Узловое соединение для пространственных стержневых деревянных каркасов зданий и сооружений

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в пространственных стержневых деревянных каркасах зданий и сооружений.
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).
Также из уровня техники известно купольное сооружение, содержащее 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 которые установлен диск центрального опорного элемента (Патент РФ №2627800, кл. Е04В 1/32, Е04В 1/58, 2017 г.).
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 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, кл. Е04В 1/32, Е04В 1/58, 2009 г.).
Недостатками аналога 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.
В качестве прототипа выбрано техническое решение (Патент РФ №2731551, кл. Е04В 1/32, Е04В 1/58, 2020 г.), содержащее верхнюю и нижнюю крышки, расположенный между ними центральный цилиндрический опорный элемент, пропущенный через их центры стяжной болт для образования узлового соединения радиально направленных к центру и зафиксированных в узле между крышками деревянных элементов с предварительно отфрезерованными торцами, равномерно распределенных по кругу, П-образные пазы, предназначенные для установки в них деревянных элементов и соответствующие размерам сечения радиально ориентированных деревянных элементов, а также расположенные напротив друг друга и основное отверстие для стяжного болта и дополнительные отверстия на крышках под крепежные элементы для скрепления крышек и деревянных элементов.
Недостатком прототипа является высокие трудозатраты из-за сложности конструкции и монтажа узлового соединения.
Техническим результатом является снижение трудозатрат за счет упрощения конструкции и монтажа узлового соединения.
Технический результат достигается тем, что в узловом соединении для пространственных стержневых деревянных каркасов зданий и сооружений содержащем верхнюю и нижнюю крышки, расположенный между ними центральный цилиндрический опорный элемент, пропущенный через их центры стяжной болт для образования узлового соединения радиально направленных к центру и зафиксированных в узле между крышками деревянных элементов с предварительно отфрезерованными торцами, равномерно распределенных по кругу, П-образные пазы, предназначенные для установки в них деревянных элементов, соответствующие размерам сечения радиально ориентированных деревянных элементов и расположенные напротив друг друга, а также основное отверстие для стяжного болта и дополнительные отверстия на крышках под крепежные элементы для скрепления крышек и деревянных элементов, согласно полезной модели, центральный цилиндрический опорный элемент выполнен цельно-деревянным, а крышки - из фанеры в виде дисков с диаметром равный диаметру центрального цилиндрического опорного элемента на боковой поверхности которого, расположены для установления отфрезерованных торцов деревянных элементов в количестве от не менее 3-х и до не более 6-ти П-образные пазы с глубиной и шириной равные 1/5 диаметра центрального цилиндрического опорного элемента, при этом высота П-образных пазов соответствует ширине отфрезерованных торцов деревянных элементов, а общая высота крышек и центрального цилиндрического опорного элемента равна ширине деревянного элемента, причем дополнительные отверстия под крепежные элементы для скрепления крышек и деревянных элементов расположены по окружности диска, в местах под которыми расположены П-образные пазы для отфрезерованных торцов деревянных элементов и на расстоянии от края диска равного половине глубины этих пазов.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что за счет изготовления деталей узлового соединения из дерева на ЧПУ станке и соотношения их размеров, а именно: выполнение П-образных пазов с глубиной и шириной равные 1/5 диаметра центрального цилиндрического опорного элемента; соответствие высоты П-образных пазов ширине отфрезерованных торцов деревянных элементов и общей высоты крышек и центрального цилиндрического опорного элемента ширине деревянного элемента, обеспечивается унификация производства деталей, это позволяет наладить конвейерный их выпуск и точность изготовления, а также упрощение и точную сборку возводимого сооружения, что снижает стоимость и время изготовления, т.е. уменьшает трудозатраты. Изготовленные таким образом детали придают узловому соединению законченный, эстетичный вид, соответствующий изготовленному деревянному каркасу и форме, что позволяет спрятать все сопрягаемые соединения внутрь каркаса. Кроме того, за счет того, что деревянные элементы имеют отфрезерованные торцы под необходимым, согласно проектам углам, обеспечивается простота и удобства непосредственно при сборке и монтаже возводимого сооружения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено узловое соединение для пространственных стержневых деревянных каркасов зданий и сооружений с размерами, в мм, вид сверху; на фиг. 2 - тоже, вид сбоку; на фиг. 3 - тоже, в аксонометрии; на фиг. 4, представлено фото - тоже, в разобранном виде; на фиг. 5, фото - экспериментальное сооружение, собранное с помощью узловых соединений; на фиг. 6, фото - узловое соединение для пространственных стержневых деревянных каркасов зданий и сооружений, вид в аксонометрии; на фиг. 7, фото - тоже вид сверху; на фиг 8, фото - тоже, вид сбоку; на фиг 9, фото - тоже, вид сбоку без деревянных элементов.
