Шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме
Владельцы патента RU 2484211:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к шарнирному узлу сопряжения деревянных элементов в ферме. Технический результат заключается в повышении несущей способности, прочности и исключении концентраторов напряжений. Узел включает сопрягаемые деревянные элементы с установленными в них упрочняющими стержнями и закрепленные на торцах металлические опорные элементы. Торцы сопрягаемых элементов опилены под прямым углом к их граням. Опорные элементы образованы из двух пластин разной высоты, соединенных между собой ступенчато. Большая из пластин расположена примыкающей к торцу и смещена по его высоте в сторону нижней грани. Средние части опорных элементов уперты посередине с эксцентриситетом относительно осей верхнего пояса конструкции в стальной шарнирный валик. Валик скреплен листовой фасонкой с установленной со стороны решетки жесткой накладкой. Накладка закреплена на нижних гранях деревянных элементов с помощью упрочняющих стержней. Жесткая накладка выполнена в виде двухскатного опорного столика, к которому закреплены элементы решетки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к строительству и предназначено для соединения элементов большепролетных деревянных ферм.
Известен узел сопряжения элементов верхнего пояса в четверти пролета фермы, включающий клееные деревянные элементы, стальной узловой вкладыш и деревянные накладки на болтах (Шмидт А.Б. Дмитриев П.А. «Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры», 2001 г. С.169).
Недостатком известного аналога является то, что он не имеет достаточной степени подвижности для обеспечения шарнирной работы узла.
Известен шарнирный узел сопряжения деревянных элементов, принятый в качестве прототипа, включающий сопрягаемые деревянные элементы и закрепленные на них упрочняющие упорные металлические элементы, объединенные между собой металлическим цилиндрическим валиком, являющимся осью шарнира, упрочняющие элементы выполнены в виде вклеенных металлических стержней и установлены по направлению действия нагружающих сил, а опорные их части выполнены в виде цилиндрических цапф, опертых в цилиндрический валик, и объединены между собой шайбами, размещенными на концах цапф (свидетельство на полезную модель №17551, дата приоритета 29.12.2000, дата публикации 10.04.2001, авторы Погорельцев А.А и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является ограниченная область применения шарнирного узла, преимущественно в коньковом узле. Это обусловлено тем, что при установке раскоса в промежуточном узле возникают значительные сдвигающие усилия, которые не способны воспринимать вклеенные металлические стержни, снабженные упорными элементами, так как они установлены по направлению действия нагружающих сил и воспринимают преимущественно силы сжатия.
Задачей изобретения является расширение области использования применительно к тяжелонагруженным большепролетным конструкциям, повышение несущей способности конструкции узла, оптимизация работы узла с раскосом, обеспечение технологичности сборки узла, прочности сопрягаемых элементов и исключение концентраторов напряжений.
Для решения поставленной задачи шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме включает сопрягаемые клееные деревянные элементы с установленными в них упрочняющими стержнями и закрепленные на торцах металлические опорные элементы, упертые в расположенный между ними стальной шарнирный валик. Согласно изобретению, новым является то, что торцы сопрягаемых элементов опилены под прямым углом к их граням, на торцах закреплены металлические опорные элементы переменной изгибной жесткости, образованные, по меньшей мере, из двух пластин разной высоты, соединенных между собой ступенчато, причем большая из пластин расположена примыкающей к торцу и смещена по его высоте в сторону нижней грани, средние части опорных элементов, имеющие большую толщину сечения, уперты посередине, с эксцентриситетом относительно осей верхнего пояса конструкции, в стальной шарнирный валик, который скреплен листовой фасонкой с дополнительно установленной со стороны решетки жесткой накладкой, закрепленной на нижних гранях деревянных элементов с помощью упрочняющих стержней, вклеенных или ввинченных перпендикулярно нижним граням деревянных элементов и снабженных резьбовыми концами с гайками, при этом жесткая накладка выполнена в виде двухскатного опорного столика, к которому закреплены элементы решетки с возможностью обеспечения посредством стального регулируемого болта центрации действующих в элементах решетки знакопеременных усилий на центр тяжести среднего сечения накладки.
