стойки в зоне их примыкания.

8. Узел по пп.1 - 7, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены в виде цилиндрических нагелей с уширением одного из концов и продольными радиально расположенными выступающими ребрами треугольного сечения, образованными на этом конце, или в виде болтов с гайками, или в виде шурупа.

9. Узел по пп.1 - 8, отличающийся тем, что соединительные пластины имеют вертикальные сквозные прорези, стенки которых расположены по касательной к выполненным в углах соединительных пластин отверстиям, являющимися основанием прорези.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13