СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, А ТАКЖЕ СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ДЕРЕВЯННЫЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
METHOD TO MAKE LONGITUDINAL JOINT FOR WOODEN STRUCTURAL ELEMENTS, AND ALSO APPROPRIATE WOODEN STRUCTURAL ELEMENT

Данное изобретение относится к способу изготовления продольного соединения для деревянных конструктивных элементов согласно ограничительной части пункта 1, а также к соответствующему деревянному конструктивному элементу согласно ограничительным частям пунктов 9 и 41 формулы изобретения.
Использование решения согласно изобретению возможно, в частности, для клееного продольного стыкового соединения дерева с деревом для параллельных поясных балок, односкатных стропильных балок, двускатных стропильных балок с прямой или изогнутой нижней стороной, рыбообразных ферм, решетчатых балок или изогнутых балок из клееной древесины.
Исходя из технической, а также связанной с логистикой проблемой, что в деревянных клееных конструкциях возможны охватывающие большие пространства несущие конструкции крыши с непрерывными балками из клееной древесины с длиной до 65 м, длина отдельных конструктивных элементов все же зависит от машинных и пространственных возможностей соответствующего изготовителя.
Большинство изготовителей клееной древесины для особых конструктивных элементов имеет производственные возможности от 24 м до максимально 35 м. Инвестиции для более длинных производственных установок являются в большинстве случаев не экономичными и поэтому не реализуемыми.
В противоположность стальным конструкциям, обычные продольные стыковые соединения согласно уровню техники, в деревянных конструкциях являются затратными и в большинстве. случаев не экономичными, поскольку при расчете статики необходимо учитывать значительные ослабления поперечного сечения. Это приводит к значительно более высокой стоимости и соответствующим недостаткам в плане конкуренции.
Для выполнения продольных стыковых соединений, среди прочего, стропильных ферм из клееной древесины, известен ряд соединительных систем, например, с обычными для деревянных конструкций шлицованными металлическими листами и штифтообразными металлическими соединительными средствами. В последнее время стали известными также ряд технически более сложных соединительных элементов, которые согласованы с размерами деревянных конструктивных элементов и вводятся в потай, соответственно, вклеиваются в прорези, сверленые отверстия или фрезерованные выемки.
Склеивание несущих деревянных конструктивных элементов возможно, например, либо за счет продольного сращивания скошенных торцов, либо за счет универсального соединения с помощью клиновидных шипов. Соответствующие расчеты и размеры деревянных конструкций содержатся в стандарте DIN 1052, раздел 14. С такими проблемами связаны бесчисленные правовые документы.
Согласно DE 2543085 С2, U-образная стальная деталь в виде скобы с перемычками и плечами, смещенными в шахматном порядке относительно друг друга, вводится в канавки деревянной балки, так что выступающие из стыковой поверхности отогнутые под углом перемычки вдвигаются друг в друга.
Кроме того, в более ранней публикации DD 240227 А1, в которой показана деревянная стропильная балка с универсальным соединением с помощью клиновидных шипов, раскрыто, что для частичного армирования клееной древесины можно использовать сталь или стеклянные материалы. В этой публикации раскрыты способ изготовления продольного соединения для деревянных конструктивных элементов согласно ограничительной части пункта 1, а также соответствующие деревянные конструктивные элементы с признаками ограничительных частей пунктов 9 и 41 формулы изобретения.
Следует отметить также полезную модель DE 05223 U1, в которой приведено описание стыкового соединения частей рамы, в "которых контактные поверхности двух деревянных конструктивных элементов соединены в одно целое. При этом стыковое соединение должно защищаться с помощью, по меньшей мере, одного удлиненного второго соединительного средства в виде пластинчатого арматурного тела. Для этого в поперечное сечение клееной древесины в зоне соответствующего соединения с помощью клиновидных шипов вклеивается пластинчатое арматурное тело в выполненную там канавку.
Выполнение продольных стыковых соединений с помощью шлицованных металлических листов связано с большими затратами и поэтому в большинстве случаев не экономично. Помимо сильных деформаций и возникающих при сушке трещин, эффективность относительно грузоподъемности составляет лишь примерно 50-60% неослабленного поперечного сечения древесины. Кроме того, в соответствии с противопожарными требованиями необходимы дополнительные покрытия древесины, соответственно, противопожарные покрытия.
В случае универсального соединения с помощью клиновидных шипов в соответствии с DIN EN 387:2002-04 при выборе его размеров в соответствии с DIN 1052:2004-08 следует учитывать ослабления поперечного сечения у основания шипов. Их можно принимать без более точного доказательства равными до 20% первоначального поперечного сечения, за счет чего отнесенная чисто к поверхности эффективность составляет максимально 80% первоначального поперечного сечения. Кроме того, из-за влияния сучков в зоне универсального соединения с помощью клиновидных шипов необходимо при выборе размеров использовать следующий более низкий класс прочности, что сопровождается дополнительным уменьшением эффективности на 12-14%.
При соединении с помощью сращивания скошенных торцов в соответствии с DIN 1052 (2004-08) необходимо выдерживать наклон склеиваемых поверхностей максимально 1/10. Таким образом, образуется длина скошенного торца 20 м для несущего деревянного конструктивного элемента высотой 2 м или длина скошенного торца 2,4 м для несущего деревянного конструктивного элемента шириной 24 см. Таким образом, соединение с помощью сращивания скошенных торцов является в большинстве случаев не экономичным и во многих случаях технически едва ли реализуемым.
Наконец, известно деревянное соединение из US 3094747 А.