Согласно изобретению, шарнирный узел дополнительно содержит деревянные накладки, установленные на боковых гранях сопрягаемых деревянных элементов с помощью болтовых соединений.
Приведенные конструктивные признаки способствуют получению технического результата, так как обеспечивают прочность сопрягаемых деревянных элементов фермы, оптимальную работу узла с раскосом, технологичность сборки узла, способствуют исключению концентраторов напряжений и повышению несущей способности конструкции.
Наличие прямоугольных торцов сопрягаемых деревянных элементов, перпендикулярных к их нижним граням, способствует передаче продольных усилий вдоль волокон и тем самым обеспечивает прочность сопрягаемых деревянных элементов фермы в местах расположения металлических опорных элементов.
Металлические опорные элементы, образованные ступенчатым соединением пластин разной высоты, также обеспечивают прочность узла, так как ступени влияют на равномерное распределение напряжений от действия продольных и поперечных сил, исключая возникновение концентраторов напряжений.
Использование упрочняющих стержней, расположенных перпендикулярно направлению волокон, снижает вероятность образования продольных трещин.
Установка со стороны решетки дополнительной жесткой накладки, имеющей достаточную изгибную жесткость для восприятия сдвигающих усилий от действия поперечных сил и являющейся опорным столиком для опирания нижних граней деревянных элементов и закрепления элементов решетки, способствует равномерному перераспределению возникающих усилий в элементах узла за счет обеспечения центрации действующих в элементах решетки знакопеременных усилий на центр тяжести среднего сечения накладки.
Наличие регулируемого болта, центрирующего элементы решетки, упрощает сборку и делает возможным натяжку раскосов.
Установка металлических опорных элементов на торцах сопрягаемых деревянных элементов с эксцентриситетом относительно осей верхнего пояса конструкции оказывает влияние на образование разгружающего момента в элементах верхнего пояса конструкции, что позволяет уменьшить размеры сечения деревянных элементов при сохранении несущей способности.
Варьируемое количество пластин в составе металлических опорных элементов обеспечивает возможность варьирования несущей способности конструкции.
На фиг.1 схематично изображен шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме включает клееные деревянные элементы 1 верхнего пояса большепролетной фермы, выполненные с опиленными прямоугольными торцами 2. На торцах 2 закреплены конструктивно поставленными связями, например винтами, металлические опорные элементы 3 переменной изгибной жесткости, образованные из двух пластин разной высоты, соединенных между собой, например контактной сваркой с образованием ступеней. Большая из пластин каждого металлического опорного элемента расположена примыкающей к торцу 2 и смещена по высоте торца в сторону нижней грани. Металлические опорные элементы 3 уперты посередине в стальной шарнирный валик 4 с эксцентриситетом относительно осей верхнего пояса конструкции. При этом стальной шарнирный валик 4 скреплен листовой фасонкой 5 с жесткой накладкой 6, установленной со стороны решетки фермы и имеющей достаточную изгибную жесткость. Жесткая накладка 6 выполнена в виде двухскатного опорного столика и закреплена на нижних гранях деревянных элементов 1 с помощью упрочняющих стержней 7, вклеенных или ввинченных перпендикулярно нижним граням деревянных элементов 1 и снабженных резьбовыми концами с гайками. Двухскатный опорный столик выполнен из швеллера, на котором закреплена фасонка 8 крепления элементов решетки с использованием стального регулируемого болта 9, соединенного с деревянным раскосом 10. На боковых гранях сопрягаемых деревянных элементов 1 установлены деревянные накладки 11, скрепляющие упомянутые элементы 1 с помощью болтовых соединений 12. Установка деревянных накладок 11 необязательна при наличии на верхнем поясе фермы жесткого диска, например покрытия.
Монтаж шарнирного узла осуществляется следующим образом.
