ТОРЦЕВОЕ НАГЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
END DOWEL JOINT OF WOODEN BEAM STRUCTURES

Изобретение относится к строительству и предназначено для соединения балочных деревянных элементов в одной плоскости.
Известно соединение элементов деревянных конструкций, включающее металлическую накладку, нагели из гладкой стали, установленные в отверстиях накладки и закрепленные поперек волокон деревянных элементов /1/.
Недостатком такого соединения является: относительно низкая прочность и надежность соединения, поскольку в процессе эксплуатации установленные в отверстиях пластины нагели способны вызывать раскалывание древесины с торца поперек волокон.
Наиболее близкими по технической сущности к изобретению является стыковое соединение, состоящее из металлических клиновидных деталей-соединителей, шарнирно установленных в торец и на боковую поверхность балочных деревянных элементов на шурупах /2/.
Недостатками этого соединения являются высокая стоимость комплектующих деталей из-за сложности их изготовления, необходимость высокой точности соединений, недостаточная надежность соединений от раскалывания поперек волокон и невысокая несущая способность из-за шарнирного соединения шурупов с клиновидными деталями и в результате этого неполное вовлечение в работу сечений соединяемых элементов.
Техническая задача заключается в повышении надежности и несущей способности стыкового соединения за счет исключения раскалывания поперек волокон деревянного элемента конструкции и упрощения конструкции за счет исключения усилия кручения при передаче нагрузки с одного балочного элемента на другой.
Поставленная техническая задача решается таким образом, что в торцевом соединении деревянных балочных конструкций, содержащем прикрепленную к поверхности балочных конструкций соединительную деталь с отверстиями и размещенные в отверстиях соединительной детали и теле балочных конструкций нагели, согласно изобретению соединительная деталь выполнена в виде торцевой пластины и установленного перпендикулярно и жестко соединенного с ней пластинчатого элемента, прикрепленного центрирующими накладками к балочным конструкциям, при этом торцевое соединение снабжено болтовым стяжным устройством, а нагель жестко соединен в отверстиях торцевой соединительной детали.
Нагели могут быть выполнены из арматуры периодического профиля и размещены в теле деревянных балочных конструкций на клею.
Стяжное устройство может быть расположено в теле балочных конструкций и закреплено на их поверхностях, или стяжное устройство расположено в теле балочных конструкций и закреплено на одной из их поверхностей и соединительной детали. Кроме того, в теле балочного элемента перпендикулярно нагелям на расстоянии 100 мм для предотвращения раскалывания древесины с торца поперек волокон размещены шурупы или стержни на клею. Нагели размещены по высоте сечения балочной конструкции с шагом 3,5 d на расстоянии не менее 5 d от ее поверхности, но не менее 3/4 высоты сечения балочной конструкции, где d - диаметр нагеля.
Предлагаемая конструкция торцевого соединения отличается от известной тем, что соединительная деталь выполнена в виде торцевой пластины и установленного перпендикулярно и жестко соединенного с ней пластинчатого элемента, прикрепленного центрирующими накладками к балочным конструкциям, при этом торцевое соединение снабжено болтовым стяжным устройством, а нагель жестко соединен в отверстиях торцевой соединительной детали. Нагели могут быть выполнены из арматуры периодического профиля и размещены в теле деревянных балочных конструкций на клею.
Для сплачивания соединения используют стяжное устройство в виде стальной накладки с натяжным болтом, которая крепится на нижнюю кромку торцевой конструкции с помощью двух шурупов, расположенных параллельно торцу.
Шурупы, установленные параллельно торцу на расстоянии 100 мм, позволяют нейтрализовать нормальные растягивающие напряжения поперек волокон.
Расстояние 100 мм от торца - это минимальная глубина активного сезонного колебания влажности и температуры, которые усугубляют возможные деформации и трещины с торца деревянной конструкции. Установленные шурупы перехватывают и гасят эти деформации, повышая надежность соединения.
Нагели из высокопрочной стали, жестко соединенные с соединительной деталью, повышают жесткость торцевого соединения и вовлекают в работу большую часть нагельного гнезда, повышая прочность соединения в торец деревянной конструкции. Выбранные параметры расстановки нагелей поперек волокон с торца деревянной конструкции по высоте сечения (не менее 3,5 d между нагелями и не менее 5d и 3/4h до ее поверхности) определяются из условия прочности древесины от раскалывания поперек волокон и обеспечивают надежность соединения.
Выполнение соединительной детали такой конструкции позволяет передать усилия на верхнюю грань соединяемых конструкций при центрировании усилий.
Взаимное положение деревянных конструкций фиксируется шурупами, вкрученными через отверстия в центрирующих прокладках соединительной детали.
В качестве варианта в торцевом соединении вместо нагелей и поперечных шурупов используют арматурную сталь периодического профиля, вклеенную на эпоксидном клее в заранее просверленные отверстия. Это позволяет решать техническую задачу, не прибегая к использованию стяжного устройства в виде стальной накладки с болтом по нижней кромке торцевого элемента, роль которой выполняет болт, клеевая композиция и сварка. Для сплачивания соединения используют стяжной болт, который предварительно крепится в продольную балочную конструкцию, а в торцевой балочной конструкции под него сверлится отверстие с торца диаметром, позволяющим завести болт.
