Универсальный строительный элемент для стержневых конструкций
Владельцы патента RU 2498027:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к строительству, в частности к универсальному строительному элементу, который может быть использован при изготовлении стержневых конструкций. Технический результат заключается в повышении прочностных характеристик. Универсальный строительный элемент включает деревянный стержень с закрепленными на концах стальными наконечниками, снабженными соединительными элементами. Деревянный стержень выполнен квадратного или круглого сечения и снабжен в торцах центральными отверстиями под соединительный элемент; Наконечник выполнен с возможностью использования устанавливаемых на нем соединительных элементов разного типа и образован торцевой накладкой с центральным резьбовым отверстием, примыкающей к торцу деревянного стержня и объединяющей расположенные диаметрально противоположно четыре накладные плоские пластины с отверстиями, с помощью которых стальной наконечник установлен и закреплен на деревянном стержне посредством дюбелей, впрессованных в него через отверстия в упомянутых пластинах наконечника. Боковые поверхности концов деревянного стержня круглого сечения, взаимодействующие с наконечником, выполнены плоскими во взаимно перпендикулярных направлениях. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении плоских и пространственных стержневых конструкций.
Известен строительный элемент, включающий стержень, выполненный из фанерной трубы с вклеенными по торцам коническими пробками с выпусками для болтового соединения [Строительные конструкции с применением пластических масс / И.М. Гринь - учебное пособие. Харьков: Издательство Харьковского Университета, 1968 г., с.246-250].
Недостатками строительного элемента являются повышенные затраты на изготовление фанерных труб, обработку их торцов и создание конической формы отверстий и пробок, а также сложное устройство узловых сопряжении и стыков элементов при значительных растягивающих усилиях.
В качестве прототипа принят стержневой элемент с наконечниками на концах, выполненный из деревянного бруса, снабженного накладными зубчатыми пластинами с загнутыми концами, к которым прикреплена шайба с отверстием, сквозь которое пропущен болт с поводковой муфтой и штифтом [Авторское свидетельство СССР №808632, дата приоритета 24.04.1979, дата публикации 28.02.1981, авторы Деев В.П. и др., SU, прототип].
Недостатками прототипа являются повышенные трудозатраты и материальные затраты на изготовление ввиду применения цельных пиломатериалов и использования зубчатых пластин гнутой формы, а также узкая область применения, связанная с возможностью использования, в частности, коннекторов с внутренней резьбой.
Задачей изобретения является снижение затрат на изготовление за счет использования отходов фанерного производства, расширение области применения за счет универсальности наконечника и возможности соединения с коннекторами различных типов при сохранении и повышении прочностных характеристик, что связанно с использованием модифицированной древесины, а также возможностью повышения сечения путем объединения нескольких стержней в пакеты.
Для решения поставленной задачи в универсальном строительном элементе для стержневых конструкций, включающем деревянный стержень с закрепленными на концах стальными наконечниками, снабженными соединительными элементами, обеспечивающими сборно-разборное выполнение узловых сопряжении и стыков стержневых конструкций, согласно изобретению деревянный стержень выполнен квадратного или круглого сечения и снабжен в торцах центральными отверстиями под соединительный элемент, стальной наконечник выполнен с возможностью передачи на стержень усилий сжатия и растяжения и с возможностью использования устанавливаемых на нем соединительных элементов разного типа, обеспечивающих выполнение узловых сопряжении и стыков стержневых конструкций сборно-разборными на болтах и винтах, при этом стальной наконечник образован торцевой накладкой с центральным резьбовым отверстием, примыкающей к торцу деревянного стержня и объединяющей расположенные диаметрально противоположно четыре накладные плоские пластины с отверстиями, с помощью которых стальной наконечник установлен и закреплен на деревянном стержне посредством дюбелей, впрессованных в него через отверстия в упомянутых пластинах наконечника, причем боковые поверхности концов деревянного стержня круглого сечения, взаимодействующие с наконечником, выполнены плоскими во взаимно перпендикулярных направлениях.
Согласно изобретению соединительный элемент, содержащий центральный болт, пропущенный через резьбовое отверстие в торцевой накладке и снабженный поводковой муфтой, насаженной на концевую часть болта и скрепленной с ним шплинтом, установлен в торце деревянного стержня, при этом головка болта заглублена в центральное отверстие, выполненное в торце деревянного стержня.
Согласно изобретению соединительный элемент выполнен в виде одиночной или спаренных фасонок с отверстиями для болтового соединения с одной стороны и приваренной шпилькой с другой, причем шпилька ввинчена в центральное резьбовое отверстие торцевой накладки, а конец шпильки размещен в центральном отверстии, выполненном в торце деревянного элемента.
