СВОДЧАТАЯ КОНСТРУКЦИЯ
VAULTED STRUCTURE

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве сетчатого свода-оболочки под здания различного назначения.
Известен деревянный сетчатый свод кругового очертания в поперечном сечении с расположением сетки под углом к продольной оси свода, состоящий из ряда многослойных арок, взаимно пересекающихся между собой, составленных из досок, сплоченных в несколько слоев, с разбежкой швов, скрепленных гвоздями или клеем и изогнутых в соответствии с кривизной свода, причем в узлах арки переплетены между собой с помощью выполненных в них гнезд под сопрягаемые арки и стянуты болтами, установленными в отверстиях, выполненных в арках, в местах их пересечения, а торцы свода снабжены торцевыми арками (авторское свидетельство СССР № 80520, дата приоритета 18.05.1948, дата публикации 31.12.1949, автор Леннов В.Г.).
Недостатком известного аналога является высокая трудоемкость монтажа, обусловленная многослойным выполнением арок составного сечения, расположением сетки под углом к продольной оси свода и необходимостью в связи с этим устройства фронтонных арок, а также деформативность конструкции вследствие податливости гвоздевого соединения.
Известен сетчатый свод, принятый в качестве прототипа, содержащий связанные между собой продольные и поперечные по отношению к продольной оси свода элементы, образующие сетку с прямоугольной ячейкой по цилиндрической поверхности свода, продольные элементы выполнены неразрезными двутаврового или швеллерного сечения, поперечные элементы выполнены из бруса прямоугольного сечения, расположены в шахматном порядке с образованием разрезных арок по дуге свода и соединены по торцам и в центре с примыкающими к ним продольными элементами с расположением двух типов узлов соединения в шахматном порядке, при этом торцы поперечных элементов состыкованы с продольным элементом в одном уровне, а в узлах соединения по центру поперечных элементов продольный и поперечный элементы расположены поэтажно (Патент РФ № 2484210 С1, дата приоритета 23.12.2011, дата публикации 10.06.2013, авторы Локтев Д.А. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются: во-первых, высокая металлоемкость сводчатой конструкции, обусловленная выполнением продольных элементов из стали двутаврового или швеллерного сечения; во-вторых, сложность и трудоемкость монтажа из-за труднодоступности элементов крепежа в узлах сопряжения; в-третьих, конструктивное решение узлов, не позволяющее передавать большие изгибающие моменты.
Задачей изобретения является снижение металлоемкости и повышение жесткости конструкции за счет более простого конструктивного решения узла, повышение скорости монтажа благодаря открытым узловым соединениям, использование в качестве стержней крупномерных отходов деревообрабатывающего производства, имеющих круглое сечение и низкую рыночную стоимость.
Для решения поставленной задачи предложена сводчатая конструкция в виде сетки с прямоугольной ячейкой из связанных между собой продольных и поперечных по отношению к продольной оси свода элементов, причем продольные элементы выполнены неразрезными, а поперечные элементы, примыкающие концами к продольным элементам, сопряжены с ними в узлах сетки. Согласно изобретению, конструкция выполнена из деревянных стержней круглого сечения, образующих рядовые усиленные узлы сопряжения с возможностью работы поперечных стержней в стыках на осевые усилия и изгибающие моменты, при этом поперечные стержни состыкованы с продольным стержнем в рядовых узлах с сопряжением по цилиндрическим поверхностям в соответствии с геометрией сводчатой конструкции и снабжены с внутренней стороны узла стыковыми накладками, имеющими ту же изгибную жесткость, что и стыкуемые поперечные стержни, и скрепленными с ними и с продольным стержнем стяжными болтами, пропущенными через выполненные в стержнях и в стыковой накладке отверстия, причем стыковая накладка снабжена по длине пазами, сопрягаемыми со стыкуемыми стержнями, повернутыми друг к другу относительно оси продольного стержня.
Согласно изобретению, стыкуемые концы поперечных стержней выполнены с цилиндрической поверхностью в торцевой части, сопрягаемой с продольным стержнем в узле.
Согласно изобретению, поперечные стержни состыкованы в узле с продольным стержнем с помощью дополнительных парных накладок-коротышей, закрепленных на продольном стержне в соответствии с геометрической сеткой и являющихся упорами для нескошенных торцов поперечных стержней, выполненных под прямым углом с шипом в центре, при этом накладки-коротыши снабжены с одной стороны частью цилиндрической поверхности, сопряженной с продольным стержнем, с другой стороны выполнены с плоской частью, перпендикулярной оси поперечного стержня и стыкуемой с его торцом, снабженным шипом в центре, взаимодействующим с ответным отверстием, выполненным в накладке-коротыше перпендикулярно плоской части.
Согласно изобретению, в качестве стержней использованы отходы фанерного производства.