Узловое соединение для пространственных стержневых деревянных каркасов зданий и сооружений содержит верхнюю и нижнюю крышки 1 и 2, расположенный между ними центральный цилиндрический опорный элемент 3. пропущенный через их центры стяжной болт 4 для образования узлового соединения радиально направленных к центру и зафиксированных в узле между крышками 1 и 2 деревянных элементов 5 с предварительно отфрезерованными торцами (на рисунке не показано), равномерно распределенных по кругу. Центральный цилиндрический опорный элемент 3 выполнен цельнодеревянным, а крышки 1 и 2 - из фанеры в виде дисков с диаметром равный диаметру центрального цилиндрического опорного элемента 3 на боковой поверхности которого, расположены для установления отфрезерованных торцов деревянных элементов 5 в количестве от не менее 3-х и до не более 6-ти П-образные пазы 6 с глубиной и шириной равные 1/5 диаметра центрального цилиндрического опорного элемента. Количество П-образных пазов может быть разным от 3-х до 6, в зависимости от объема возводимого сооружения. При изготовлении узлового соединения, для обеспечения устойчивости за счет жесткого соединения его деталей при разных объемах возводимых сооружений, необходимо соблюдение соотношение размеров ширины и глубины П-образных пазов 5 к диаметру крышек 1 и 2 равное 1/5. Это соотношение приемлемо только для узлового соединения, имеющего от 3 до 6 П-образных пазов, при другом количестве соотношение размеров будет другим. На фиг. 1-3 изображено узловое соединение с 4-мя П-образными пазами для четырех деревянных элементов. На фото (фиг. 5) экспериментальное сооружение собрано с помощью узловых соединений, содержащих пазы для 5-ти деревянных элементов. Высота П-образных пазов 6 соответствует ширине отфрезерованных торцов деревянных элементов, а общая высота крышек 1 и 2 и центрального цилиндрического опорного элемента 3 равна ширине деревянного элемента 5. Под крепежные элементы 7 для скрепления крышек и деревянных элементов предназначены дополнительные отверстия 8 расположенные по окружности диска, в местах под которыми расположены П-образные пазы 6 для отфрезерованных торцов деревянных элементов и на расстоянии от края диска равного половине глубины этих пазов. Основное отверстие 9 под стяжной болт 4 расположено в центрах крышек.
Узловое соединение для пространственных стержневых деревянных каркасов зданий и сооружений изготавливают следующим образом.
Предварительно, исходя из объема сооружения, определяют какое количество узловых соединений необходимо изготовить и с каким количеством П-образных пазов. На ЧПУ станке из дерева выполняют для узлового соединения верхнюю и нижнюю крышки 1 и 2 и центральный цилиндрический опорный элемент 3. Затем осуществляют сборку узлового соединения. К центральному цилиндрическому опорному элементу 3 с помощью стяжного болта 4, пропущенного через основное отверстие 9 прикрепляют верхнюю и нижнюю крышки 1 и 2. Затем для обеспечения устойчивости за счет жесткого скрепления крышек и деревянных элементов используют крепежные элементы 8 пропущенные через дополнительные отверстия 7. В качестве стяжного болта и крепежных элементов могут быть использованы саморезы по дереву.