МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННАЯ ФЕРМА

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве несущих конструкций (ферм) покрытия зданий и сооружений.
Фермы изготовляют целиком деревянные (из досок, брусьев и клееной древесины) или металлодеревянные. К стропильным фермам предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности и надежности, безопасности при длительной эксплуатации в условиях воздействия снеговых и ветровых нагрузок, тепловых деформаций, состава атмосферы в зданиях, обеспечения быстроты сборки-разборки, трансформируемости при минимально возможной их массе. Однако при решении вопросов снижения массы возникает опасность снижения несущей способности. Для повышения прочности конструкции элементы ферм упрочняют металлом
Известна деревометаллическая строительная балка, выполненная в виде прямоугольного деревянного бруса, вдоль боковых граней которого, примыкающих к горизонтальным граням, установлены металлические пластины, закрепленные при помощи просечных треугольных зубьев, запрессованных в поверхности бруса (заявка РСТ WO 98/07933, МПК Е04С 3/292).
Однако металлические пластины расположены снаружи деревянного бруса и при пожаре быстро теряют свои прочностные свойства.
Известна деревянная клееная балка, включающая склеенный пакет досок и металлическое армирование. Балка снабжена слоем резины и защитным слоем в виде доски, а металлическое армирование выполнено в виде расположенной под одной из граней балки полосы, имеющей зубья (патент России 2022109, МПК Е04С 3/18).
Однако в этой конструкции остаются открытыми боковые продольные поверхности, как элемента металлического армирования, так и резинового слоя, что также ведет при пожаре к потере устойчивости балки.
Известен длинномерный несущий строительный элемент, содержащий основной деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование, закрытое снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом (заявка ФРГ 2350339, МПК Е04С 3/12).
Известен длинномерный несущий строительный элемент, который содержит основной деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование, закрытое снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом. В одной или обеих горизонтальных гранях основного деревянного элемента образованы продольные пазы, а армирование выполнено в виде плоских пластин. Пластины расположены нормально к горизонтальным граням деревянного элемента, запрессованы в продольные пазы и снабжены фиксаторами от продольных перемещений, заглубленными в стенки пазов. Пластины жестко соединены друг с другом горизонтальной металлической планкой (патент России 2225924, МПК Е04С 3/292).
Указанные конструкции трудоемки в исполнении и изготавливаются на специализированных линиях.
Известен металлодеревянный строительный элемент, который включает деревянные обкладки, между которыми смонтирована металлическая часть двутаврового сечения с полками и стенкой, и крепежные детали. Полки двутавровой металлической части выполнены в зоне растяжения в виде жестко закрепленных на стенке горизонтальных утолщений; в зоне сжатия - в виде полосовых накладок, также жестко закрепленных на стенке. Высота металлической части меньше высоты деревянных обкладок и его части закрыты и обжаты с боков этими обкладками посредством крепежных деталей, расположенных горизонтально и пропущенных сквозь деревянные обкладки и металлическую часть, (патент России 2109893, МПК Е04С 3/292).
Однако данный металлодеревянный строительный элемент можно применять в строго ориентированном положении - поясом, работающим на сжатие вверх, и нельзя использовать в качестве вертикальных стоек.
Известен строительный рамный элемент, имеющий основную часть, такую как бревно или квадратный брус. В продольном направлении элемент выполнен из двух частей, сложенных между собой, между которыми вставлен металлический стержень. Концы стержня выступают наружу и снабжены косынками в форме равностороннего треугольника. Несколько элементов соединяют между собой для сооружения конструктивной рамы (патент Японии 3693158, МПК Е04С 3/18).
Использование металлических стержней ограничивает несущую способность.
Известна треугольная металлодеревянная ферма, включающая в себя верхний пояс и раскосы деревянные сплошного сечения, металлические нижний пояс и стойку (см. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. Под ред. В.А.Иванова: Будивильник, 1970, с.211, рис.8.1 и 8.2).
Недостатком указанной фермы является большая материалоемкость и малая жесткость фермы.
Известна конструкция стыка деревянных элементов, в которой соединительный элемент имеет отверстия, расположенные ближе к одному концу и одну или несколько пластин выступающих ближе к другому концу. Пластины вставлены в стыковочный торец деревянного бруса так чтобы отверстие было обращено наружу (патент Японии 3699337, МПК Е04С 3/14).
Известна металлодеревянная ферма, которая имеет деревянный верхний сжатый пояс, деревянную стойку с нижним металлическим закругленным концом. Раскосы и нижний пояс выполнены из двух деревянных брусьев с зазором между ними. В этом зазоре размещены два арматурных напрягаемых стержня. Арматурные напрягаемые стержни огибают нижний металлический закругленный конец деревянной стойки. Одним концом каждый стержень с помощью высаженной головки закреплен в верхнем поясе фермы. Другим концом, имеющим коротыш с резьбой, стержни закреплены в торцах нижнего пояса.(патент России 2266377, МПК Е04С 3/292).