Согласно изобретению универсальный строительный элемент выполнен многоветвевым из двух, или трех, или четырех строительных элементов, объединенных в один пакет составного сечения с помощью опорных накладок, закрепленных на концах многоветвевого элемента, каждая из которых снабжена отверстиями, под крепежные болты или винты, совпадающими по расположению с центральными резьбовыми отверстиями торцевых накладок отдельных стержневых элементов составного сечения, и соединена с каждым элементом составного сечения посредством болтов или винтов, установленных в центральных резьбовых отверстиях торцевых накладок, а в центре опорной накладки выполнено резьбовое отверстие для установки соединительных элементов разных типов.
Согласно изобретению универсальный строительный элемент выполнен из двух стержней, сращенных по длине при помощи стяжной шпильки, концы которой ввинчены в центральные резьбовые отверстия торцевых накладок соединяемых элементов.
Согласно изобретению деревянный стержень выполнен из модифицированной древесины, пропитанной синтетическими полимерами.
Согласно изобретению деревянный стержень круглого сечения выполнен из заготовки, являющейся отходом от лущения шпона на производствах фанеры.
На фиг.1 схематично изображен универсальный строительный элемент; на фиг.2 - то же, вид с торца; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - соединительный элемент с одиночной фасонкой; на фиг.5 - то же, вид сбоку; на фиг.6 - соединительный элемент со спаренными фасонками, вид сбоку; на фиг.7 - изображен наконечник с соединительным элементом в виде центрального болта с муфтой; на фиг.8 -наконечник с соединительным элементом в виде фасонки с шпилькой; на фиг.9 - составной четырехветвевой пакет; на фиг.10 - то же, вид с торца; на фиг.11 - два строительных элемента, сращенных по длине.
Универсальный строительный элемент для стержневых конструкций содержит деревянный стержень круглого сечения 1 со стальными наконечниками на концах, снабженными соединительными элементами. При этом концы деревянного стержня содержат плоские участки, расположенные диаметрально противоположно на боковых поверхностях концов деревянного стержня. Стальной наконечник состоит из торцевой накладки 2 и четырех пластин 3, скрепленных накладкой 2 посредством сварки. Торцевая накладка 2 плотно прилегает к торцу деревянного стержня, а пластины 3 к плоским участкам боковых поверхностей деревянного стержня. Наконечники прикреплены к деревянному стержню впрессованными через отверстия в пластинах 3 в тело древесины стержня 1 дюбелями 4. В торцевой накладке 2 наконечника выполнено центральное резьбовое отверстие 5, для крепления к нему соединительных элементов разного типа, обеспечивающих выполнение узловых сопряжении и стыков стержневых конструкций сборно-разборными на болтах и винтах. Деревянный стержень может быть выполнен также квадратного сечения (условно не показано).
Стальной наконечник выполнен с возможностью передачи на стержень усилий сжатия и растяжения. При этом усилия сжатия передаются непосредственно через контакт поверхностей торцевой накладки и торца деревянного стержня. Усилия растяжения передаются с пластин накладки на стержень через включаемые в работу дюбели, которые размещены со смещением во взаимно перпендикулярных направлениях, с соблюдением необходимых расстояний по их расстановке.
Для соединения универсального строительного элемента с коннекторами типа «МЕРО», «Веймар», «МАрхИ», «Кисловодск» и другими коннекторами сферической или полусферической формы с резьбовыми отверстиями, используют соединительный элемент, содержащий центральный болт 6, пропущенный через резьбовое отверстие 5 в торцевой накладке 2, и поводковую муфту 7 с овальными отверстиями 8, навинченную на концевую часть болта и скрепленную с ним шплинтом 9. Головка болта 6 заглублена в глухое отверстие 10, выполненное в торце деревянного элемента 1. Строительный элемент соединяют с коннектором путем вращения поводковой муфты 7 до упора, которая перемещает болт 6 в резьбовое отверстие коннектора на длину овальных отверстий 8 (фиг.7).
Для болтового соединения универсального строительного элемента с фасонками ферм или коннекторами фасоночного типа, используют соединительный элемент, содержащий одиночную фасонку 11 или две спаренных фасонки 11 с отверстиями для болтового соединения и шпильку 12, которая одним концом приварена к фасонке 11, а другим ввинчена в резьбовое отверстие 5 торцевой накладки 2. Свободный конец шпильки 12 расположен в глухом отверстии 10, выполненном в торце деревянного элемента 1. Строительный элемент соединяют с коннектором на болтах, стягивающих отверстия фасонок коннектора и крепежного элемента (фиг.8).
Для применения универсального строительного элемента в качестве наиболее нагруженных элементов плоских или пространственных конструкций, или для увеличения его сечения, используют два или три или четыре строительных элемента, объединенных в один многоветвевой пакет составного сечения. Строительные элементы соединяют в пакет по торцам опорными накладками 13, каждая из которых снабжена отверстиями 14, под крепежные болты или винты. Эти отверстия совпадают по расположению с центральными резьбовыми отверстиями 5 торцевых накладок отдельных стержневых элементов составного сечения. Опорная накладка 13 соединена с каждым элементом составного сечения посредством болтов или винтов, скрепляющих совпадающие отверстия. В центре опорной накладки 13 выполнено резьбовое отверстие 15 для установки дополнительных соединительных элементов (фиг.9).
