УЗЕЛ УГЛОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности - к деревянному домостроению с использованием брусьев и досок.
Порядок изготовления брусовых и бревенчатых домов подробно изложен в [Крейндлин Л.Н. Столярные, плотничные и паркетные работы. М., Высшая школа, 1989, Глава X1], где подробно описан процесс изготовления деревянного дома, в т.ч. и способы стыковки бревен и брусьев по длине.
Существует ряд видов технологии соединения деталей из древесины по длине (сращивание) [Прохоров В.А. Оборудование для клеильно-сборочных работ. М., Лесн. пром-сть, 1966, с. 66-69]: торцовое, на «ус», зубчатое и ступенчатое.
Наиболее прочным является клеевое соединение на зубчатый клиновой шип, применяемое для сращивания брусков окон, дверей и других строительных элементов. Это объясняется технологичностью такого соединения, относительно небольшими потерями древесины при зарезке зубчатых шипов, удобством механизации и автоматизации процесса сращивания. В среднем прочность таких брусков составляет: при растяжении вдоль волокон 45-60%, при статическом изгибе 55-70%, при сжатии вдоль волокон 80-95% по сравнению с прочностью брусков из здоровой цельной древесины. Сращивание по длине на зубчатый шип рекомендовано для пиломатериалов в диапазоне толщин 19-85 мм [Прохоров В.А. Оборудование для клеильно-сборочных работ. М., Лесн. пром-сть, 1966, с. 66-69]
Известно изготовление клееных брусьев для домостроения, выполненных посредством склеивания по плоскости нескольких ранее склеенных по торцам на шиповое соединение досок, где места склейки отдельных досок по торцам разбросаны по длине бруса случайным образом, что обеспечивает их высокую прочность.
Известно соединение по длине отрезков бревен и брусьев для деталей домостроения за счет созданных на торцах соединяемых отрезков стыковочных поверхностей в виде клинового зубчатого шипового соединения с последующей их стыковкой на клею, формирование на продольных поверхностях стыкуемых отрезков продольных пазов, имеющих форму «ласточкин хвост», в которые при сборке соединения на клею вставлены деревянные шпонки со скругленными торцами, имеющие в поперечном сечении ту же форму, что продольные пазы (аналог - см. патент РФ №144138, МПК В27С 5/00 (2006.01), 2014 г.)
Однако, данное решение применимо для сращивания бревен и брусьев, имеющих достаточно большую толщину и должно сопровождаться трудоемким процессом склеивания.
Известен узел соединения элементов накладкой «в полдерева» на шпонках, содержащий элементы с вырезанными торцевыми частями с образованием торцевых граней и боковых граней торцевой части с толщиной, меньше толщины боковых граней средней части соединяемых элементов. Торцевые части каждого элемента выполнены по меньшей мере с двумя скосами торцевых граней относительно боковых граней (аналог - см. патент РФ №93829, МПК E04B 1/00 (2006.01) E04B 2/04 (2006.01), 2010 г.).
Недостатком аналога является недостаточная жесткость соединения из-за выполнения шпонок небольшого диаметра и расположенных в разных частях торцев соединяемых элементов. Кроме того, выполнение торцев с двумя скосами, обращенными в разные стороны, приводит также к уменьшению жесткости соединения и к дополнительной трудоемкости, в случае необходимости соединения элементов под углом.
Известен узел углового соединения элементов «в полдерева» на шпонках в венцах деревянных брусчатых стен здания, включающий элемент одного направления с верхней вырезанной торцевой частью и элемент другого направления с нижней вырезанной торцевой частью с образованием смещенных от торца каждого элемента соответственно верхней и нижней торцевых граней и боковых внутренних и внешних граней с вертикальными размерами, которые меньше вертикальных размеров боковых граней в средней части каждого бруса, отличающийся тем, что на смещенных торцевых гранях каждого элемента выполнен по меньшей мере один выступ, а на примыкающих к ним внутренних боковых гранях смежных элементов вырезаны ответные указанным выступам пазы, имеющие формы, совпадающие с формами выступов (прототип - патент РФ №93831 от 30.12.2009, МПК E04B 1/21 (2006.01) E04B 1/38 (2006.01), 2010 г.).
Недостатком известной конструкции является ограниченная область применения данной конструкция - для соединения в венцах деревянных брусчатых стен здания, то есть для бруса, расположенного в горизонтальной плоскости. Такое решение не может быть использовано при создании вертикального каркаса. Вертикальный каркас, собранный на основе такого соединения брусьев между собой, испытывает более высокие нагрузки, например, ветровые, на шпонки и смежные торцы и грани элементов, и не имеет достаточной жесткости и прочности для их восприятия.
Задачей предложенного решения является повышение прочности и жесткости соединения при создании угловых соединений вертикальных каркасов.
Поставленная задача решается за счет того, что в узле углового соединения, содержащем деревянные элементы с вырезанными торцевыми частями с образованием смещенных торцевых граней, на каждой из которых выполнен выступ, и нагель, скрепляющий указанные элементы, в соответствии с полезной моделью, деревянные элементы соединены под углом больше 90, но меньше 180 градусов, 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.
Нагель выполнен продолговатым в поперечном сечении и имеет толщину поперечного сечения h, по крайней мере, равную толщине поперечного сечения H соединяемых элементов.
