МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЗУБЧАТЫЙ КРОНШТЕЙН МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ

Предлагаемое решение относится к конструкциям длинномерных несущих строительных элементов, таких как балки, прогоны, фермы и т.п., выполненных из различных материалов, в частности из дерева и металла.
Известна, например, конструкция металлического зубчатого кронштейна металлодеревянной балки - патент США №4,475,328. Данный кронштейн, выполненный штамповкой из оцинкованной стали, состоит из двух концевых участков с группой выштампованных попарно зубьев для закрепления на деревянных частях балки и соединительного участка, расположенного под углом к концевым участкам с зубьями, при этом оба края соединительного участка и концевые участки с внутренней стороны имеют ребра жесткости, выполненные в виде отбортовки в ту же сторону, что и зубья, при этом участки попарной выштамповки зубьев расположены вдоль концевых участков, а сами зубья выполнены углового типа с расположением поперек волокон деревянных частей балки.
Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения являются следующие - штамповкой из оцинкованной стали, состоящий из двух концевых участков с группой выштампованных попарно зубьев для закрепления на деревянных частях балки, и соединительного участка, расположенного под углом к концевым участкам с зубьями, при этом оба края соединительного участка и концевые участки с внутренней стороны имеют ребра жесткости, выполненные в виде отбортовки в ту же сторону, что и зубья.
В известной конструкции соединительный участок имеет П-образное поперечное сечение, что накладывает определенные ограничения на воспринимаемую нагрузку, кроме того зубья концевых участков расположены поперек волокон деревянной части балки (бруса), что приводит к нарушению целостности волокон дерева и, соответственно, как показывают расчеты, снижению прочности на величину до 30%.
Предлагаемой конструкцией решается техническая задача увеличение диапазона воспринимаемых нагрузок кронштейном, а также выполнение зубьев с одной стороны не подрезающих волокна древесины, а с другой стороны прочно в ней закрепленных, а соответственно повышение прочности деревянных частей балки, и, следовательно, всей конструкции.
Для достижения названного технического результата в металлическом зубчатом кронштейне металлодеревянной балки, выполненном штамповкой из оцинкованной стали, состоящем из двух концевых участков с группой выштампованных попарно зубьев для закрепления на деревянных частях балки, и соединительного участка, расположенного под углом к концевым участкам с зубьями, при этом оба края соединительного участка и концевые участки с внутренней стороны имеют ребра жесткости, выполненные в виде отбортовки в ту же сторону, что и зубья, в отличие от прототипа в соединительном участке по всей его длине выполнен рифт, а зубья выполнены винтового типа с расположением плоскости их концевой части вдоль продольной оси концевого участка. При этом наилучшим с точки зрения предотвращения нарушения целостности волокон и обеспечения максимальной прочности балки является вариант, когда плоскость корневой части зубьев перпендикулярна продольной оси соединительного участка, т.е. развернута относительно плоскости их концевой части на 50° (при этом естественно, что участки выштамповки пар зубьев расположены вдоль оси соединительного участка, а не вдоль концевого участка, как в прототипе).
Отличительными признаками предложенного металлического зубчатого кронштейна являются следующие - в соединительном участке по всей его длине выполнен рифт, а зубья выполнены винтового типа с расположением плоскости их концевой части вдоль продольной оси концевого участка, дополнительно, плоскость корневой части зубьев перпендикулярна продольной оси соединительного участка.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными из прототипа, достигается следующий технический результат - за счет выполнения на соединительном участке рифта повышается несущая способность кронштейна. За счет выполнения зубьев винтового типа с расположением плоскости их концевой части вдоль продольной оси концевого участка (особенно в случае, когда плоскость корневой части зубьев перпендикулярна продольной оси соединительного участка) зуб начинающий заглубление в древесину, располагается вдоль ее волокон, проникает между ними и корневой частью зубьев лишь раздвигает их не нарушая целостности древесины. Кроме того, выполнение зубьев винтового типа предотвращает их самовыдергивание из древесины. Все это существенно повышает прочность металлодеревянной балки.