В соответствии с этой предшествующей публикацией две подлежащих соединению деревянных частей снабжаются на своей обращенной друг к другу концевой стороне гладкой торцевой поверхностью, по которой обе деревянные балки соединяются с прилеганием друг к другу, Для реализации соединения с максимально возможной прочностью на двух противоположно лежащих сторонах, т.е. один раз в зоне сгиба с растяжением и один раз противоположно - в зоне сгиба со сжатием выполняется снаружи выемка, выпукло проходящая через оба концевых участка. В эту выемку, выполненную в деревянном материале на виде сбоку выпукло, вводится с обеих противоположных сторон выполненный, соответственно, выпукло вкладыш, при этом вкладыш с применением выпуклых штампов запрессовывается в выпуклые выемки и там вклеивается, или же применяются вкладыши, которые имеют соответствующую выпуклую форму. Затем выступающие участки материала можно снимать. на обеих противоположных наружных сторонах соединенных друг с другом деревянных балок плоско параллельно относительно примыкающей ограничительной стенки соединенных деревянных балок.
Подлежащие вставлению вкладыши могут состоять из любого материала, например, из пластмассы, металла, ламината, стекловолокна или другого материала. При этом вкладыши могут состоять также из строительной древесины или клееной древесины.
Однако было установлено, что даже такое соединение не дает существенного превышения эффективности, обеспечиваемой универсальным соединением с помощью клиновидных шипов.
Поэтому задачей изобретения является предотвращение или принципиальное уменьшение указанных выше недостатков и создание улучшенного способа изготовления продольного соединения для несущих и/или опорных деревянных конструктивных элементов, а также самого соответствующего деревянного конструктивного элемента, который по сравнению с уровнем техники имеет значительно увеличенную несущую способность.
Согласно изобретению задача решена относительно способа признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения, и относительно несущего деревянного конструктивного элемента признаками, указанными в пунктах 9 и 41 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Неожиданным образом было установлено, что в рамках данного изобретения эффективность стыкового соединения может лежать даже в диапазоне от 90% до 100% по сравнению с несущей нагрузкой не ослабленного поперечного сечения,, при этом предотвращаются более высокие деформации, базирующиеся на проскальзывании соединительных средств.
Для полученной путем такого соединения согласно изобретению несущей клееной дощатой балки как правило, достаточно предусмотреть соответствующее соединение посредством сращивания скошенных торцов лишь в зоне растяжения при изгибе, как правило, на нижней стороне балки. Если нагрузка на изгиб имеется на верхней стороне балки, то указанный вкладыш можно вклеивать также на верхней стороне соединяемых деревянных строительных балок. При переменной нагрузке на изгиб может быть необходимо также расположение вкладыша на обеих сторонах. Однако, прежде всего, если соединенные деревянные конструктивные элементы применяются в качестве опор, может быть целесообразным, в зависимости от положения конструктивного элемента, расположить вкладыши на всех сторонах. Это рекомендуется, прежде всего, когда опоры подвергаются самым различным нагрузкам на изгиб, т.е. нагрузке на изгиб в самых различных направлениях, или же когда могут попеременно возникать такие различные нагрузки на изгиб.
Лежащие в зоне растяжения при изгибе наружные стороны подлежащих соединению деревянных конструктивных элементов (т.е. при применении горизонтально ориентированной балки лежащая снизу сторона деревянных конструктивных элементов) имеют в зоне указанной выемки наклон, который, как правило, имеет величину до максимально 1/10. Особенно высокие силы нагрузки воспринимаются тогда, когда наклон сращивания имеет величину, прежде всего до 1/10 или меньше. Согласно DIN 1052, параграф 14,6, соединения посредством сращивания представляют параллельные волокнам стыки в конструктивных элементах из дерева с наклоном склеиваемых поверхностей максимально 1/10. Однако в рамках изобретения вполне возможно также выбирать величину сращивания скошенных торцов больше заданной величины 1/10, например, до 1/8, 1/6 или даже 1/5 и больше. Решающее значение имеет то, что сращивание, прежде всего исходя из сбегающего конца сращивания (т.е. удаленного от соединительного стыка обоих подлежащих соединению деревянных конструктивных элементов), должно иметь максимальное значение. Другими словами, исходя из сбегающего конца вкладыша, сращивание должно иметь на достаточной части длины как можно меньший подъем.
При этом в отношении геометрии предварительно изготовленный вкладыш предпочтительно составляет, по меньшей мере, 1/6 высоты (или толщины) деревянного конструктивного элемента, а половина длины основания вкладыша - в десять раз больше высоты вкладыша. Сам вкладыш может иметь различные основные формы. Он может быть выполнен симметричным на виде сбоку, однако может быть также выполнен не симметричным. Он может быть выполнен на виде сбоку, по меньшей мере, приблизительно треугольным или трапециевидным. Прежде всего, в зоне перехода, т.е. в зоне стыка обоих подлежащих соединению на торцевых сторонах деревянных конструктивных элементов, верхняя сторона вкладыша не должна заканчиваться остро, а должна быть здесь скруглена, проходить параллельно нижней стороне и т.д. или же даже с фаской под углом к нижней кромке.
