УЗЛОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ И КЛЕЕДЕРЕВЯННЫХ СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛОГИХ СЕТЧАТЫХ КУПОЛОВ
NODAL CONNECTION OF WOODEN AND GLUE-WOOD ROD ELEMENTS OF LOW-PITCHED NET DOMES

Изобретение относится к области строительных конструкций, а именно к устройству соединения деревянных и клеедеревянных стержней пологих сетчатых куполов двоякой кривизны.
Известно узловое соединение стержней пространственного металлического каркаса, в частности трубчатых, которое может быть использовано при возведении конструкций сетчатых оболочек двоякой кривизны. Узловое соединение включает сердечник в виде усеченного с двух сторон полого шара с отверстиями, пропущенными через них болтами, приваренными к наконечникам с вогнутой поверхностью стержней пространственного каркаса. К нижней части сердечника присоединена круглая пластина, имеющая посередине закрепленный в ней болт. В полученную емкость вставляются сферические элементы в виде полос, после чего емкость заполняется расширяющимся раствором и накрывается крышкой. Днище с крышкой соединяются болтом (авт. свид. SU №1678999 А2, МПК Е04В 1/58, опубл. 23.09.1991).
Недостатками известного соединения являются невозможность использовать его напрямую без доработки в деревянных сетчатых куполах, высокие требования к точности изготовления и монтажа стыкуемых в узле элементов по причине наличия болтовых соединений стержней каркаса и сердечника, что повышает трудоемкость строительства в целом.
Известно стыковое соединение пространственных стержневых конструкций зданий и сооружений, в частности куполов. Узловое соединение включает в себя стыкуемые деревянные стержни, соединительный элемент в виде кольца, крепежные элементы в виде шпилек и фасонных шайб. Ребра соединяются с узловой деталью с помощью фасонных шайб, стальных накладок и приваренных к ним шпилек. Накладки прикрепляются к ребрам при помощи вертикальных болтов. Торцы ребер имеют цилиндрическую поверхность (авт. свид. SU 1652581 А1, МПК Е04В 1/58, опубл. 30.05.1991).
Недостатком известного соединения является наличие болтовых соединений стержней каркаса со стальной накладкой и узловой деталью, являющихся податливыми, поскольку всегда существуют зазоры между болтом и отверстием. Работа таких соединений особо неоднозначна в деревянных конструкциях, поскольку в процессе предварительного обжатия в местах сопряжения болтов и деревянных элементов образуются площадки местного смятия, вследствие чего возникает повышенная деформативность этих узловых соединений. Величины перемещений узлов имеют случайную природу и изменяют расчетную схему работы стержня в узловом соединении.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является соединительный узел стержневой несущей конструкции (Gluyas, Timothy James с/о Canard Design Limited, Leicester, LE 1 7RA (GB), Hobbs, Simon Charles c/o Canard Design Limited, Leicester, LE 1 7RA (GB), патент EP 1640520 A2, МПК Е04В 1/32, опубл. 29.03.2006). Узловое соединение включает в себя металлическую полую цилиндрическую узловую вставку в виде отливки с канавками вдоль образующей. Стержни каркаса крепятся к узловой детали при помощи специальных металлических соединительных элементов, повторяющих с одного конца форму канавки узловой детали, с другим концом - с переменной по эллиптическому закону толщиной сечения с боковой поверхностью, имеющей насечку для лучшего сцепления с деревянным стержнем, и отверстием под болт. Узловое соединение обеспечивает стыковку стержневых элементов под различными пространственными углами. После установки стержней в проектное положение болтовое соединение затягивается и насечка включается в работу.
Недостатками этого соединения являются высокая трудоемкость изготовления узловой детали, податливость соединения металлического болта и деревянного стержня, невозможность точного определения величины воспринимаемых насечкой усилий.
В сетчатых оболочках в отличие от плоскостных систем оси стержневых элементов не только не лежат в одной плоскости, но в каждом из узлов имеют различные комбинации взаимного расположения в пространстве. Это усложняет изготовление несущих и ограждающих конструкций, применение типового узлового соединения, приводит к увеличению типоразмеров элементов.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание типового узлового соединения деревянных стержней сетчатых пологих куполов, которое должно обеспечивать возможность стыковки элементов при малом отклонении друг от друга их геометрических размеров и углов подхода к узлу при максимальном исключении болтовых соединений в качестве рабочих связей, соответствие расчетной схемы действительной работе узлового соединения, снижение трудоемкости изготовления и монтажа.