Клееные деревянные элементы 1 поступают заводской готовности с конструктивно закрепленными на прямоугольных торцах 2 металлическими опорными элементами 3 переменной изгибной жесткости и упрочняющими стержнями 7. Количество пластин в составе металлических опорных элементов 3 может быть более двух и варьируется в зависимости от несущей способности конструкции. Крепление металлических опорных элементов 3, осуществляемое конструктивно поставленными связями, в частности винтами, упрощающее заводскую сборку, обусловлено тем, что пластины металлических опорных элементов не испытывают усилий, сдвигающих их по плоскости торца. Монтажная сборка может производиться как в горизонтальном положении фермы на бойке, так и в вертикальном положении фермы. При вертикальной сборке клееные деревянные элементы 1 устанавливают на штапеле. Между металлическими опорными элементами 3 вставляют стальной шарнирный валик 4, скрепленный листовой фасонкой 5 с жесткой накладкой 6, которую фиксируют на упрочняющих стержнях 7, после чего на концы упрочняющих стержней навинчивают гайки и закрепляют жесткую накладку 6 на нижних гранях деревянных элементов 1. Затем на боковых гранях сопрягаемых деревянных элементов 1 устанавливают деревянные накладки 11 и скрепляют их с помощью болтовых соединений 12. Далее при помощи фасонки 8 и стального регулируемого болта 9 крепят деревянный раскос 10 к жесткой накладке 6, обеспечивая необходимое натяжение раскоса 10. При этом обеспечиваются простота и технологичность сборки и монтажа.
Особенность конструкции шарнирного узла заключается в том, что он имеет опорные столики, которые воспринимают сдвигающие усилия от действия поперечных сил, и металлические опорные элементы переменной изгибной жесткости, установленные с эксцентриситетом на торцы сопрягаемых клееных деревянных элементов, опиленых под прямым углом к их нижним граням перпендикулярно направлению волокон. За счет разной изгибной жесткости металлических опорных элементов повышается прочность древесины поперек волокон. Равномерное распределение напряжений исключает появление концентраторов, что в противном случае может привести к расслоению и появлению продольных трещин. Кроме того, варьируя число пластин в составе металлических опорных элементов, можно варьировать несущую способность конструкции. Крепление элементов решетки стальным регулируемым болтом обеспечивает центрацию действующих в них знакопеременных усилий.
Указанные особенности свидетельствуют о преимуществе по сравнению с прототипом заявленной конструкции шарнирного узла сопряжения деревянных элементов в ферме, обеспечивающей прочность сопрягаемых деревянных элементов фермы, оптимальную работу узла с раскосом, технологичность сборки узла, способствующей исключению концентраторов напряжений и в целом - повышению несущей способности конструкции узла сопряжения, что позволяет применять его в тяжелонагруженных большепролетных конструкциях.
1. Шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме, включающий сопрягаемые клееные деревянные элементы с установленными в них упрочняющими стержнями и закрепленные на торцах металлические опорные элементы, упертые в расположенный между ними стальной шарнирный валик, отличающийся тем, что торцы сопрягаемых элементов опилены под прямым углом к их граням, на торцах закреплены металлические опорные элементы переменной изгибной жесткости, образованные, по меньшей мере, из двух пластин разной высоты, соединенных между собой ступенчато, причем большая из пластин расположена примыкающей к торцу и смещена по его высоте в сторону нижней грани, средние части опорных элементов, имеющие большую толщину сечения, уперты посередине, с эксцентриситетом относительно осей верхнего пояса конструкции, в стальной шарнирный валик, который скреплен листовой фасонкой с дополнительно установленной со стороны решетки жесткой накладкой, закрепленной на нижних гранях деревянных элементов с помощью упрочняющих стержней, вклеенных или ввинченных перпендикулярно нижним граням деревянных элементов и снабженных резьбовыми концами с гайками, при этом жесткая накладка выполнена в виде двухскатного опорного столика, к которому закреплены элементы решетки с возможностью обеспечения посредством стального регулируемого болта центрации действующих в элементах решетки знакопеременных усилий на центр тяжести среднего сечения накладки.
2. Шарнирный узел сопряжения деревянных элементов в ферме по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит деревянные накладки, установленные на боковых гранях сопрягаемых деревянных элементов с помощью болтовых соединений.
