УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Техническое решение относится к строительству, в частности к деревянному домостроению с использованием брусьев и досок, и может быть применено при соединении элементов сборных деревянных конструкций, несущих нагрузку.
Строительные элементы из дерева обычно имеют ограниченные длины (что связано с особенностями производства деревянных материалов). Поэтому в случаях, когда общая длина конструкции существенна и превышает размеры единичного конструктивного элемента, необходимо обеспечить надежное соединение элементов между собой.
Известны узлы соединения деревянных элементов на металлических нагельных пластинах с зубьями-нагелями (см., например, патент RU № 39925, МПК F16B 13/00, опубликован 20.08.2004 г.). Нагельную пластину располагают между соединяемыми деревянными элементами, фиксируя его положение, затем производят запрессовку крепления на стационарном гидравлическом прессе.
Недостатками таких соединений являются сложность их монтажа, требующая специального оборудования, и низкая надежность, обусловленная расщеплением деревянных элементов в местах запрессовки нагелей.
Известен узел углового соединения (см. патент RU № 165765, МПК E04B 1/38, опубликован 10.11.2016 г.), содержащий деревянные элементы с вырезанными торцевыми частями с образованием смещенных торцевых граней, на каждой из которых выполнен выступ, и нагель, скрепляющий указанные элементы под углом больше 90°, но меньше 180°, причем торцы элементов имеют выступы и впадины, ответные впадинам и выступам, выполненным по кривой линии на смещенных торцевых гранях, а нагель расположен в центральной зоне соединения.
Известный узел соединения может быть эффективно использован для монтажа опорных вертикально ориентированных конструкциях, однако для конструкций, горизонтально ориентированных относительно поверхности земли, он малопригоден вследствие низкой несущей способности. Коме того, сложная геометрическая форма соединяемых элементов в области сопряжения, требует их изготовления на отдельном производстве, и как следствие, невозможность использования рядовых пиломатериалов при строительстве.
Известно принятое в качестве ближайшего аналога узловое соединение деревянных элементов (см. патент RU № 2664528, МПК E04B 1/48, опубликован 20.08.2018 г.), соединенных через соединительную цилиндрическую шпонку в виде металлического кольца со стяжным болтом, состоящую из двух частей, каждая из которых вставлена в цилиндрический пропил деревянного элемента.
Известное техническое решение обеспечивает соединение деревянных элементов без повреждения их структуры, тем самым увеличивая долговечность сборной конструкции.
Однако оно не позволяет использовать такие конструкции в случаях высоких несущих нагрузок, поскольку площадь, воспринимающая нагрузку, локальна и ограничена размерами шпонки (как следствие, количество узлов соединения на заданной длине сопряжения деревянных элементов должно быть существенным). Также, узловое соединение содержит большое количество составных элементов, что усложняет его монтаж.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении надежности и технологичности соединительного узла сборных деревянных конструкций, несущих нагрузки.
Техническим результатом, реализуемым при помощи полезной модели, является простое и надежное соединение протяженных деревянных элементов, способных нести высокую нагрузку.
Технический результат достигается тем, что узел соединения протяженных деревянных элементов содержит, по меньшей мере, два деревянных элемента, частично перекрывающие друг друга по длине и стянутые в месте перекрытия, по меньшей мере, в двух местах, в каждом из элементов выполнен, по меньшей мере, один продольно ориентированный паз, пазы в каждом из элементов одинаковых габаритов и их длины составляют не менее 1/2 длины перекрытия элементов, глубина каждого паза составляет от 1/4  до 1/2 толщины элемента, перекрытие элементов выполнено таким образом, что пазы каждого из них сопряжены с образованием общей полости, в которую вставлена шпонка.
Кроме того, в каждом из элементов может быть выполнено по меньшей мере по одному поперечно ориентированному пазу одинаковых габаритов с длиной от 1/4 до 2/3 ширины элемента с образованием общей полости между элементами, в которую вставлена шпонка.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически представлено поперечное сечение узла соединения в месте стяжки элементов, на фиг. 2 – вариант исполнения внутренней поверхности одного из деревянных элементов.
Узел соединения протяженных деревянных элементов содержит элементы 1, с выполненными в них продольно ориентированными пазами 2, отверстиями 3 под стяжки, шпонки 4, стягивающие устройства 5, вертикально ориентированные пазы 6 (в частном варианте исполнения).
Сборку узла соединения осуществляют следующим образом.
В соединяемых деревянных элементах 1 вырезают продольно ориентированные пазы 2 (это может быть сделано заранее на отдельном производстве, либо непосредственно в месте монтажа, например, при помощи ручного фрезера) и отверстия 3 под стяжки. Размеры пазов 2 рассчитывают, исходя из необходимой несущей способности конструкции. При необходимости дополнительно вырезают пазы 6. В один из элементов 1 вставляют шпонки 4, размеры шпонок выбирают такими, чтобы обеспечить плотную (внатяг) фиксацию их в пазах 2 и 6. При необходимости возможно нанесение в пазы 2 и 6 и на шпонки 4 связующего состава (например, клея или мастики).  Шпонки 4 могут быть изготовлены из дерева, пластмасс, фанеры и других материалов. Основными требованиями к ним является высокая жесткость на излом и сходные с материалом элементов 1 характеристики тепловых расширений/сжатий.
После этого второй из элементов 1 состыковывают с первым таким образом, чтобы пазы 2 и 6 каждого из элементов 1 сопрягались между собой с образованием полостей. При этом в пазы 2 и 6 второго элемента 1 также может быть нанесен связующий состав. Шпонки 4 оказываются зафиксированными в полученных полостях. После этого в отверстия 3 (выполненные таким образом, чтобы при состыковке элементов 1 они сопрягались с образованием сквозного отверстия) устанавливают стягивающие устройства 5 (в качестве таковых возможно использование болтов, винтов, двусторонних заклепок и т.п.) и производят фиксацию элементов 1 в общее соединение.
Узел соединения работает следующим образом.
Основную несущую нагрузку в узле соединения несут шпонки 4, установленные в продольно ориентированных пазах 2. Ввиду того, что их длина составляет не менее ½ длины перекрытия элементов 1, узел соединения способен выдерживать высокие весовые нагрузки. Стягивающие устройства 5 обеспечивают соединение элементов 1 между собой и не несут вертикально ориентированной нагрузки, поэтому в процессе эксплуатации не деформируют отверстия 3. При этом за счет надежного соединения элементов 1 шпонки 4 жестко зафиксированы в пазах 2 без возможности сдвигов/деформаций. В случаях наличия в конструкции вертикально ориентированных пазов 6 со шпонками 4, последние обеспечивают дополнительную фиксацию на растяжение, увеличивая тем самым, общую надежность конструкции.
Заявляемое техническое решение является простым и технологичным в монтаже, обеспечивает надежность и долговечность эксплуатации конструкции и ее высокие прочностные характеристики.