Результат интеллектуальной деятельности: КРЕПЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в пространственных стержневых деревянных каркасах зданий и сооружений купольного очертания для образования соединительных узлов в виде «звезды».

Из существующего технического уровня широко известны куполообразные сооружения, содержащие меридиональные боковые элементы в виде арок, опертых одним концом на центральный опорный элемент, а другим - на размещенные по периметру сооружения опоры. Известно, например купольное покрытие, в котором меридиональные арочные элементы выполнены составными из шарнирно соединенных частей, в местах соединения которых пропущены горизонтальные кольцевые несущие ванты, а концы верхних элементов шарнирно присоединены к центральному опорному контуру, выполненному в виде многогранника (Авторское свидетельство СССР №953130, дата приоритета 01.08.1980, дата публикации 23.08.1982, авторы: Сургуладзе Б.А. и др., SU).

Известен также купол, содержащий составные деревянные меридиональные арочные ребра, выполненные из состыкованных торцами под углом друг к другу элементов, и деревянные горизонтальные прогоны, скрепленные с меридиональными арочными ребрами, при этом меридиональные арочные ребра скреплены верхними концами с центральным опорным элементом, выполненным в виде диска, а нижними - с опорным элементом основания и равномерно расположены по периметру купола, причем на верхних концах элементов меридиональных арочных ребер выполнены пазы, в которых установлен диск центрального опорного элемента (Патент РФ №2627800 С1, дата приоритета 22.06.2016, дата публикации 11.08.2017, автор Тарасов В.М., RU).

Общими недостатками указанного типа купольных сооружений являются трудозатраты при выполнении шарнирных и узловых соединений элементов купола, а также отсутствие универсальных узлов крепления стержневых элементов деревянного купольного каркаса.

Известно узловое соединение деревянных элементов купола, включающее размещенный между сходящимися в узел элементами металлический сердечник кольцевого очертания с отверстиями в стенке под стяжные болты и прикрепленные к концам элементов оголовники, выполненные в виде двутавров, прилегающих полками к торцам элементов купола и имеющих отверстия под стяжные болты в противоположных полках для крепления к сердечнику, который выполнен их двух частей, размещенных на уровнях отверстий оголовников (Авторское свидетельство СССР №1260466 А1, дата приоритета 29.03.1985, дата публикации 30.09.1986, авторы: Травуш В.И. и др., SU).

Недостатками известного узлового соединения являются высокие трудозатраты при стыковке двутавровых наголовников стержней с сердечником с помощью болтовых соединений, а также их податливость и отсутствие целостности сердечника, отрицательно влияющие на обеспечение совместной работы узла.

Известно узловое соединение стержневой несущей конструкции, включающее металлическую полую цилиндрическую узловую вставку в виде отливки с канавками вдоль образующей. Стержни каркаса крепятся к узловой детали при помощи специальных металлических соединительных элементов, повторяющих с одного конца форму канавки узловой детали, например Т-образную, с другим концом - с переменной по эллиптическому закону толщиной сечения с боковой поверхностью, имеющей насечку для лучшего сцепления с деревянным стержнем, и отверстием под болт. При этом узловое соединение обеспечивает стыковку стержневых элементов под различными пространственными углами за счет болтового соединения и включенной в работу насечки (Европейский патент №ЕР 1640520 (А2), МПК Е04В 1/32, дата публикации 29.03.2006).

Недостатками этого соединения являются высокая трудоемкость изготовления узловой детали, а также возможная податливость соединения металлического болта и деревянного стержня.

Известно крепление для соединения деревянных элементов в «звезду», характеризующееся использованием элементов крепления полной заводской готовности, простотой изготовления и сборки в узловое соединение, принятое в качестве прототипа, содержащее верхнюю и нижнюю крышки, центральный цилиндрический опорный элемент между ними и пропущенный через центр стяжной болт для образования узлового соединения радиально направленных к центру и зафиксированных в узле между крышками деревянных элементов, равномерно распределенных по кругу, при этом в крышках по центру выполнены отверстия под стяжной болт. Крышки выполнены штампованными из металлического листа с вогнутой формой и наличием профилированных выступов со стороны выпуклой поверхности, выполненных в виде П-образных пазов, радиально расположенных с уменьшающейся к центру высотой ребер, открытых со стороны вогнутой поверхности и предназначенных для установки в них деревянных элементов с предварительно отфрезерованными торцами. При этом П-образные пазы в крышках соответствуют размерам сечения радиально ориентированных деревянных элементов и расположены напротив друг друга, а их основания параллельны между собой и наклонены к оси узла. Кроме того, вдоль продольной оси основания профилированного выступа выполнены отверстия под цилиндрические нагели для скрепления крышек и деревянных элементов, а центральный цилиндрический опорный элемент, предназначенный для установки на болт и фиксации расстояния между крышками, выполнен в виде трубки, охватывающей внутренней поверхностью центральный выступ в верхней крышке, выполненный при штамповке и направленный в сторону ее вогнутой поверхности (Патент РФ №2731551 С1, дата приоритета 03.04.2020, дата публикации 04.09.2020, авторы: Хегай О.Н. и др., RU, прототип).