Эта металлодеревянная ферма выбрана в качестве прототипа.
К недостаткам известной металлодеревянной фермы можно отнести то, что использование только арматурных стержней ограничивает максимальную несущую способность, а наличие зазоров между брусьями, в которых расположены стержни, резко снижает огнестойкость конструкции. Так же использование предварительно напряженных арматурных стержней неэффективно в связи с большой податливостью древесины во времени и процессами релаксации.
Технической задачей полезной модели является создание металлодеревянной фермы с повышенной надежностью, несущей способностью и жесткостью, обеспечивающей возможность транспортировки в труднодоступные районы и упрощение сборки из готовых элементов ограниченной длины.
Технический результат достигается за счет того, что в металлодеревянной ферме, включающей деревянные верхний пояс, стойку, подкосы, нижний пояс и силовые металлические элементы, нижний пояс и стойка выполнены в виде двух, соединенных между собой деревянных элементов, поверхности соединения, обращенные друг к другу, по всей длине снабжены выемками, в которых размещены работающие на растяжение плоские силовые металлические элементы, имеющие длину больше длины деревянных элементов, снабженные наружными удерживающими упорами на концах нижнего пояса и наружным удерживающим упором на конце стойки, причем силовые металлические элементы по длине состоят из одной, двух или более частей, соединенных между собой, а подкосы соединены с верхним поясом крепежными деталями, которые представляют собой металлическую пластину, снабженную отверстиями для крепления с одной стороны и упором, снабженным стержнями с другой стороны.
Верхний пояс с внутренней стороны имеет выступы для крепления подкосов, на опорной части которых закреплены крепежные детали.
Деревянные элементы нижнего пояса выполнены из одной или более частей.
Силовые металлические элементы соединены между собой высокопрочными болтами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.1 - общий вид металлодеревянной фермы;
Фиг.2 а - поперечное сечение нижнего пояса;
Фиг.2 б - поперечное сечение нижнего пояса в месте стыка силовых элементов;
Фиг.2 в - поперечное сечение стойки;
Фиг.3 - узел соединения подкоса с верхним поясом;
Фиг.4 - крепежная деталь для соединения подкоса с верхним поясом.
Предлагаемая металлодеревянная ферма (Фиг.1) включает верхний пояс 1, подкосы 2, нижний пояс 3, который состоит из двух, соединенных между собой, деревянных элементов 4 и стойку 5, которая также выполнена из двух, соединенных между собой деревянных элементов 6. Поверхности соединения деревянных элементов 4 и 6, обращенные друг к другу, по всей длине снабжены выемками, в которых размещены плоские силовые металлические элементы. В нижнем поясе 3 размещен плоский силовой металлический элемент 7 (Фиг.2а), а в стойке 5 размещен плоский силовой металлический элемент 8 (Фиг.2в). Верхний пояс 1 с внутренней стороны имеет выступы 9 для крепления подкосов 2. На опорной части выступа 9 закреплены крепежные детали 10 (Фиг.4), представляющие собой металлическую пластину 11, снабженную отверстиями для крепления с одной стороны и упором 12 с другой стороны. Упор 12 снабжен арматурными стержнями 13 (Фиг.4), которые вклеены в опорную часть выступа 9. Плоские силовые металлические элементы 7 и 8 по длине могут состоять из одной, двух или более частей, соединенных между собой через накладки 14 высопрочными болтами 15. В местах соединения плоских силовых металлических элементов выемки деревянных элементов выполняются с углубленным профилем (Фиг.2б). Крайние силовые элементы 7 нижнего пояса 3 снабжены упорами 16, а силовой элемент 8 стойки 5 снабжен наружным упором 17.
Элементы металлодеревянной фермы изготавливаются на заводе по производству металлодеревянных конструкций и доставляются к месту сборки.
Металлодеревянная ферма собирается следующим образом. Отдельные силовые элементы 7, крайние из которых снабжены упорами 16, объединяются в единый элемент нижнего пояса 3, например, высокопрочными болтами 15 через накладки 14, затем к нему крепится силовой элемент 8 стойки 5, снабженный наружным упором 17. Далее полученную конструкцию соединяют с верхним поясом 1 и подкосами 2. Для крепления с подкосами верхний пояс 1 с внутренней стороны снабжен выступами 9, на которых жестко закреплены крепежные детали 10 штырями 13, входящими в выступы 9 до упора 12, а металлические пластины 11 входят в пропилы, выполненные на торцах подкосов 2, и крепятся, например, высокопрочными болтами. После этого на силовые элементы нижнего пояса 3 закрепляют деревянные элементы 4, а на силовые элементы стойки 5 закрепляют деревянные элементы 6.
Предложенная полезная модель позволяет создать ферму простую и удобную при перевозке и сборке на месте монтажа, обладающую жесткостью, прочностью и надежностью, безопасностью при длительной эксплуатации в условиях воздействия снеговых и ветровых нагрузок.