Было установлено, что в рамках изобретения особенно благоприятно снабжать вкладыш на его наружной стороне (как правило, в виде воспринимающей максимальные силы растяжения при изгибе нижней стороны) высокопрочной высококачественной пластиной, предпочтительно в виде высокопрочной высококачественной дощатой пластины. Деревянные балки из клееной древесины можно также склеивать на их подвергаемых нагрузке растяжением при изгибе наружной стороне с высокопрочными высококачественными дощатыми пластинами. При необходимости можно также соединять несколько высококачественных дощатых пластин друг с другом и с деревянными балками из клееной древесины. Применение высококачественной дощатой пластины приводит в зоне стыка подлежащих соединению деревянных конструктивных элементов к повышенной прочности, что относится как к нагрузке на изгиб, так и к нагрузке на растяжение или сжатие. В любом случае можно за счет этого достигать прочности, которая, по меньшей мере, одинакова и в отдельных случаях даже выше, чем прочность не стыкованного первоначального материала.
Наконец, для достижения дополнительного усиления, на всей наружной стороне зоны изгиба со сжатием можно наклеивать дополнительный усиливающий слой, который может состоять, например, из применяемого для высококачественных дощатых пластин материала.
При использовании решения согласно изобретению обеспечивается возможность транспортировки несущих деревянных конструктивных элементов в виде коротких деревянных строительных балок и выполнения на строительной площадке необходимого монтажа или склеивания на месте, например, с учетом всех предписаний DIN EN 14080, соответственно, DIN EN 387 (2002). Это приводит к значительному уменьшению стоимости транспортировки и, тем самым, к существенному повышению экономичности деревянных конструктивных элементов большой протяженности. Увеличение затрат труда на связывание, обработку и склеивание стыка сравнительно невелико.
Таким образом, изготовление бесконечных несущих и/или опорных деревянных конструктивных элементов в качестве стропильных ферм возможно, в частности, также и изготовителями, которые не располагают большими производственными площадями.
Это клееное продольное соединение можно реализовывать без уменьшения прочности, а также снижения внешнего вида по сравнению с неослабленными, не стыкованными деревянными конструктивными элементами.
Благодаря изобретению в деревянном строительстве создана уникальная возможность восприятия сил растяжения в зоне стыка, который имеет прочность, превышающую прочность базового материала. Это уникальное соединение основывается на применении и на предложенном в рамках изобретения локальном использовании древесных материалов и форм в критической зоне, за счет чего обеспечивается очень высокая прочность и сравнимая с базовым материалом жесткость.
Это представляет принципиально новое развитие по сравнению с известными до настоящего времени решениями. До настоящего времени для повышения прочности соединений применялись, как правило, всегда материалы с очень высокой прочностью (сталь, волокно из арамида 10, углеволокно и т.п.), которые, однако, имеют значительно более высокие модули упругости, чем базовый материал древесина. Очень большие различия в жесткости между соединительным и базовым материалом приводят к концентрации напряжений и к пикам напряжений. Это повышение приводит, несмотря на очень большие усиления стыка, к преждевременному разрушению или расслоению стыкового соединения.
Обычно прочность сильно уменьшается за счет сучков и пустот. В конечном итоге дефекты определяют классы прочности. За счет применения квази не имеющего дефектов материала в зоне стыка, он усиливается в уменьшенной зоне так, что нарушение/уменьшение исходного поперечного сечения внутри площади поперечного сечения около 2/3 высоты поперечного сечения больше не имеет значения.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - продольный разрез, соответственно, вид сбоку продольного стыка арочной фермы с параллельными поясами с введенным вкладышем;
фиг.2 - пример выполнения по фиг.1 перед соединением отдельных частей, в изометрической проекции;
фиг.3 - измененный относительно фиг.1 продольный стык арочной стропильной фермы;
фиг.4 - продольный стык рыбообразной стропильной фермы, вид сбоку;
фиг.5 - измененный относительно фиг.1 продольный стык с расположенным вверху округлением на введенном вкладыше, вид сбоку;
фиг.6 - измененный относительно фиг.5 продольный стык с расположенной сверху плоской поверхностью;
фиг.7 - измененный относительно фиг.6 продольный стык, в котором расположенная сверху плоская поверхность переходит через скругления в соединение посредством сращивания скошенных торцов;
фиг.8 - еще раз измененный пример выполнения с применением высококачественных дощатых пластин, а также с применением другого пластинчатого усиления, вид сбоку;
фиг.9 - отдельная, не имеющая дефектов дощатая пластина, в изометрической проекции;
фиг.10 - гибридная пластина, состоящая из четырех расположенных рядом друг с другом отдельных пластин, в изометрической проекции;
фиг.11 - пояснение изготовления высококачественной дощатой пластины с помощью разделительных разрезов, в изометрической проекции;
фиг.12 - пояснение изготовления высококачественной дощатой пластины, которая склеена из нескольких отдельных балкообразных участков пластины, в другой изометрической проекции;
фиг.13 - часть вкладыша с наклеенной на нижнюю или наружную сторону (также изображенной лишь частично) гибридной пластиной, состоящей из четырех отдельных пластин, в изометрической проекции;
фиг.14 - пояснение изготовления особенно оптимальной зоны перехода или выбега между вкладышем и балкой из клееной древесины, вид сбоку;
фиг.15 - измененный пример выполнения с применением упорной колодки на стороне сжатия при изгибе деревянного соединения, вид сбоку;
фиг.16 - поперечный разрез поперек продольного направления двух соединенных балок из клееной древесины, у которых на двух противоположных сторонах выполнены выемки и в каждую из них вклеен вкладыш; и
фиг.17 - измененный относительно фиг.16 пример выполнения, в котором на всех четырех наружных сторонах в зоне стыка подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины предусмотрен, соответственно, вклеен вкладыш 5.
