Способ соединения элементов составных деревянных конструкций

Авторы патента:

E04B1/38 - средства соединения строительных конструкций вообще

Владельцы патента RU 2764127:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова» (RU)

Изобретение относится к строительству, а именно к соединению составных деревянных конструкций. Технический результат изобретения – увеличение несущей способности. В соединении элементов составных деревянных конструкций предусмотрено восприятие усилий сдвига наклонно установленными резьбовыми стержнями и когтевыми шайбами, установленными в плоскости контакта между элементами составных деревянных конструкций или в качестве зубчатого основания по граням составной деревянной конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к строительству и предназначено для изготовления или усиления составных деревянных конструкций зданий и сооружений.

Известно техническое решение соединения элементов деревянных конструкций составного сечения с помощью механических связей, расположенных перпендикулярно плоскости соединения (Кузнецов Г.Ф. Деревянные конструкции. Москва-Ленинград: главная редакция строительной литературы. 1937. 955 с., аналог).

Недостатком данного технического решения является высокая межшовная податливость соединения на сдвиг по плоскости контакта соединяемых элементов, способствующая увеличению металлоемкости соединения.

Известно техническое решение соединения элементов деревянных конструкций составного сечения посредством зубчатых шпонок (Кузнецов Г.Ф. Деревянные конструкции. Москва-Ленинград: главная редакция строительной литературы. 1937. 955 с., аналог).

Недостатками технического решения являются сложность контроля качества установки зубчатых шпонок, необходимость дополнительной установки стяжных болтов и влияние усушки древесины на прочность соединения.

Известно техническое решение соединения элементов составных деревянных конструкций посредством наклонно вклеенных стержней. Металлические вклеенные стержни установлены под углом ∠α в пределах от 30º до 45º к продольной оси конструкции (Патент RU 2173376 С1, МПК Е 04 С 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).

Недостатками этого технического решения являются сложность технологии вклеивания и контроля качества выполненных работ при вклеивании металлических стержней.

Известно техническое решение соединения элементов деревянных конструкций составного сечения металлическими зубчатыми пластинами, установленными по боковой поверхности конструкции с уменьшением площади пластин в соответствии с величиной сдвигающих усилий в зоне их установки (Патент RU 2645026 С1, МПК Е 04 С 3/12 от 10.03.2017, опубл. 15.02.2018, авторы Карельский А.В., Тропина П.М., Журавлева Т.П., аналог).

Недостатками данного технического решения являются возможность образования трещин по границе соединительных элементов и невозможность применения соединения для деревянных элементов разной ширины.

Известно техническое решение соединения элементов составных деревянных конструкций, сплачиваемых посредством установленных в гнезда металлических призматических шпонок с боковыми накладками, имеющими отверстия для центральных болтов с закрепленными парными когтевыми хомутами, установленными наклонно к продольной оси конструкции (Патент RU 2166038 C1, МПК Е 04 C 3/12, 3/18 от 14.07.1999, опубл. 27.04.2001, авторы Алексашкин Е.Н. и Егоров В.В., аналог).

Недостатками технического решения являются невозможность применения соединения для деревянных элементов разной ширины и высокая податливость соединений в конструкции.

Известно техническое решение обеспечения составности элементов деревянных конструкций витыми крестообразными стержнями (Аркаев М.А., Жаданов В.И. Расчет односрезных соединений на витых крестообразных нагелях при усилении деревянных конструкций путем увеличения поперечного сечения. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. № 2(698). стр. 92-100, аналог).

Недостатками этого технического решения являются сложность и индивидуальность изготовления соединительных элементов с крестообразным сечением.

Известно техническое решение соединения элементов составной деревокомпозитной конструкции из ребер и плиты, объединенных винтами и двусторонними зубчатыми пластинами, установленными по нижней грани ребер конструкции (Jacquier N., Girhammar U.A. Evaluation of bending tests on composite glulam-CLT beams connected with double-sided punched metal plates and inclined screws. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 95. Pp. 762-773, аналог).

Недостатком технического решения является низкая эффективность включения плиты в работу деревокомпозитной конструкции.

Известно техническое решение усиления деревоклеенного элемента стальной пластиной, закрепленной наклонно расположенными винтами (Trautz M., Koj C. Mit Schrauben Bewehren – Neue Ergebnisse. Bautechnik. 2009. Vol. 86. Pp. 228-238, аналог).

Недостатками технического решения являются большая металлоемкость соединения и чувствительность к изменению температурно-влажностного режима в помещении.

Известно техническое решение соединения элементов составных деревокомпозитных конструкций наклонно расположенными винтами (Schiro G., Giongo I., Sebastian W., Riccadonna D., Piazza M. Testing of timber-to-timber screw-connections in hybrid configurations. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 171. Pp. 170-186, аналог).