Сущность изобретения заключается в следующем:
1. Совместная работа стержневых элементов и центральной цельнодеревянной узловой вставки обеспечивается при помощи стеклопластиковой гибкой арматуры и центральной деревянной цилиндрической вставки.
2. Стыкуемые стержневые элементы имеют увеличенную высоту сечения.
3. Фиксация элементов соединения в проектном положении обеспечивается заполнением межстержневого узлового пространства составом на основе эпоксидной смолы с наполнителем.
Изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 представлена схема соединения элементов в узле; на фиг.2 - оголовок стыкуемых стержневых элементов; на фиг.3а, 3б - металлический кондуктор (верхняя и нижняя половины); на фиг.4 - сборочный чертеж узлового соединения, план; на фиг.5 - сборочный чертеж узлового соединения, разрез; на фиг.6 - план узлового соединения и вид сбоку.
Узловое соединение деревянных и клеедеревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов включает в себя соединяемые стержни 1 с увеличенной высотой сечения в узле, с заранее отфрезерованными в заводских условиях в зависимости от угла подхода α к центральной цельнодеревянной узловой вставке 2 торцами и просверленными под стеклопластиковую трубку 3, и монтажный деревянный нагель 4 отверстиями. Стыкуемые в узле элементы размещаются в состоящей из нижней 5 и верхней 6 половин фанерной пространственной круглой в плане коробки, у крышек которых укладываются стеклопластиковые армирующие сетки 7, после чего стеклопластиковая трубка и межстержневое узловое пространство заполняются через штуцер 8 составом на основе эпоксидной смолы с наполнителем 9.
Узловое соединение деревянных и клеедеревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов собирается и работает следующим образом. К монтажному приспособлению при помощи центрального фиксирующего болта 10 крепится нижняя половина металлического пространственного круглого в плане кондуктора 11с вырезами в бортах под стыкуемые стержни. На днище кондуктора 11 и болт 10 укладывается нижняя половина фанерной коробки 5 и армирующая стеклопластиковая сетка 7. Затем на болт 10 надевается центральная цельнодеревянная узловая вставка 2 с заранее просверленным отверстием. После этого к узловой вставке 2 подводятся торцы стыкуемых стержней 1 - ребер, изготовленных в заводских условиях треугольных панелей. Для установки в проектное положение в них предусмотрены монтажные нагели 4 для крепления талрепа 13. Стержни фиксируются в проектном положении при помощи фанерных вставок 14 и металлической планки 15. После этого на узел сверху укладывается армирущая сетка 7, при помощи болта 10 крепятся верхняя половина фанерной коробки 6, а также верхняя половина металлического кондуктора 12. Через предусмотренный в ней штуцер 8 осуществляется заполнение межстержневого узлового пространства специальным составом. Контроль заполнения осуществляется через штуцер 17 в крышке кондуктора 12. После отвердевания состава верхняя и нижняя половины металлического кондуктора снимаются с узлового соединения при помощи болтов 16.
Предлагаемое узловое соединение бесфасоночного типа, относящееся к неразборным, предусматривает восприятие и передачу усилий растяжения, сжатия, изгиба, поперечной силы, кручения и их совместное действие. Прочность соединения при всех видах напряженного состояния обеспечивается, а деформативность уменьшается вследствие исключения болтовых соединений и совместной работы древесины и металла.
Величина воспринимаемых усилий сжатия и смятия возрастает за счет увеличения высоты сечения стыкуемых стержней каркаса, а также за счет их клинообразной формы, усилия растяжения и кручения воспринимаются стеклопластиковой трубкой и заполнением межстержневого узлового пространства.
Снижение металлоемкости, улучшение собираемости покрытия достигается за счет отсутствия болтовых соединений в узле и возможности компенсации неточностей изготовления и монтажа стыкуемых в узле элементов.
Изобретение целесообразно использовать в соединениях элементов пологих сетчатых деревянных куполов пролетом до 40 м, в покрытиях, отвечающих требованиям немагнитности и радиопрозрачности.