Ниже приводится пояснение изобретения на основании примера выполнения, при этом на фиг.1 показано на виде сбоку клееное продольное соединение в виде продольного стыка клееной древесины со срощенным в зоне сжатия при изгибе вкладышем (т.е. с лежащей внизу в вертикальном направлении зоной сжатия при изгибе).
Согласно показанному на фиг.1 и 2 примеру выполнения, балки 1 и 2 из клееной древесины разрезают в соответствии с фигурами, и в подлежащих соединению друг с другом концах 3 и 4 несущих конструктивных элементов фрезеруют профили 8 в виде клиновидных шипов. Эти профили 8 в виде клиновидных шипов смазывают клеем, и концы 3 и 4 обеих балок 1 и 2 из клееной древесины сжимают с приложением продольного усилия по стрелкам L1, соответственно, L2.
При этом на фиг.2 схематично показаны частично в изометрической проекции подлежащие соединению концы 3, 4 обеих балок 1, 2 из клееной древесины с уже выполненными выемками А1, соответственно, А2 на нижней стороне и подлежащий, в конечном итоге, введению там вкладыш 5. При этом можно также видеть, что реброобразные клиновидные шипы предпочтительно проходят в направлении высоты Н, т.е. поперек наружной или нижней стороны, на которой выполнены выемки А1, соответственно, А2, и указанный вкладыш вставляется там.
Согласно показанному на фиг.1 и 2 основному варианту выполнения конструкция такова, что в зоне подлежащих соединению друг с другом концов 3, 4 подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины необходимо выполнить отдельную выемку А1, соответственно, А2, начиная от нижней кромки 9 (т.е. наружной или нижней стороны 9) балки 1 из клееной древесины и начиная от нижней кромки 10 (т.е. наружной или нижней стороны 10) балки 2 из клееной древесины, а именно, с образованием проходящих наклонно друг к другу нижних сторон 6 и 7. Проходящие наклонно друг к другу нижние стороны 6 и 7 балок 1 и 2 из клееной древесины необходимо выполнять в виде гладких поверхностей без фрезерованного профиля 8 клиновидных шипов, и они образуют в соединенном состоянии выемку А, которая в показанном примере выполнения имеет форму равнобедренного треугольника. Эта общая выемка А образована из обеих указанных выше отдельных выемок, которые выполнены в обеих концевых зонах обеих балок 1, 2 из клееной древесины. С этим равнобедренным треугольником со сторонами 6 и 7 согласован предварительно изготовленный вкладыш 5 и приклеен с приложением поперечного усилия к нижним сторонам 6 и 7 балок 1 и 2 из клееной древесины. Геометрические размеры вкладыша 5 определяются на основании высоты Н не ослабленного конструктивного элемента балок 1 и 2 из клееной древесины. Высота h плеч вкладыша 5 при этом ≥Н/6. Угол среза имеет, как правило, в соответствии с данными DIN 1052 (2004) для соединений сращиванием скошенными торцами, наклон до 1/10. При этом наклон является также углом высоты h плеч вкладыша 5 (относительно его лежащего внизу на фиг.1 основания и соответствующей длины вкладыша от зоны стыка 8 до конца Е1, соответственно, Е2 сбега). Поскольку в показанном на фиг.1 примере выполнения вкладыш является симметричным относительно вертикальной средней плоскости симметрии, то угол наклона сращивания α=h/половина длины вкладыша 5. Однако при необходимости можно выполнять наклон также более крутым, т.е. он может принимать значения до 1/8, 1/6 или, например, 1/5. Однако, как правило, угол α наклона сращивания составляет максимально 1/10 и при необходимости может быть еще меньше, так что наклон, насколько это позволяет статика, может быть дополнительно уменьшен. Таким образом, в сильно нагружаемой зоне сжатия при изгибе соединенных в стык балок 1 и 2 из клееной древесины расположен мощный элемент в виде вкладыша 5 треугольной формы. При этом вкладыш 5 для выполнения соединения сращиванием скошенных торцов в показанном примере выполнения вклеивается в виде равнобедренного треугольника в выемку А. При этом под соединением посредством сращивания скошенных торцов понимаются в соответствии с DIN 1052 (август 2004) стыки с параллельными волокнами в конструктивных элементах из дерева с наклоном склеиваемых поверхностей максимально 1/10. Однако в смысле данной заявки под понятием продольного соединения посредством сращивания скошенных торцов понимаются также наклоны склеиваемых поверхностей больше чем 1/10. Расположенное в зоне сжатия и в средней зоне поперечного сечения универсальное соединение 8 с помощью клиновидных шипов нагружается преимущественно на сжатие и сдвиг и поэтому не приводит к заслуживающему упоминания уменьшению прочности соединения, хотя в зоне растяжения на остающемся участке универсального соединения с помощью клиновидных шипов действуют, кроме того, силы растяжения.
За счет комбинации универсального соединения 8 с помощью клиновидных шипов и соединения посредством сращивания скошенных торцов на нижней стороне 6 и 7 достигается прочность указанного продольного стыка не ослабленного поперечного сечения древесины. Этот продольный стык древесины с древесиной можно выполнять, соответственно, повторять для любого количества балок 1 и 2 из клееной древесины, и, тем самым, обеспечивается возможность изготовления несущих деревянных конструктивных элементов любой длины.
Таким образом, необходимо, по меньшей мере, на наружной стороне 6, 7 балок 1, 2 из клееной древесины выполнить выемку и эту выемку заполнить предварительно изготовленным вкладышем 5 соответствующего размера так, что его основание распологается заподлицо с нижней кромкой 9, 10 балок 1, 2 из клееной древесины.