Круглое сечение стержней позволяет использовать в качестве материала как обычную древесину, так и крупномерные отходы деревообрабатывающего производства - «карандаши». Эти отходы достигают 3 м в длину, до 10 см в диаметре и имеют рыночную стоимость в 3-5 раз ниже бруса.
На фиг. 1 схематично показан узел сопряжения продольного и поперечных элементов со стыкуемыми торцами, вид в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схематично показан узел сопряжения продольного и поперечных элементов с нескошенными торцами, вид в плане; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 3.
Заявляемая сводчатая конструкция выполнена в виде сетки с прямоугольной ячейкой по цилиндрической поверхности свода (не показано). Конструкция выполнена из оцилиндрованной древесины одинаковой жесткости или из стержней круглого сечения, являющихся отходами деревообрабатывающего производства, и характеризуется наличием рядовых усиленных узлов сопряжения с возможностью их работы на осевые усилия и изгибающие моменты. Узел сопряжения сводчатой конструкции, показанный на фиг. 1, содержит продольный стержень 1, состыкованный с примыкающими к нему концами поперечных стержней 2, выполненными с цилиндрической поверхностью в торцевой части, сопрягаемой с продольным стержнем. С внутренней стороны узла стыкуемые поперечные стержни 2 снабжены стыковой накладкой 3, скрепленной с ними и с продольным стержнем 1 стяжными болтами 4, пропущенными через выполненные в стержнях 1, 2 и в стыковой накладке отверстия. При этом стыковая накладка 3 имеет ту же изгибную жесткость, что и стыкуемые поперечные стержни 2, и снабжена по длине пазами 5, сопрягаемыми со стыкуемыми стержнями 2, повернутыми друг к другу относительно оси продольного стержня в соответствии с геометрией сводчатой конструкции. Выполнение сопряжения стержней в узле по цилиндрическим поверхностям при наличии стыковой накладки, стягивающей стержни узла, обеспечивает плотную стыковку и целостность узла, а также повышает его жесткость (фиг. 2).
Узловое сопряжение, показанное на фиг. 3, характеризует вариант изобретения, в котором поперечные стержни 2 состыкованы в узле с продольным стержнем 1 с помощью дополнительных парных накладок-коротышей 6, закрепленных на продольном стержне 1 с обеих сторон в соответствии с геометрической сеткой и являющихся упорами для нескошенных торцов поперечных стержней, выполненных под прямым углом с шипом 7 в центре. При этом накладки-коротыши 6 снабжены с одной стороны частью цилиндрической поверхности 8, сопряженной с продольным стержнем 1, а с другой стороны выполнены с плоской частью 9, строганной по пласти, ортогональной оси поперечного стержня и стыкуемой с его торцом, снабженным упомянутым шипом 7, взаимодействующим с ответным отверстием 10, выполненным в накладке-коротыше 6 перпендикулярно плоской части. По данному варианту узел сопряжения сводчатой конструкции содержит накладки-коротыши 6, прикрепленные с помощью гвоздей 11 к продольному стержню 1 с двух сторон. К каждой накладке-коротышу присоединены концы поперечных стержней 2, упертые нескошенными торцами в плоские части 9 накладок-коротышей. При этом поперечные стержни 2, состыкованные с накладками-коротышами, повернуты друг к другу относительно оси продольного стержня 1 в соответствии с геометрией сводчатой конструкции. С внутренней стороны узла, как и в предыдущем варианте, стыкуемые поперечные стержни 2 снабжены стыковой накладкой 3, скрепленной с ними и с продольным стержнем 1 стяжными болтами 4, пропущенными через выполненные в стержнях 1, 2 и в стыковой накладке отверстия. При этом стыковая накладка 3 имеет ту же изгибную жесткость, что и стыкуемые поперечные стержни 2, и снабжена по длине пазами 5, сопрягаемыми со стыкуемыми стержнями 2 (фиг. 4-6).
Этот вариант выполнения узла требует дополнительного крепежа для накладок-коротышей при монтаже, однако в целом является менее трудозатратным за счет снижения трудоемкости при выполнении сопрягаемых поверхностей цилиндрической формы.
При реализации изобретения достигается более высокий технический результат по сравнению с известными аналогами, который заключается в повышении жесткости узла, снижении трудозатрат, и помимо этого может быть получена экономическая выгода при использовании отходов деревообрабатывающего производства.
Преимущество заявляемой сводчатой конструкции обусловлено более простым конструктивным решением узла в результате использования открытых болтовых соединений и вследствие этого меньшей трудоемкости монтажа. Также узел является более жестким и способен передавать больший изгибающий момент за счет стягивания стержней стыковой накладкой. Экономические преимущества основаны на низкой стоимости отходов деревообрабатывающего производства, которые можно применять в качестве стержней конструкции свода и стыковых накладок.