Данная конструкция может быть использована в различных длинномерных строительных конструкциях, таких, как балки перекрытия, стойки, фермы, прогоны и т.п.
Предлагаемая конструкция поясняется рисунком. Изображенный на рисунке металлический зубчатый кронштейн (МЗК) металлодеревянной балки, состоит из двух концевых участков 1 (по сути металлических зубчатых пластин) с группой выштампованных попарно зубьев 2 (участки выштамповки 8 расположенных вдоль продольной оси соединительного участка 4) для закрепления на деревянных частях 3 (брусьях) балки и соединительного участка 4, расположенного под углом к участкам 1 с зубьями 2, при этом оба края соединительного участка 4 и концевые участки 1 с внутренней стороны (обращенной внутрь металлодеревянной балки) имеют ребра жесткости (борта) 5, выполненные в виде отбортовки в ту же сторону, что и зубья 2, на соединительном участке 4 по всей его длине выполнен рифт 6, а с краев участка 4 выполнены отверстия 7 для закрепления на штампе, зубья 2 выполнены винтового типа с расположением плоскости их концевой части вдоль продольной оси концевого участка (с возможностью раздвижения волокон деревянных частей 3 балки, в прототипе же зубья 2 расположены под углом близким к 90 градусам к продольной оси концевого участка, т.е. поперек волокон деревянной балки, и при сборке нарушают их целостность). На ребрах жесткости 4 концевых участков 1 имеются монтажные выступы 8, позволяющие предварительно до запрессовки в дерево выставить кронштейн на деревянных частях 3 балки.
Данный металлический зубчатый кронштейн изготавливается следующим образом. Из листов вырубаются полосы, из которых затем вырубаются заготовки разверток МЗК, с технологическими отверстиями 7. Далее производится гибка с базой на два отверстия 7 односторонних внутренних ребер жесткости 5 концевых участков 1 и двухсторонних внутренних ребер жесткости 5 соединительного участка 4 (для получения зеркально отображенного кронштейна заготовка переворачивается на 180 градусов). Затем на концевых участках 1 производится насечка пар зубьев 2. При этом происходит разрыв листового материала, начиная с вершины пар зубьев 2 и при дальнейшем ходе пуансонов осуществляется просечка боковых сторон зубьев 2 с одновременным закручиванием плоскости зубьев 2 за счет специально выполненной заточки пуансонов по трех их поверхностям. Далее осуществляют вытяжку рифта 6 на соединительном участке 4 кронштейна.
При сборке металлодеревянной балки сначала собирается деревянный каркас, состоящий из верхнего и нижнего поясов - деревянных частей 3, соединенных между собой вертикальными проставками посредством саморезов либо металлических зубчатых пластин (на фигуре не изображены).
Дальнейшая сборка балки осуществляется на специальном прессовом оборудовании следующим образом: по предварительно рассчитанной схеме в определенной последовательности укладываются на одной из боковых сторон деревянного каркаса первая партия металлических зубчатых кронштейнов, концевые участки 1 которых с выштампованными зубьями 2 последовательно запрессовываются в верхний и нижний пояса, затем каркас переворачивается вдоль своей продольной оси на 180 градусов и начинается процесс укладки второй партии металлических зубчатых кронштейнов, которые являются зеркальным отображением по отношению к кронштейнам первой партии. Последующая запрессовка второй партии кронштейнов завершает сборку металлодеревянной балки.
Следует отметить, что на начальном этапе запрессовки зубья 2 внедряются в древесину вдоль ее волокон, что предотвращает перерезание волокон. При последующей запрессовке зубья 2 незначительно раздвигают волокна, но также не перерезают их. Такой процесс «ввинчивания» зуба 2 при запрессовке обеспечивает повышенные несущих характеристик концевых участков 1 кронштейна за счет неразрушения структуры древесины и увеличения усилия выдергивания зубьев 2.
Данная металлодеревянная балка по сравнению с аналогами обладает повышенными прочностными характеристиками за счет особой ориентации зубьев 2 и выполнения зубьев 2 винтового типа, а также наличия рифта 6 на соединительном участке 4 кронштейна.