С помощью соответствующего технического оборудования с учетом всех предписаний DIN 1052 (2004), DIN EN 14080, DIN EN 386 и 387 (2002) возможно недорогое склеивание также на строительных площадках. За счет этого достигается очень большая экономия стоимости транспортировки на строительные площадки за границей.
Изготовление с точной приводкой балок 1 и 2 из клееной древесины осуществляется с помощью обрабатывающих автоматов с ЧПУ.
Показанный на фиг.1 пример выполнения показан на фиг.2 в изометрической проекции, а именно, с не введенным в еще несоединенные деревянные конструктивные элементы 1 и 2 и изображенным под ними пространственно отдельно подлежащим введению вкладышем 5. При этом обычно подлежащие соединению деревянные конструктивные элементы 1 и 2 перед сведением вместе обрабатывают так, что они снабжаются выемками А1, соответственно, А2. Затем в последующей второй стадии или в одной общей стадии вкладыш 5 соединяют с обоими деревянными конструктивными элементами.
Из чертежей также следует, что поперечная протяженность QE перпендикулярно продольной длине L и перпендикулярно высоте Н подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины соответствует соответствующему размеру в направлении продольной протяженности подлежащего введению вкладыша 5, т.е. вкладыш 5 в показанном примере выполнения проходит по всей ширине или толщине подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины. Как указывалось выше, при этом направление F волокон как в подлежащих соединению балках 1, 2 из клееной древесины, так и в подлежащем введению вкладыше, по меньшей мере, приблизительно проходит в продольном направлении L, т.е. предпочтительно ориентировано в этом направлении.
На фиг.3 и 4 показаны два примера выполнения измененных относительно примера выполнения, показанного на фиг.1, при этом способ изготовления продольного соединения несущих конструктивных элементов осуществляется аналогично фиг.1.
При этом вкладыш 5 выполнен в форме дугового треугольника и принимает, тем самым, согласно фиг.3 вогнутую форму для изготовления арочной стропильной фермы или согласно фиг.4 выпуклую форму для изготовления рыбообразной стропильной фермы, с целью введения этого выполненного вогнутым или выпуклым вкладыша 6 на нижней стороне 6, 7 балок 1, 2 из клееной древесины.
Если высота предварительно изготовленного вкладыша должна составлять меньше 1/6, то следует учитывать эти уменьшения в статических расчетах.
Ниже приводится описание других вариантов выполнения в рамках изобретения.
На последующих фигурах показаны схематично на виде сбоку или в продольном разрезе примеры выполнения, аналогичные фиг.1, однако в отклонение от фиг.1 они отличаются в отношении общей выемки А и/или вводимого в нее вкладыша 5.
На фиг.1 и 2 было пояснено, что вкладыш 5 треугольной формы в своей переходной зоне 25 (т.е. где сведены вместе торцевыми сторонами обе подлежащие соединению балки 1 и 2 из клееной древесины) заканчивается образующей в целом треугольную форму вершиной 105а. В отклонение от этого на фиг.5 показано, что эта переходная зона 25 может быть выполнена на вкладыше 5 противоположно его наружной или нижней стороне 5а скругленной, т.е. со скруглением 105b. На фиг.6 показано, что выбегающая вверху зона вкладыша 5 может быть выполнена с плоской поверхностью 105 с, которая, например, может проходить параллельно или наклонно к нижней кромке или нижней стороне 9, соответственно, 10 обеих балок 1, 2 из клееной древесины. Плоская поверхность 105 может быть также в переходной зоне к соединениям 24 посредством сращивания не граненой, а также скругленной (скругления 105d), как показано на фиг.7.
Из приведенных выше примеров выполнения также следует, что вкладыш образован так, что он, исходя из максимального возвышения, как правило, в переходной зоне 25 становится тоньше к зоне выбега и перехода, лежащей удаленно от концов 3, 4 подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины в соответствии с наклоном сращивания (углом а сращивания), и уменьшается по высоте. При этом вкладыш 5 не обязан иметь одну единственную наивысшую точку 105а или 105b, а может иметь в средней зоне, которая может составлять, например, 10-60% общей длины вкладыша или меньше, например, 20-30% общей длины вкладыша 5, более или менее одинаковое возвышение, чтобы лишь затем сбегать к зоне выбега и перехода как можно острее с наклоном сращивания максимально 1/10 или предпочтительно даже еще меньше, с целью создания здесь оптимального соединения посредством сращивания с прилегающими балками 1, 2 из клееной древесины.
Таким образом, вкладыш 5 склеивается в выемке А с наружными или нижними сторонами 6, 7, по меньшей мере, обеих подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины с помощью соединения 6′, 7′ посредством сращивания скошенных торцов так, что соединение 6′, 7′ посредством сращивания скошенных торцов между вкладышем 5 и соответствующей балкой 1, 2 из клееной древесины, исходя из зоны E1, E2 выбега и перехода вкладыша 5, повышается в направлении конца 3, 4 соответствующей балки 1, 2 из клееной древесины, по меньшей мере, на части длины вкладыша с наклоном сращивания, который имеет величину предпочтительно до максимально 1/10.
Предшествующие примеры выполнения были показаны каждый для случая, когда вкладыш выполнен симметричным относительно оси, проходящей перпендикулярно продольному направлению соединенных балок 1, 2 из клееной древесины. Однако соответствующая общая выемка А и вкладыш могут быть также выполнены не симметричными, т.е. они не обязательно должны быть выполнены симметричными в отклонение от фиг.1, а также 3-5 при рассматривании сбоку, соответственно, на виде сбоку.