Недостатком прототипа является вероятность податливости узла от действия усилий, снижающая эффективность работы узла по перераспределению усилий между деревянными элементами из-за скрепления крышек с деревянными элементами с помощью нагелей, установленных в выполненных в крышках отверстиях, что может отрицательно повлиять на плотность узла и вызвать его деформацию в процессе эксплуатации, кроме того, наличие большого количества крепежных элементов в виде нагелей повышает трудозатраты при сборке узла соединения деревянных элементов.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является необходимость конструктивного усовершенствования узлового соединения деревянных элементов в «звезду» при использовании элементов узла полной заводской готовности для обеспечения эффективного перераспределения усилий в узле соединения, упрощения сборки узла и исключения его деформативности за счет скрепления крышек с деревянными элементами посредством зубьев, выполненных штамповкой в крышках по типу шпоночных шайб или металлических зубчатых пластин.

Для решения технической проблемы предложено крепление деревянных элементов, включающее верхнюю и нижнюю крышки, центральный цилиндрический опорный элемент между ними и пропущенный через центр стяжной болт для образования узлового соединения радиально направленных к центру и зафиксированных в узле между крышками деревянных элементов, равномерно распределенных по кругу, при этом в крышках по центру выполнены отверстия под стяжной болт, крышки выполнены штампованными из металлического листа с вогнутой формой и наличием со стороны выпуклой поверхности профилированных выступов в виде П-образных пазов, радиально расположенных с уменьшающейся к центру высотой ребер и открытых со стороны вогнутой поверхности, в П-образных пазах крышек установлены деревянные элементы с предварительно отфрезерованными торцами, при этом П-образные пазы в крышках соответствуют размерам сечения радиально ориентированных деревянных элементов и расположены напротив друг друга, а их основания параллельны между собой и наклонены к оси узла, причем в основаниях выполнены отверстия, предназначенные для фиксации деревянных элементов, центральный цилиндрический опорный элемент выполнен в виде трубки, охватывающей внутренней поверхностью центральный выступ в верхней крышке, выполненный при штамповке и направленный в сторону ее вогнутой поверхности, Новым является то, что основание П-образных пазов снабжено зубьями, образованными при штамповке краями разрывных отверстий и установленных в этих отверстиях нагелями, для скрепления с деревянными элементами.

Изобретение поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 представлена схема раскладки деревянных элементов каркаса, соединенных в «звезду»;

- на фиг. 2 представлен узел из элементов крепления полной заводской готовности, где в крышках выполнены штампованные отверстия с зубьями по их периметру, общий вид сверху;

- на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2;

- на фиг. 4 показан фрагмент скрепления деревянных элементов с верхней крышкой в узловом соединении с помощью нагелей, установленных в отверстиях с зубьями;

- на фиг. 5 представлен узел из элементов крепления полной заводской готовности, где в крышках выполнены штампованные отверстия с зубьями по краям, общий вид сверху;

- на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5;

- на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 5;

- на фиг. 8 - разрез Г-Г на фиг. 5;

- на фиг. 9 показан узел крепления деревянных элементов в «звезду», где в крышках выполнены штампованные отверстия с зубьями по краям, общий вид сверху;

- на фиг. 10 - разрез Д-Д на фиг. 9;

- на фиг. 11 - разрез Е-Е на фиг. 10;

- на фиг. 12 представлен фрагмент установки верхней крышки, где стяжной болт условно не показан.