Недостатками этого технического решения являются высокая податливость и низкая несущая способность соединения из-за возможности выдергивания из древесины соединительного элемента.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является соединение элементов составных деревянных конструкций резьбовыми стержнями с концевыми закреплениями в углублениях по граням деревянных конструкций (Чернова Т.П. Совершенствование конструкции и технологии сопряжения CLT-панелей с деревоклееными элементами: дисс. канд. техн. наук / Т.П. Чернова – Архангельск, 2018. – 122 с., прототип).

Недостатками данного технического решения являются ослабление элементов составных деревянных конструкций углублениями для концевых закреплений, сниженная несущая способность и сдвигоустойчивость соединения.

Целью изобретения является исключение ослаблений элементов составных деревянных конструкций углублениями для концевых закреплений, увеличение несущей способности и сдвигоустойчивости соединений.

Это достигается путем включения в работу большей длины резьбы резьбового стержня и когтевых шайб, установленных в плоскости контакта между элементами составных деревянных конструкций или по граням составной деревянной конструкции.

Способ соединения составных элементов деревянных конструкций осуществляется резьбовыми стержнями, установленными в монтажные отверстия или без устройства монтажных отверстий. Монтажные отверстия размером 0,7d (где d − диаметр наружной резьбы стержня) выполняются при диаметре резьбовых стержней больше 8 мм. В элементах деревянных конструкций с плотностью более 500 кг/м³, диаметр монтажных отверстий уточняется экспериментально. Резьбовые стержни ввинчиваются за счет специальной резьбы по длине стержня и фиксируются концевыми закреплениями по граням составной деревянной конструкции. Когтевые шайбы предварительно устанавливаются в плоскости контакта между элементами составных деревянных конструкций или в качестве зубчатого основания концевых закреплений по граням составной деревянной конструкции.

На фиг.1 представлено соединение составных элементов деревянных конструкций стальными резьбовыми стержнями с концевыми закреплениями по граням составной деревянной конструкции и двухсторонними когтевыми шайбами в плоскости контакта между элементами, на фиг.2 – соединение составных элементов деревянных конструкций стальными резьбовыми стержнями с концевыми закреплениями на зубчатом основании по граням составной деревянной конструкции. Под зубчатым основанием приняты когтевые шайбы, объединенные с упором концевого закрепления. На фиг.3 приведены зависимости «нагрузка-деформация», полученные в результате экспериментальных исследований.

В соединении элементов (1, 2) составных деревянных конструкций предусмотрено восприятие усилий сдвига наклонно установленными резьбовыми стержнями (3) и когтевыми шайбами различных типов, установленными в плоскости контакта между элементами составных деревянных конструкций (4), или в качестве зубчатого основания по граням составной деревянной конструкции (5). Металлические резьбовые стержни с концевыми закреплениями расположены под углом ∠α в пределах от 45º±15º к плоскости контакта между элементами составных деревянных конструкций.

Характеристики резьбовых стержней и концевых закреплений определяются из расчета несущей способности соединения:

, (1)

где – несущая способность древесины на выдергивание резьбового стержня из элемента (1) или из элемента (2);

– несущая способность древесины на смятие под шайбой;

– несущая способность древесины на смятие контактной поверхностью резьбового стержня;

– несущая способность резьбового стержня на растяжение;

– угол наклона резьбового стержня к плоскости контакта между элементами составных деревянных конструкций.

При расчете несущей способности соединения следует дополнительно учитывать наличие когтевых шайб.

Для снижения влияния повышенных температур выступающие металлические элементы концевых закреплений могут быть обработаны огнезащитным составом.

На концах резьбовых стержней могут быть установлены пружинные шайбы для устранения негативного влияния меняющегося температурно-влажностного режима в помещении. В качестве концевых закреплений могут быть применены специальные шайбы.

Для подтверждения адекватности технического решения проведены экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования соединений элементов составных деревянных конструкций выполнены для трех видов соединительных элементов: резьбовые стержни с концевыми закреплениями, винты, шпильки. Соединительные элементы с одинаковыми диаметрами и величинами анкеровки установлены с углом наклона к продольной оси составной деревянной конструкции – 45°. Произведены измерения деформаций соединений в зависимости от нагрузки. Разрушающая нагрузка для каждого вида соединения приведена в таблице 1.

Таблица 1

№	Вид соединения	N_t, кН
1	Резьбовые стержни с концевыми закреплениями	37
2	Винты	25
3	Шпильки с концевыми закреплениями	24

Несущая способность соединений на винтах с концевыми закреплениями и на шпильках возрастает с увеличением сечения и прочности связи, несущая способность соединения на винтах – с увеличением площади шайбы и длины анкеровки винта в древесине.

Соединения на резьбовых стержнях с концевыми закреплениями за счет специальной резьбы имеют меньшую деформативность, чем соединения на шпильках.

Таким образом, предлагаемое техническое решение способа соединения элементов составных деревянных конструкций винтами с концевыми закреплениями и когтевыми шайбами позволяет увеличить несущую способность и сдвигоустойчивость соединений, а также исключить ослабления элементов составных деревянных конструкций углублениями для концевых закреплений.