Кроме того, склеиваемые поверхности 6′ и 1′ между вкладышем 5 и конструктивными элементами 1, 2 могут быть снабжены также соответствующим профилированием, так что в склеиваемой поверхности не возникает потерь или концентрации напряжений.
Однако в рамках изобретения возможна реализация дополнительного повышения прочности деревянного соединения. Описание соответствующих примеров приведено ниже.
Для этого вкладыш 5 в нижней зоне поперечного сечения снабжен вплоть до наружной или нижней кромки 5b в соответствии с наружной или нижней стороной деревянных конструктивных элементов 1, 2 высокопрочной высококачественной пластиной 23 (см. фиг.8), в частности, в виде высококачественной дощатой пластины 23. Балки 1, 2 из клееной древесины имеют также предпочтительно в нижней зоне поперечного сечения высокопрочные высококачественные пластины 21, 22, также предпочтительно в виде высокопрочных высококачественных дощатых пластин 21, 22, так что переход между балками 1, 2 из клееной древесины и вкладышем 5 склеивается без дефектов. При необходимости можно располагать также несколько высококачественных дощатых пластин 21-23 в нижней зоне поперечного сечения, что может быть целесообразным для получения больших поперечных сечений балок.
Весь вкладыш может быть изготовлен из хвойной или лиственной древесины, древесного материала или другого пригодного для применения материала, так что обеспечивается не имеющее дефектов склеивание. Можно также встраивать вкладыш из подходящего материала в твердом или жидком виде с помощью опалубки. Кроме того, могут быть предусмотрены боковые усиления 29, которые схематично показаны штрихпунктирными линиями на фиг.8 на виде сбоку. Эти боковые усиления или усилительные пластины 29 могут состоять из шпона, фанеры или другого подходящего материала.
Высококачественная пластина может предпочтительно иметь толщину (высоту) от 30 до 60 мм, в частности, от 40 до 45 мм. Если балки 1, 2 должны быть изогнутыми, то в зависимости от радиуса кривизны пластины могут быть выполнены значительно тоньше. Так, высококачественная пластина и/или усилительная пластина, описание которой приведено ниже, могут иметь также толщину только до 6 мм. С другой стороны, толщина высококачественной и/или описываемой ниже усилительной пластины 28 может также иметь толщину, которая лежит между 1/6 и 1/4 или 1/3, а именно ±30%. Другими словами, толщина может лежать также между 1/8 и 1/2, а именно, каждый раз относительно высоты Н вкладыша 5.
Кроме того, может быть предусмотрена дополнительная усилительная пластина 28 на наружной или нижней стороне деревянного соединения. При этом в показанном на фиг.8 примере выполнения дополнительно к уже упомянутой высококачественной пластине 23 предусмотрена другая усилительная пластина 28, которая перекрывает как наружную или нижнюю сторону 21а, соответственно, 22а обеих высококачественных дощатых пластин 21 и 22 (каждый раз на нижней стороне обоих деревянных конструктивных элементов 1 и 2), так и высококачественную дощатую пластину 23 в зоне вкладыша 5. Другими словами, эта усилительная пластина 28 может быть предусмотрена в зависимости от того, предусмотрены ли указанные высококачественные дощатые пластины 21, 22 или 23 на деревянных конструктивных элементах 1 и 2, соответственно, на вкладыше 5, или не предусмотрены.
Эта упомянутая дополнительная усилительная пластина 28 может быть наклеена, в частности, в зоне перехода от вкладыша 5 к соответствующей балке 1, 2 из клееной древесины или же предпочтительно по всей длине балки. Эта усилительная пластина 28 может состоять из тех же материалов, из которых выполнены высококачественные дощатые пластины 21-23, как будет пояснено ниже.
Высококачественная дощатая пластина может состоять из не имеющей дефектов пластины с точечными сучками предпочтительно с диаметром до 5 мм, как схематично показано на фиг.9. Однако высококачественные дощатые пластины могут быть склеены также из несколько параллельно лежащих брусков в гибридную дощатую пластину, как схематично показано на фиг.10. Изготовление этих склеенных дощатых пластин можно осуществлять, с одной стороны, посредством продольного распиливания предварительно склеенного блока (см. фиг.11) или же посредством склеивания вместе отдельных деревянных брусков 280 (см. фиг.12). Гибридная дощатая пластина (см. фиг.10) подлежит изготовлению из не имеющей дефектов хвойной древесины, например, пихты белой или пихты или древесины лиственных пород. Следует следить за тем, чтобы обусловленные изготовлением клиновидные шипы были достаточно смещены. Кроме того, для высококачественной пластины можно использовать также твердую древесину или подходящие древесные материалы, такие как, например, шпон. Состоящая из нескольких пластин гибридная пластина согласно фиг.10 в соединенном с вкладышем 5 состоянии показана в изометрической проекции на фиг.13, при этом часть лежащего спереди вкладыша и состоящей из нескольких отдельных пластин гибридной пластины не изображены для наглядности показанной там плоскости Р разреза, и продленное соединение 5' посредством сращивания скошенных торцов показано лишь относительно проходящих направо других линий. Показанная в изометрической проекции на фиг.13 плоскость Р разреза показана также на фиг.8.
Упомянутая высококачественная пластина или высококачественная дощатая пластина, так же как дополнительная усилительная пластина 28, если она изготовлена из дерева, предпочтительно выполнена так, что волокна в этих пластинах ориентированы предпочтительно в продольном направлении L подлежащих соединению деревянных конструктивных элементов, по меньшей мере, приблизительно или, по меньшей мере, с большей составляющей в продольном направлении, чем поперечном направлении.
