ЖЁСТКИЙ УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ВКЛЕЕННЫХ ШАЙБАХ И СТАЛЬНЫХ НАКЛАДКАХ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве жесткого узлового соединения клееных деревянных элементов в балочных конструкциях.
Балочная конструкция может применяться в качестве покрытия или перекрытия здания или сооружения и состоит из несущих балок, расположенных в плоскости покрытия под разными углами друг к другу. Особую сложность при проектировании и изготовлении балочных конструкций представляют узлы сопряжения балок, которые предпочтительно выполнять жесткими, что придает балочной структуре пространственную работу и уменьшает ее деформативность.
Известен узел сопряжения дощатоклееных элементов балочной конструкции посредством крестообразных накладок и прокладок, расположенных в пропилах соединяемых элементов (Дмитриев П.А. «Деревянные балки и балочные клетки», 1989 г. С.127, рис.6.3), включающий стальные цилиндрические нагели, забитые в просверленные в древесине и одновременно в прокладках отверстия. Длины прокладок изменяются с изменением воспринимаемых ими растягивающих усилий. Однако нет гарантии равномерного включения сечений сходящихся в узле элементов в работу на изгиб и равномерного распределения поперечных усилий между накладками и прокладками.
Недостатком известного аналога является его трудоемкость изготовления, при сборке такого узла велика вероятность несовпадения отверстий в металлических прокладках и накладках с отверстиями в древесине. Кроме того, нагельное соединение является податливым, что снижает несущую способность и жесткость всего узла, а следовательно, и ограничивает область применения данного аналога по величине пролетов балок и действующим нагрузкам.
Также известен узел сопряжения элементов на вклеенных стержнях и стальных накладках (Шмидт А.Б., Дмитриев П.А. «Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры», 2001 г. С.197), включающий стальные накладки, расположенные по сжатым и растянутым граням балок и снабженные приваренными к ним и вклеенными в древесину под углом 30° стержнями. Помимо наклонных стержней у торцов элементов поперек волокон вклеены дополнительные стержни, также соединяемые с накладками. Сборка узла произведена с постановкой дополнительных монтажных накладок, приваренных к накладкам стыкуемых элементов.
Недостатком описанного аналога является его высокая металлоемкость, технологическая сложность исполнения и большое количество сварных швов.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение области применения балочных конструкций из клееной древесины, повышение несущей способности узлов соединения элементов в балочной конструкции, увеличении ее жесткости и уменьшении деформативности, обеспечение технологичности сборки узлов.
Для решения поставленной задачи, жесткий узел сопряжения элементов балочной конструкции включает сопрягаемые под углом клееные деревянные балочные элементы прямоугольного поперечного сечения с предварительно высверленными на верхней и нижней поверхностях балок вблизи места сопряжения круглыми гнездами диаметром на 2 мм больше диаметра вклеиваемой шайбы и глубиной равной толщине шайбы. Кроме того, по центру выбранных круглых гнезд высверлены сквозные отверстия под болты, так чтобы болты не упирались в древесину и не создавали в ней напряжения. Новым является то, что стальные шайбы вклеены в тело деревянных балок путем заполнения гнезда клеевой композицией на основе эпоксидной или фенол-резорциновой смолы. Соединение балок в узле произведено посредством крестообразных накладок, расположенных по верхней и нижней граням балок, и имеющих отверстия под болты, которые отрихтованы в соответствии с месторасположением центровых отверстий вклеенных шайб и сквозных отверстий в древесине балок, после чего в отверстия вставлены болты, с помощью которых путем завинчивания на них гаек обеспечена плотность соединения элементов и монолитность всего узла. Размеры накладок определены согласно правилам расстановки шайб: удаление шайб друг от друга и расстояние от края балочного элемента до центра шайбы равно трем диаметрам шайбы, расстояние от края металлической накладки до центра шайбы равно диаметру шайбы, ширина накладки равна ширине балочного элемента.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что вклеенные шайбы передают усилия на древесину преимущественно через напряжения смятия, которые перераспределяются на большую площадь, чем сама шайба, что приводит к снижению локальных напряжений смятия и скалывания и как следствие к увеличению несущей способности соединения.
Поскольку вклеенные стальные шайбы обладают повышенной несущей способностью по сравнению с несущей способностью соединения на болтах или нагелях, то для восприятия усилий в узлах балочной конструкции требуется установка значительно меньшего количества рабочих связей, что приводит к максимально эффективному использованию материала, т.е. сочетанию минимизации материалоемкости балочной конструкции при повышенной несущей способности узлов.
Введение клеевой композиции в кольцевое гнездо позволяет быстро и полно включиться в работу металлической шайбе и исключить начальные деформации, кроме того она способствует локальному упрочнению древесины по периметру шайбы и монолитному соединению шайбы с древесиной. Наличие монолитного соединения древесины с вклеенной шайбой существенно снижает податливость соединения элементов в балочной конструкции, т.е. способствует повышению жесткости всего перекрытия.
Наличие вклеенных металлических шайб в качестве рабочих связей, металлических накладок, установленных лишь сверху и снизу узла, а также соединительных болтов, упрощает сборку узла.
Возможность применения узлов с повышенной несущей способностью, более жестких, менее деформативных и простых в сборке, расширяет область применения балочных конструкций из клееной древесины
Полезная модель поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
На фиг.1 изображен изометрический вид жесткого узла сопряжения элементов балочных конструкций на вклеенных шайбах и стальных накладках
На фиг.2 вид сверху на фиг.1
На фиг.3 вид А на фиг.2
Изготовление жесткого узла осуществляется следующим образом.
В каждом из четырех клееных деревянных балочных элементов 1 прямоугольного поперечного сечения в месте сопряжения элементов в узле спиливают торцы под углом 45° и высверливают гнезда на верхней и нижней поверхностях балок вблизи места сопряжения диаметром на 2 мм больше диаметра вклеиваемой шайбы 3 и глубиной равной толщине шайбы 3. Количество вклеиваемых шайб 3 в каждом балочном элементе узла определяют расчетом в зависимости от возникающих в узле усилий. По центру выбранных круглых гнезд сверлят сквозные отверстия под болты А.
Гнезда, расположенные на верхней поверхности балок 1, заполняют клеевой композицией на основе эпоксидной или фенол-резорциновой смолы и затем в них укладывают круглые стальные шайбы 3, имеющие центровые отверстия под болты 4. Для отверждения клеевой композиции балочные элементы 1 выдерживают 2 суток. Затем балочные элементы 1 переворачивают и вклеивают шайбы 3 в гнезда, расположенные на нижней поверхности.
Производят окончательную сборку узлового соединения. Готовые клееные балочные элементы 1 с вклеенными шайбами 3 состыкуют посредством металлических деталей 2, располагаемых по верхней и нижней граням балок. В отверстия пропускают болты 4 и закручивают гайками 5.
В процессе восприятия узлом конструктивных нагрузок его элементы и вклеенные шайбы 3 обеспечивают работу всего балочного перекрытия как единого целого.
Кроме того, варьируя количество шайб в составе конструкции узла, можно варьировать несущую способность балочной конструкции перекрытия.