Технический результат от использования всех признаков полезной модели заключается в повышении прочности и надежности соединения при создании угловых соединений вертикальных каркасов.
Из теории «Сопротивления материалов» известно, что при вертикальном расположении узлов соединения (например, для стропил) основную нагрузку воспринимает ее внешняя, периферийная часть. В предлагаемом решении усиленный нагель, расположенный в центральной зоне соединения, является элементом, воспринимающим в узле нагрузки на изгиб и растяжение, повышая прочность и надежность соединения. Соединение деревянных элементов под углом больше 90, но меньше 180 градусов, с выполненными на торцах элементов выступами и впадинами, ответными впадинам и выступам, выполненным по кривой линии на смещенных торцевых гранях, позволяет препятствовать повороту соединяемых элементов относительно друг друга, что обеспечивает повышении прочности и надежности соединения.
Выполнение узла, в котором деревянные элементы соединены под углом больше 90, но меньше 180 градусов, 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 позволяет обеспечить прочное и надежное соединение элементов между собой при создании угловых соединений вертикальных каркасов (куполов, крыш и т.п.).
Фиг. 1 - узел в сборе.
Фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1 (поперечное, под углом).
Фиг. 3 - процесс сборки узла.
Узел углового соединения элементов может быть применен при сборке деревянного каркаса купольного дома или стропил каркаса крыши.
Узел содержит деревянные элементы 1, 2 с вырезанными торцевыми частями 3, 4 с образованием смещенных торцевых граней 5, 6 на каждом элементе. В качестве соединяемых деревянных элементов могут быть использованы, например, обрезные доски толщиной до 100 мм, как показано на прилагаемых схемах, или бруски с прямоугольным поперечным сечением. На каждой из смещенных торцевых граней 5, 6 каждого элемента выполнены выступ 7 и впадина 8. Профиль выступа 7 и впадины 8 выполнен по кривой линии. Торцы 9 каждого из соединяемых элементов имеют выступы 10 и впадины 11, ответные впадинам 8 и выступам 7, выполненным на смещенных торцевых гранях 5, 6. Ответные выступы 10 и впадины 11 также выполнены по кривой линии. Соединяемые элементы 1, 2 расположены в узле соединения под углом больше 90, но меньше 180 градусов.
Нагель 12 расположен в центральной зоне соединения и установлен в отверстия 13, 14, выполненные в соответствующей зоне вырезанных торцевых частей 3, 4 элементов 1 и 2. Отверстия 13, 14 расположены таким образом, чтобы при соединении элементов в узел выступы 10 и впадины 11 торцев 9 соответствующего элемента 1, 2 совпали с соответствующей впадиной 8 и выступом 7 смещенных торцевых граней 5, 6 противоположного элемента (см. фиг. 3). Положение отверстия на каждом из элементов 1, 2 рассчитывается в зависимости от угла наклона соединения элементов.
Нагель 12 и отверстия 13, 14 выполнены продолговатыми в поперечном сечении и имеют толщину поперечного сечения h, по крайней мере, равную толщине поперечного сечения Н соединяемых элементов.
В качестве материала нагеля 12 возможно, как вариант, использование древесины бука влажностью ниже влажности сращиваемых отрезков. Достигая эксплуатационной влажности (впитывая влагу из соседних элементов), нагель разбухает, исключая зазоры в соединении, увеличивая тем самым прочность стыка.
Предварительное соединение элементов в узел производится на горизонтальной поверхности.
Предварительно на каждом из соединяемых элементов вырезают торцевые части 3, 4 с образованием смещенных торцевых граней 5, 6 и отверстия 13, 14. Укладывают элемент 1, например доку толщиной 50 мм, обращая вырезанную торцевую часть 3 лицом вверх. Затем в отверстие 13 элемента 1 устанавливают нагель 12, на который через отверстие 14 насаживают элемент 2, вырезанной торцевой частью 4 обращенный к элементу 1. Затем с помощью деревянного молотка добиваются плотной посадки элементов друг относительно друга, так чтобы выступы 10 и впадины 11 торцев 9 элемента 1 совпали с соответствующей впадиной 8 и выступом 7 смещенной торцевой грани 6 противоположного элемента 2. А выступы 10 и впадины 11 торцев 9 элемента 2 совпали с соответствующей впадиной 8 и выступом 7 смещенной торцевой грани 5 противоположного элемента 1. Собранный узел помещают в вертикальное положение для сборки с остальными частями при строительстве крыши или купола здания. Противоположные концы нагеля 12 при этом выступают за пределы соединяемых элементов 1, 2, что позволяет укладывать на нагели поперечные соединители.
Таким образом, заявляемое решение позволяет соединять вертикально расположенные элементы толщиной до 100 мм для домостроения при повышении прочности соединения на изгиб и растяжение.
При осуществлении заявляемой полезной модели может быть получен следующий технический результат:
- Повышается жесткость и надежность элементов каркаса купольного дома или стропил крыши.
Изготовление элементов заявляемого узла может быть осуществлено с применением известного деревообрабатывающего оборудования.
Заявленная полезная модель может быть использована в строительстве домов, бань, купольных сооружений и т.п.