Ниже приводится пояснение изготовления улучшенного перехода между вкладышем и балками из клееной древесины, который в последующем называется также выбегающей зоной сращивания, которая лежит на удалении от соответствующих концов 3, соответственно, 4 балок.
Выбегающая зона E1, E2 сращивания, т.е. переход между вкладышем 5 и балками 1, 2 из клееной древесины, предпочтительно выполнена в виде склеивания по сплошной поверхности. Склеивание можно выполнять с приложением заданного давления сжатия в виде поперечного давления Q. Однако возможно также склеивание без приложения давления. Склеивание можно выполнять также в виде склеивания с прижиманием винтами. Для этого склеивание можно выполнять с использованием подходящих винтов. В качестве клея со свойствами заполнения швов можно использовать либо полученные поликонденсацией клеи (фенол-резорцин-формальдегид, резорцин-формальдегид), либо полученные ступенчатой полимеризацией клеи (эпоксид, полиуретан, метакрилат).
Чтобы в зоне Е1, соответственно, Е2 выбега и/или перехода сращивания между балками 1, 2 из клееной древесины и вкладышем обеспечить не имеющее дефектов склеивание, предпочтительно предварительно наклеивают подкладку 26 (т.е. пластинчатый вспомогательный слой предпочтительно также из дерева) на соответствующую обрабатываемую сторону балок 1 и 2 из клееной древесины, а также на наружную или нижнюю сторону 5а вкладыша 5, при этом эта подкладка 26 или дополнительный слой 26 перекрывают непосредственно выбегающий конец E1, E2 сращивания (см. фиг.14). Эта подкладка 26 может состоять из хвойной древесины, твердой древесины или древесного материала и подлежит наклеиванию на длине Lü на соответствующей наружной стороне 9, 10. После приклеивания закрывающий слой подлежит снятию с помощью строгания, спиливания или фрезерования вплоть до нижней кромки балки.
Применение подкладки 26 для изготовления особенно оптимального соединения между вкладышем 5 и балками 1, соответственно, 2 из клееной древесины в нижней зоне Е1, соответственно, Е2 выбега и/или перехода возможно также в том случае, когда на нижней стороне 5а вкладыша 5 и/или на нижней стороне 9, соответственно, 10 балок из клееной древесины наклеена упомянутая высококачественная дощатая пластина 23, соответственно, 21. В переходе высококачественных дощатых пластин тоже необходимо на образованном там конце выбега между вкладышем и деревянными конструктивными элементами выполнять как можно более оптимальное соединение по всей поверхности, поскольку здесь возникают наибольшие силы растяжения при изгибе.
Указанные выше примеры выполнения были пояснены для случая, когда в подлежащих соединению балках из клееной древесины соединяются друг с другом над вкладышем 5 соответствующие концы 3, 4 балок посредством универсального соединения 8 с помощью клиновидных шипов. Однако при подлежащей исключению переменной нагрузке на изгиб продольный стык в зоне сжатия при изгибе можно выполнять с отклонением от указанных выше примеров выполнения, т.е. с отклонением относительно зоны сжатия при изгибе. В приведенном выше описании при нагрузке на сжатии при изгибе в верхней зоне поперечного сечения предусмотрено универсальное соединение с помощью клиновидных шипов. Переход между балками 1, 2 из клееной древесины может быть удален в верхней половине высоты балки от верхней кромки балки до лежащего на нейтральной оси волокна, так что можно вводить с геометрическим замыканием упорную колодку 27 с помощью свинчивания и безусадочной наполнительной массы или строительного раствора, как показано в продольном разрезе на фиг.15. Упорная колодка выполнена из подходящего прочного на сжатие материала и ее можно ввинчивать или заливать в жидком виде с помощью опалубки.
На фиг.16 показан поперечный разрез перпендикулярно продольному направлению L подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины, при этом внизу показано соответствующее поперечное сечение вкладыша 5.
Этот пример выполнения относится к случаю, в котором вследствие переменных нагрузок на растяжение при изгибе соответствующая конструкция предусмотрена не только на нижней наружной стороне балок из клееной древесины, но и соответствующие выемки на противоположной на фиг.16 лежащей вверху стороне. Другими словами, дополнительно предусмотрено соответствующее соединение или подгонка другого вкладыша к лежащей сверху наружной стороне балок 1, 2 из клееной древесины, так что такая конструкция пригодна, прежде всего, тогда, когда соединенные так деревянные конструктивные элементы служат, например, в качестве вертикально ориентированной опоры, которая на обеих противоположно лежащих сторонах испытывает попеременную нагрузку на растяжение при изгибе и на сжатие при изгибе.
В показанном на фиг.17 соответствующем поперечном сечении показан дополнительно лишь тот случай, когда две балки 1, 2 из клееной древесины соединены друг с другом на своих концах 3, 4 в продольном направлении L, причем в этом примере выполнения на всех четырех наружных сторонах расположена соответствующая выемка, как пояснено на других примерах выполнения, и с соответствующим углом сращивания вклеен или отвержден вкладыш. В этом случае вкладыши должны в своих скорее треугольных или трапециевидных боковых зонах еще быть сужены к середине деревянного соединения, поскольку при квадратном или прямоугольном поперечном сечении подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины каждый вкладыш на своем боковом ограничении 5с должен соединяться с соответствующей стороной следующего, лежащего с поворотом на 90° вкладышем, и предпочтительно склеиваться здесь с этой боковой поверхностью соседнего следующего вкладыша.