Для увеличения длины строительного элемента, используют два стержня или два пакета стержней, сращенных по длине. Элементы соединяют при помощи стяжной шпильки 16, концы которой ввинчивают в центральные резьбовые отверстия 5 торцевых накладок 2 соединяемых элементов (фиг.11). Для увеличения длины пакетов составного сечения, в пакеты объединяют сращенные по длине отдельные стержни составного сечения. Для сращивания уже готовых пакетов, используют стяжную шпильку 16, которую ввинчивают в центральные резьбовые отверстия 15 опорных накладок 13 соединяемых пакетов (условно не показано).
Для снижения стоимости изготовления строительного элемента в качестве исходного материала для деревянного стержня используют заготовки, отходы от лущения шпона на производствах фанеры, при этом исключаются процессы изготовления пиломатериала. После процесса лущения на производстве остаются стержневые заготовки диаметром 8-10 см и длиной до 2,5 м, которые обычно перемалывают в щепу, стружку или сжигают, что негативно сказывается на экологии. Использование этих заготовок в качестве силовых элементов стержневых конструкций позволит перейти к малоотходному производству и значительно снизить стоимость стержневой конструкции.
Для повышения прочностных характеристик деревянного стержня, используют модифицированные заготовки, пропитанные синтетическими смолами.
Таким образом, преимуществами универсального стержневого элемента являются низкие трудозатраты и материальные затраты на изготовление, связанные с использованием отходов, расширенная область применения за счет универсальности наконечника и возможности установки соединительных элементов разного типа.
1. Универсальный строительный элемент для стержневых конструкций, содержащий деревянный стержень с закрепленными на концах стальными наконечниками, снабженными соединительными элементами, обеспечивающими сборно-разборное выполнение узловых сопряжений и стыков стержневых конструкций, отличающийся тем, что деревянный стержень выполнен квадратного или круглого сечения и снабжен в торцах центральными отверстиями под соединительный элемент, стальной наконечник выполнен с возможностью передачи на стержень усилий сжатия и растяжения и с возможностью использования устанавливаемых на нем соединительных элементов разного типа, обеспечивающих выполнение узловых сопряжений и стыков стержневых конструкций сборно-разборными на болтах и винтах, при этом стальной наконечник образован торцевой накладкой с центральным резьбовым отверстием, примыкающей к торцу деревянного стержня и объединяющей расположенные диаметрально противоположно четыре накладные плоские пластины с отверстиями, с помощью которых стальной наконечник установлен и закреплен на деревянном стержне посредством дюбелей, впрессованных в него через отверстия в упомянутых пластинах наконечника, причем боковые поверхности концов деревянного стержня круглого сечения, взаимодействующие с наконечником, выполнены плоскими во взаимно перпендикулярных направлениях.
2. Универсальный строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что соединительный элемент, содержащий центральный болт, пропущенный через резьбовое отверстие в торцевой накладке и снабженный поводковой муфтой, насаженной на концевую часть болта и скрепленной с ним шплинтом, установлен в торце деревянного стержня, при этом головка болта заглублена в центральное отверстие, выполненное в торце деревянного стержня.
3. Универсальный строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде одиночной или спаренных фасонок с отверстиями для болтового соединения с одной стороны и приваренной шпилькой с другой, причем шпилька ввинчена в центральное резьбовое отверстие торцевой накладки, а конец шпильки размещен в центральном отверстии, выполненном в торце деревянного элемента.
4. Универсальный строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что выполнен многоветвевым из двух, или трех, или четырех строительных элементов, объединенных в один пакет составного сечения с помощью опорных накладок, закрепленных на концах многоветвевого элемента, каждая из которых снабжена отверстиями под крепежные болты или винты, совпадающими по расположению с центральными резьбовыми отверстиями торцевых накладок отдельных стержневых элементов составного сечения, и соединена с каждым элементом составного сечения посредством болтов или винтов, установленных в центральных резьбовых отверстиях торцевых накладок, а в центре опорной накладки выполнено резьбовое отверстие для установки соединительных элементов разных типов.
5. Универсальный строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что выполнен из двух стержней, сращенных по длине при помощи стяжной шпильки, концы которой ввинчены в центральные резьбовые отверстия торцевых накладок соединяемых элементов.
6. Универсальный строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что деревянный стержень выполнен из модифицированной древесины, пропитанной синтетическими полимерами.
7. Универсальный строительный элемент по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что деревянный стержень круглого сечения выполнен из заготовки, являющейся отходом от лущения шпона на производствах фанеры.