На фиг.1 изображено торцевое соединение, общий вид; фиг.2 - А-А фиг.1; фиг.3 - Б-Б фиг.1; на фиг.4 - В-В фиг.1; фиг.5 - то же, что и на фиг.1 (вариант с вклеенными нагелями); фиг.6 - А-А фиг.5; на фиг.7 - Б-Б фиг.5; на фиг.8 - разрез В-В фиг.5.
Стыковое соединение состоит из двух деревянных балочных конструкций 1 и 2. В торце конструкции 2 закреплена стальная соединительная деталь 3 с помощью нагелей 4, жестко закрепленных в соединительной пластине 3. Конструкция 2 соединена с конструкцией 1 с помощью соединительной детали 3 и шурупов(глухарей) 5, вкрученных в тело балок через отверстия в центрирующих прокладках детали 3. Сплачивание конструкций осуществляется установленным на их поверхностях стяжным устройством, выполненным в виде стальной накладки 7 с болтом 8 или болта 9.
Соединительная деталь выполнена в виде торцевой пластины с отверстиями для нагелей и прорезью, в которую перпендикулярно ей устанавливается и сваривается с ней пластинчатый элемент, с центрирующими накладками.
Стыковое торцевое соединение собирается в такой последовательности:
Вариант 1. В паз на торце деревянной конструкции 2 с зазором 5 мм устанавливается соединительная деталь 3 и фиксируется монтажными шурупами, через отверстия в ней сверлятся отверстия в торце деревянной конструкции 2 на 0,5 мм меньше забиваемых в них нагелей 4 из высокопрочной стали. Выпуски нагелей 4 и соединительной детали 3 сваривают. Снизу через отверстия в накладке 7 стяжного устройства 6 с натяжным болтом 8 устанавливают параллельно торцу конструкции 2 шурупы 10. Затем конструкция 2 соединяется с конструкцией 1 опиранием соединительной детали 3 на верхнюю кромку конструкции 1, при этом стяжной болт 8 в стяжном устройстве 6 вставляется в заранее просверленное отверстие в конструкции 1. Взаимное положение деревянных конструкций фиксируется шурупами 5, вкрученными через отверстия в центрирующих прокладках в соединительной детали 3, а сплачивание элементов осуществляется закручиванием болта 8 в стяжном устройстве 6.
Вариант 2. В паз на торце деревянной конструкции 2 с зазором 5 мм устанавливается соединительная пластина 3 и фиксируется монтажными шурупами, в торце деревянной конструкции сверлятся отверстия на 4 мм больше диаметра нагелей, затем в них на эпоксидном клее устанавливаются нагели 4 из арматурной стали, кроме того, одновременно с нагелями 4 в 100 мм от торца конструкции 2 в верхнюю кромку конструкции 2 вклеиваются поперечные стержни 11 из арматурной стали. Далее, под болт 9 стяжного устройства 6, заранее установленный в конструкцию 1, сверлится отверстие в торце диаметром, позволяющим завести болт с шайбой в соединительную деталь 3. Выпуски нагелей 4 и соединительная деталь свариваются. При монтаже торцевой конструкции 2 на болт 9 сверху опускается торцевая соединительная деталь 3 со специальным отверстием на 2 мм больше диаметра болта 9 и осуществляется сплачивание элементов закручиванием болта. Взаимное положение деревянных конструкций фиксируется шурупами (глухарями) 5, вкрученными через отверстия в центрирующих накладках соединительной детали 3.
Торцевое соединение - вариант 1 предусматривает изготовление и сборку узла на монтаже, а в варианте 2 - крепление соединительной детали 3 к конструкции 2 целесообразнее выполнить в заводских условиях.
Соединение работает следующим образом: нагрузка на конструкцию 1 передается с конструкции 2 в виде реакции, которая является внешней силой для соединения. Реакция воспринимается соединительной деталью 3 и передается на нагели 4, забитые или вклеенные в торец конструкции 2 и жестко сваренные с соединительной деталью 3. Из-за жесткого соединения и высокой прочности нагелей 4 усилия воспринимаются на большей площади нагельного гнезда в конструкции 2, таким образом достигается большая прочность соединения, чем при шарнирном закреплении. Для обеспечения полной несущей способности нагели 4 должны быть размещены по высоте сечения балочной конструкции 2 с шагом между нагелями не менее 3,5 d и на расстоянии не менее 5 d от поверхности конструкции 2, но не менее % высоты сечения балочной конструкции, где d - диаметр нагеля. Поперечные шурупы 10 или вклеенные стержни 11 перехватывают и нейтрализуют нормальные напряжения поперек волокон торцевой конструкции 2 по площадкам раскалывания вдоль нагелей 4, связанные с сезонными колебаниями влажности и температуры и усугубляющие возможные деформации и трещины с торца деревянной конструкции 2, повышая надежность соединения.
Накладки соединительной детали 3 позволяют центрировать усилие на соединяемых конструкциях и снизить эффект кручения.
Источники информации
1. Пискунов Ю.В., Чернявский С.М. Влияние конструктивных параметров нагельных пластин на прочность и жесткость соединений деревянных конструкций. РЖ, серия 10, вып.6. - М., 1982 - 15 с.
2. Каталог соединителей для деревянных конструкций фирмы «Simpson» Strong-Tie, DIN 1052-2004-08 /прототип/.