Резюмируя, можно констатировать, что способ согласно изобретению может быть осуществлен и в других благоприятных вариантах выполнения, которые не являются предметом данного изобретения, в частности таких, как, например, приведенные ниже по отдельности или в комбинации, а именно, что
- выполненный из дерева вкладыш 5 склеивают в выемке с нижними сторонами 6, 7, по меньшей мере, двух подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины с помощью соединения посредством сращивания скошенных торцов, которое предпочтительно имеет величину наклона максимально до 1/5, предпочтительно максимально до 1/6, 1/8 или предпочтительно максимально до 1/10;
- в общую выемку А вклеивают с силовым замыканием вкладыш 5, предпочтительно из дерева, или вводят с применением текучего и/или формуемого материала, при необходимости с применением опалубки, в выемку А с образованием и/или затвердеванием вкладыша 5;
- используют предварительно изготовленный вкладыш 5, высота которого составляет, по меньшей мере, 1/6 высоты балок 1, 2 из клееной древесины;
- после соединения балок 1, 2 из клееной древесины возникшую при этом выемку А заполняют вкладышем 5 так, что основание вкладыша 5 прилегает заподлицо к нижней стороне 9, 10 балок 1, 2 из клееной древесины;
- в подлежащих соединению концах 3, 4 подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины выполняют выемки A1, A2 такой формы, что образующаяся при стыковке балок 1, 2 из клееной древесины общая выемка А имеет, по меньшей мере, приблизительно форму треугольника или трапеции, а именно, предпочтительно в плоскости симметрии ориентированной поперек продольного направления подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины;
- высококачественную дощатую пластину 2 3 на нижней или наружной стороне 5а вкладыша 5 соединяют с примыкающей высококачественной пластиной 21, 23, которая наклеена на наружной или нижней стороне 9, 10 примыкающей балки 1, 2 из клееной древесины, с помощью соединения посредством сращивания скошенных торцов, предпочтительно с наклоном максимально до 1/10.
- предпочтительно на нижней стороне 5а вкладыша 5 и нижних сторонах 9, 10 балок 1, 2 из клееной древесины или неподвижно соединенных с ними и склеенных высококачественных дощатых пластинах 23, 21, 22 закрепляют, предпочтительно приклеивают, усилительную пластину 28;
- используют высококачественную пластину 23, 21, 22 и/или усилительную пластину 28, которые при изогнутых на виде сбоку балках 1, 2 из клееной древесины имеют толщину до 6 мм и при проходящих на виде сбоку прямо балках 1, 2 из клееной древесины имеют толщину предпочтительно 30-60 мм, в частности, 40-45 мм;
- используют высококачественные пластины 23, 21, 22 и/или усилительную пластину 28, толщина которых предпочтительно соответствует 1/8-1/2, предпочтительно 1/6-1/3 высоты вкладыша;
- на противоположной вкладышу 5 стороне вводят с геометрическим замыканием упорную колодку 5 предпочтительно над нейтральной зоной сжатия/растяжения между подлежащими соединению концами 3, 4 балок 1, 2 из клееной древесины, предпочтительно вставляют, ввинчивают, вклеивают или с использованием опалубки заливают с применением текучих и/или затвердевающих материалов;
- используют или формируют вкладыш 5, который имеет толщину или поперечный размер QE, который соответствует поперечному размеру или толщине QE подлежащих соединению балок 1, 2 из клееной древесины.
Кроме того, несущая балка согласно изобретению может к тому же иметь и ряд других форм выполнения, которые характеризуются приведенными ниже признаками, используемыми как по отдельности, так и в различных комбинациях:
- обе балки 1, 2 из клееной древесины на своих нижних сторонах 6, 7 в зоне общей выемки А склеены с вкладышем 5c помощью соединения посредством сращивания скошенных торцов;
- вкладыш 5 является предварительно изготовленным вкладышем 5, предпочтительно из дерева, или изготовлен при необходимости с помощью опалубки с применением обрабатываемых и/или текучих или отверждаемых материалов;
- основание вкладыша 5 заканчивается заподлицо с нижней стороной балок 1, 2 из клееной древесины;
- на нижней или наружной стороне 5а, 9, 10 вкладыша 5, соответственно, соединенных балок 1, 2 из клееной древесины или установленных там сначала высококачественных дощатых пластинах 23, 21, 22 закреплена или приклеена дополнительная усилительная пластина 28, предпочтительно в виде высокопрочной усилительной пластины 28;
- высококачественная дощатая пластина 23 соединена с нижней и/или наружной стороной 5а вкладыша 5, а также высококачественные дощатые пластины 21, 22 соединены с нижними и/или наружными сторонами 9, 10 с помощью соединения посредством сращивания скошенными торцами;
- высококачественные дощатые пластины 23, 21, 22 и/или усилительная пластина 2 8 при изогнутых на виде сбоку балках 1, 2 из клееной древесины имеют толщину до 6 мм и при проходящих на виде сбоку прямо балках 1, 2 из клееной древесины имеют толщину предпочтительно 30-60 мм, в частности, 40-45 мм;
- высококачественные пластины 23, 21, 22 и/или усилительная пластина 28 имеют толщину от 1/8 до 1/2, предпочтительно от 1/6 до 1/3 высоты вкладыша 5;
- вкладыш 5 и/или, по меньшей мере, одна высококачественная дощатая пластина 23, 21, 22, и/или усилительная пластина 28 состоят из древесного материала, в частности, из предпочтительно не имеющей дефектов хвойной древесины и древесины лиственных пород или твердой древесины или шпона, или же могут содержать эти материалы.