Крепление деревянных элементов в «звезду», формируемое при раскладке деревянных элементов, согласно схеме на фиг. 1, выполнено из элементов полной заводской готовности и содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 крышки с осевыми отверстиями, центральный цилиндрический опорный элемент 3, фиксирующий расстояния между крышками, и стяжной болт 4, предназначенный для соединения элементов в узле и прохождения при этом через центральный цилиндрический опорный элемент 3 и осевые отверстия в крышках 1, 2. Для образования узла верхняя 1 и нижняя 2 крышки выполнены штампованными из металлического листа с вогнутой формой и наличием профилированных выступов 5 со стороны выпуклой поверхности (фигуры 2, 3). При этом выступы 5 в крышках 1, 2 выполнены в виде П-образных пазов, радиально расположенных с уменьшающейся к центру высотой ребер и открытых со стороны вогнутой поверхности. В основаниях П-образных пазов 5 штамповкой выполнены зубья 6, образованные разрывом отверстий и направленные внутрь профиля крышек перпендикулярно основаниям (фигуры 2, 3, 4). В верхней крышке 1 при штамповке выполнен центральный выступ 7, направленный в сторону вогнутой поверхности крышки (фиг. 12). Центральный цилиндрический опорный элемент 3, установленный на болт 4 между крышками, выполнен в виде трубки, охватывающей внутренней поверхностью центральный выступ 7 в верхней крышке 1, В П-образных пазах 5 крышек установлены деревянные элементы 8 с предварительно отфрезерованными торцами (фигуры 4, 9, 10). Для этого П-образные пазы в крышках 1, 2 соответствуют размерам сечения радиально ориентированных деревянных элементов 8 и расположены в узле напротив друг друга, причем их основания параллельны между собой, как показано на фигурах 10, 11, и наклонены к оси узла (угол α на фиг. 6). Для скрепления крышек с деревянными элементами в штампованных отверстиях с зубьями 6, выполненных в основаниях П-образных пазов, установлены нагели 9, как показано на фиг. 4. Кроме того, для скрепления крышек 1, 2 с деревянными элементами 8 в основаниях П-образных пазов штамповкой могут быть выполнены зубья 10, расположенные по краям отверстий, как в металлических зубчатых пластинах (фигуры 5, 6, 7, 8, 9,10).

Сборка узлового соединения деревянных элементов в «звезду» выполняется следующим образом. В отверстие нижней крышки 2 вставляют стяжной болт 4, который может быть присоединен к крышке 2 сваркой. На болт 4 устанавливают центральный цилиндрический опорный элемент 3 в виде трубки и также присоединяют его к крышке 2 сваркой. В деревянных элементах 8 фрезеруют торцы в соответствии с углом их наклона к оси узла. Деревянные элементы 8 с отфрезерованными торцами устанавливают в П-образные пазы профилированных выступов 5 нижней крышки 2, ширина которых равна ширине сечения деревянного элемента 8, при этом деревянные элементы насаживаются, в частности, на зубья 6, расположенные по периметру отверстий. Верхнюю крышку 1 устанавливают на болт 4 и на собранный узел нижней крышки 2 с деревянными элементами 8. При этом выступ 7 в центральной части верхней крышки 1 должен быть сопряжен с внутренней поверхностью трубки 3 для фиксации верхней крышки 1 от смещения относительно оси трубки и оси узла, как показано на фиг. 12. Ширина П-образных пазов профилированных выступов 5 в верхней крышке 1 также равна ширине деревянного элемента 8. Верхняя крышка 1 скрепляется зубьями 6 с деревянными элементами 8. С помощью стяжного болта 4 с установленной на нем гайкой стягивают нижнюю крышку 2, верхнюю крышку 1 и деревянные элементы 8. В отверстия с зубьями 6 устанавливают нагели 9, которые совместно с зубьями 6 препятствуют продольному перемещению деревянных элементов (фиг. 4). При этом деревянные элементы 8 фиксируются от поперечного смещения профилированными углублениями в виде П-образных пазов в крышках, а от продольного смещения - зубьями 6 и нагелями 9, установленными в отверстия с зубьями.

В варианте выполнения крышек с зубьями 10 в основаниях П-образных пазов профилированных выступов, как показано на фигурах (5-11), сборка узлового соединения деревянных элементов в «звезду» выполняется аналогичным образом. При этом деревянные элементы 8 фиксируются от поперечного смещения профилированными углублениями в виде П-образных пазов в крышках, а от продольного смещения -штампованными зубьями 10, расположенными внутри профиля крышек по краям отверстий.

При действии сил сжатия деревянный элемент 8 торцом упирается в трубку 3, которая перераспределяет усилие между другими деревянными элементами 8.

При действии сил растяжения усилие передается через зубья 6, нагели 9, зубья 10 на крышки 1 и 2, которые перераспределяют усилие между другими деревянными элементами 8.

Преимущество перед аналогами и прототипом заключается в конструктивном усовершенствовании узла соединения деревянных элементов в «звезду», в простоте изготовления элементов крепления, в частности изготовления крышек штамповкой, и простоте сборки узлового соединения из элементов полной заводской готовности, обеспечивающего совместную работу деревянных элементов в узле при действии сжимающих и растягивающих усилий с эффективным их перераспределением между деревянными элементами, а также минимальные деформации узла и плотность соединения.

Таким образом, технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности работы узла соединения деревянных элементов в «звезду» за счет обеспечения минимальной деформации узла и плотности соединения.