Способ соединения элементов составных деревянных конструкций резьбовыми стержнями с концевыми закреплениями, которые выполняют по обеим граням деревянной конструкции, отличающийся тем, что резьбовые стержни располагают под углом ∠α в пределах от 45°±15° к плоскости контакта элементов составных деревянных конструкций, при этом между элементами составных деревянных конструкций установлены двухсторонние когтевые шайбы, а концевые закрепления выполнены на зубчатом основании в виде когтевых шайб, объединенных с упором концевого закрепления.

Изобретение относится к области соединения деталей несущих и ограждающих конструкций. Технический результат заключается в возможности применения сплошного контроля болтов в процессе выполнения болтовых соединений за возможным ростом трещин.

Консоль для крепления фасадных элементов // 2754397

Настоящее изобретение относится к консоли для крепления фасадных элементов, в частности навесных вентилируемых фасадов, содержащей стеновой крепежный участок, предназначенный для монтажа консоли на стене здания, и фасадный крепежный участок, предназначенный для монтажа несущих и монтажных профилей, причем фасадный крепежный участок содержит первый соединительный участок для горизонтального монтажа несущих или монтажных профилей и второй соединительный участок для вертикального монтажа несущих или монтажных профилей, причем второй соединительный участок расположен перпендикулярно первому соединительному участку, причем первый соединительный участок расположен на первом листовом участке с первой базовой поверхностью, по существу, прямоугольной в плане, причем второй соединительный участок расположен на втором листовом участке со второй базовой поверхностью, по существу, прямоугольной в плане, причем на первом листовом участке и/или на втором листовом участке расположена по меньшей мере одна выемка и/или по меньшей мере одно выдавленное углубление.

Профиль для строительных конструкций // 2753425

Изобретение относится к области строительства, а именно к легким металлическим профилям, предназначенным для формирования каркаса строительной конструкции. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности возведения надежной строительной конструкции с наименьшей трудоемкостью, который достигается за счет того, что профиль для строительных конструкций, содержит, по сути, нижнюю полку и боковые стенки, при этом края боковых стенок выполнены загнутыми, образуя борта, выполняющие роль ребер жесткости.

Стыковое соединение деревянных конструкций с применением вклеенных и клеевинтовых стержней с метрической резьбой // 2753123

Изобретение относится к области строительства, в частности к стыковым соединениям клееных деревянных конструкций. Технический результат – повышение прочности соединения.

Соединитель для профильных труб (варианты) // 2747631

Соединитель для профильных труб служит для скрепления профильных труб прямоугольного сечения при изготовлении объемных модульных и каркасных конструкций в строительстве, мебельном производстве, машиностроении, электротехнике и т.д. Техническим результатом предлагаемой конструкции соединителя для профильных труб является повышение прочности и надежности собираемого узла, получение сборно-разборного соединения, а также снижение трудозатрат при сборке объемных модульных конструкций.

Элемент зажимной гибкого полотна // 2739977

Изобретение относится к области зажимных элементов для пленок или тканей и предназначено для использования в системах удержания пленок и тканей в расправленном состоянии, например, в системах натяжных потолков. Техническим результатом является защемление полотна между частями самого зажимного элемента.

Способ группового бессварного соединения продольной стержневой арматуры при монтаже укрупненных армоопалубочных блоков сложных технических объектов из монолитного железобетона // 2736587

Изобретение относится к области строительства, к строительным конструкциям в целом и предназначено, в частности, для группового бессварного соединения продольной стержневой арматуры при монтаже смежных укрупненных армоопалубочных блоков сложных технических объектов из монолитного железобетона. Технический результат: обеспечение равнопрочности и равнонадежности стыков продольной стержневой арматуры, повышение стойкости особо опасных и сложных технических объектов при нормальных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий.

Устройство для крепления крупноформатных навесных облицовочных панелей // 2735007

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и предназначено, в частности, для крепления крупноформатных навесных облицовочных панелей вентилируемого фасада к стене основания с возможностью независимой регулировки каждой из точек крепления. Технические результаты, которые могут быть получены при осуществлении заявляемого изобретения, заключаются в упрощении технологии крепления навесных облицовочных панелей (особенно крупноформатных) вентилируемого фасада к стене основания при обеспечении требуемой надежности.

Устройство крепления крупноформатных навесных облицовочных панелей // 2735006

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и предназначено, в частности, для крепления крупноформатных навесных облицовочных панелей вентилируемого фасада к стене основания. Устройство крепления включает кронштейн, устанавливаемый на стене основания, и представляет собой сборный элемент из гнутых элементов, изготовленных из холоднокатанных листов без использования сварки, состоящий из неподвижной опоры, упорных и направляющих пластин, подвижных вставок со шпильками и взаимодействующую с кронштейном ответную часть в виде несущих и опорных иклей, закрепляемую на несущей части облицовочных элементов.

Шарнирный опорный узел деревянной фермы // 2727977

Изобретение относится к области строительства, а именно к опорному узлу деревянной фермы. Технический результат - упрощение конструкции узла.