Крепление для соединения деревянных элементов в "звезду"
Владельцы патента RU 2731551:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова" (ФГБОУ ВО ХГУ им. Н.Ф. Катанова) (RU)
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». Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для снижения трудозатрат при монтаже узлового соединения деревянных элементов в «звезду» за счет конструктивного усовершенствования узлового соединения и использования элементов крепления полной заводской готовности, характеризующихся простотой изготовления и сборки в узловое соединение. Для достижения технического результата предложено крепление для соединения деревянных элементов в «звезду», 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. Новым является то, что крышки выполнены штампованными из металлического листа с вогнутой формой и наличием профилированных выступов со стороны выпуклой поверхности. Профилированные выступы выполнены 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 верхней и нижней крышками, выполнен в виде трубки, охватывающей внутренней поверхностью центральный выступ в верхней крышке, выполненный при штамповке и направленный в сторону ее вогнутой поверхности. 9 ил.
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 №ЕР1640520 (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.
В качестве прототипа принято узловое соединение деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов, включающее центральную цельнодеревянную цилиндрическую вставку, к которой приближены торцы стержневых элементов решетки купола, причем стыкуемые в узле стержневые элементы расположены в фанерной круглой коробке, состоящей из двух половин, у крышек которых уложены стеклопластиковые арматурные сетки, и выполнены с увеличенной высотой в узле и отверстиями, а межстержневое узловое пространство заполнено твердеющим составом. При этом обеспечивается совместная работа стержневых элементов при помощи стеклопластиковой гибкой арматуры и центральной деревянной цилиндрической вставки, а фиксация элементов соединения в проектном положении обеспечивается центральным фиксирующим болтом и заполнением межстержневого узлового пространства твердеющим составом (Патент РФ №2374402 С2, дата приоритета 29.11.2007, дата публикации 27.11.2009, авторы: Михайлов Б.К. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются высокие трудозатраты при монтаже стержневых элементов для обеспечения угла подхода, обусловленные необходимостью использования кондуктора, талрепа, а также заполнения межстержневого узлового пространства специальным твердеющим составом, что увеличивает, к тому же, продолжительность монтажа.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является необходимость расширения арсенала технических средств для снижения трудозатрат при монтаже узлового соединения деревянных элементов в «звезду» путем конструктивного усовершенствования узлового соединения и использования элементов крепления полной заводской готовности, характеризующихся простотой изготовления и сборки в узловое соединение, обеспечивающее совместную работу деревянных элементов в узле при действии сжимающих и растягивающих усилий.
Для решения технической проблемы предложено крепление для соединения деревянных элементов в «звезду», 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. Новым является то, что 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.
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, общий вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 6 показан узел крепления деревянных элементов в «звезду», общий вид сверху; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8 - сечение Д-Д на фиг. 7; на фиг. 9 представлен фрагмент установки верхней крышки, где стяжной болт условно не показан.
Крепление для соединения деревянных элементов в «звезду», согласно схеме на фиг. 1, выполнено из элементов полной заводской готовности и содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 крышки, центральный цилиндрический опорный элемент 3, устанавливаемый для фиксации расстояния между крышками, и стяжной болт 4, предназначенный для соединения элементов в узле и прохождения при этом через центральный цилиндрический опорный элемент 3 и отверстия в крышках 1, 2 (фиг. 2, фиг. 3). Для образования узла верхняя и нижняя крышки 1, 2 выполнены штампованными из металлического листа с вогнутой формой и наличием профилированных выступов 5 со стороны выпуклой поверхности. При этом выступы 5 в крышках 1, 2 выполнены в виде П-образных пазов, радиально расположенных с уменьшающейся к центру высотой ребер, открытых со стороны вогнутой поверхности, как показано на фигурах 4, 5, и предназначенных для установки в них деревянных элементов 6 с предварительно отфрезерованными торцами. Для этого П-образные пазы в крышках 1, 2 соответствуют размерам сечения радиально ориентированных деревянных элементов 6 и расположены в узле напротив друг друга, причем их основания параллельны между собой и наклонены к оси узла (угол а на фиг. 3). Кроме того, вдоль продольной оси основания каждого профилированного выступа 5 выполнены отверстия под цилиндрические нагели 7, в частности, глухари или шурупы, предназначенные для скрепления крышек 1, 2 и деревянных элементов 6 (фиг. 6 - фиг. 8). Центральный цилиндрический опорный элемент 3, предназначенный для фиксации расстояния между верхней 1 и нижней 2 крышками при установке на болт 4, выполнен в виде трубки, охватывающей внутренней поверхностью центральный выступ 8 в верхней крышке 1, выполненный при штамповке и направленный в сторону ее вогнутой поверхности (фиг. 9).
Узловое соединение 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 6 фрезеруют торцы в соответствии с углом их наклона к оси узла. Затем деревянные элементы 6 с отфрезерованными торцами устанавливают в П-образные пазы профилированных выступов 5 нижней крышки 2, ширина которых соответствует толщине сечения деревянного элемента 6. На болт 4 и на собранный узел нижней крышки 2 с деревянными элементами 6 устанавливают верхнюю крышку 1,. При этом выступ 8 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. 9. П-образные пазы профилированных выступов 5 в верхней крышке 1 также соответствует толщине сечения деревянного элемента 6, как показано на фиг. 8. С помощью стяжного болта 4 с установленной на нем гайкой стягивают в узел нижнюю крышку 2, верхнюю крышку 1 и деревянные элементы 6. Верхнюю 1 и нижнюю 2 крышки дополнительно скрепляют с деревянными элементами 6 с помощью цилиндрических нагелей 7 и отверстий в профилированных выступах 5 крышек. При этом деревянные элементы 6 фиксируются от поперечного смещения профилированными углублениями в виде П-образных пазов в нижней 2 и верхней 1 крышках, а от продольного смещения - цилиндрическими нагелями 7, установленными в отверстия в крышках 1 и 2.
При действии сил сжатия стержневой деревянный элемент 6 торцом упирается в трубку 3, которая перераспределяет усилие между другими деревянными элементами 6. При действии сил растяжения усилие передается через цилиндрические нагели 7 на крышки 1 и 2, которые перераспределяют усилие между другими деревянными элементами 6.
Преимущество перед аналогами и прототипом заключается в конструктивном усовершенствовании крепления для 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.
Таким образом, технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств для снижения трудозатрат при монтаже узлового соединения деревянных элементов в «звезду» за счет конструктивного усовершенствования узлового соединения и использования элементов крепления полной заводской готовности, характеризующихся простотой изготовления и сборки в узловое соединение.
Крепление для соединения деревянных элементов в «звезду», 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, отличающееся тем, что 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.
