Крепление для стропил кровли

Предлагаемое конструкторское решение относится к области строительства, а более конкретно, к элементам строительных конструкций кровли, а именно к соединению стропил кровли, которые опираются на силовую балку или на балку в коньке кровли. В частности может применяться для двускатных крыш или для крыш сложной конструкции  с плоскими или двускатными частями кровли. Кроме того, предложенная конструкция может применяться для длинно мерных балок, которые соединены между собой в средней части и требуют подвижности ее частей из-за включения в конструкцию здания демпфирующих устройств или подвижных частей, используемых, например, в противосейсмических элементах здания шпренгельных систем (ферм).
Наиболее частым применением предложенной конструкции являются конструкции балок и стропил в коньке здания, поскольку процесс усадки деревянных домов продолжается на протяжении всего срока эксплуатации, практически, всю жизнь дома, но  особенно интенсивно этот процесс происходит в течение первых нескольких лет эксплуатации. Поскольку данный процесс сопровождается изменением геометрии здания, и, прежде всего его кровли, необходимо учитывать изменение угла соединений отдельных частей балок здания, например, стропил, являющихся силовым основанием, поддерживающим настил кровли, т.е. учитывать в конструкции узлов, применяемых при закреплении стропил или балок между собой и крепления их в коньковой балке  или на силовой балке кровли.
Предлагаемый крепеж соединяет две стропилы в коньке кровли и «отслеживает» изменение угла наклона стропил, возникающее при усадке. «Отслеживание» производят за счет шарнирного соединения двух держателей стропил. Кроме того, этот узел можно использовать и в узлах соединения, например, между несущей балкой и основанием стены здания. Предложенная конструкция может быть использована как для деревянного бруса, так и для бруса, изготовленного из композитного или иного материала.
Из уровня техники известно изобретение «Узел соединения тонкостенных стальных профилей с помощью объемного фасонного элемента», патент RU 2616200, опубл.13.04.2017, МПК E04C 3/11, содержащий  объемный фасонный элемент, состоящий  из металлических пластин с отверстиями  под крепежные элементы для соединения  с раскосами. Изобретение позволяет повысить несущую способность шарнирно-стержневой конструкции из тонкостенных профилей и сократить расход материала балки. Предложен целый ряд фасонных элементов, позволяющих скрепить балки под разными углами, однако не позволяет решить задачу изменения угла соединения балок без утраты прочности соединительного узла.
Известно изобретение «Tornado and hurricane roof tie” (Стяжка крыши для соединения элементов в строительных конструкциях), патент  US2004163355, опубл.26.08.2004, МПК E04C 2/08, E 04B 1/28, стяжка снабжена  горизонтальным элементом, поддерживающим балку, пластиной для размещения ее на коньковой балке и стяжной муфтой с резьбовыми частями, позволяющая притягивать всю конструкцию балок (лаг), являющихся силовым основанием для всей поверхности кровли. Является экономичной системой стяжек,  проста в установке. Однако предложенная конструкция предназначена для организации «ураганной связи» на каждом стропиле, а также для создания прижимного усилия, направленного вниз, обеспечивающее надежное крепление между стропильной и потолочной частями кровли, позволяет удерживать кровлю при ветровых нагрузках. Однако не ставит задачи «отслеживания» изменения углов связей между потолочной и стропильной частями кровли и ее элементов. Стяжные муфты зажимают на расчетное усилие, которое необходимо в данной географической местности при возникновении расчетной ветровой нагрузки. Ее регулировка может происходить только во время монтажа здания.
Известно изобретение «Instant truss roof support system” ( Дополнительная управляющая скоба для крыши), патент US 4,381,635, опубл.03.05.1983, МПК E04C5/18, E04C3/17, содержащая стропильный крепежный элемент, гильзу,  седлообразный элемент и поворотный элемент для соединения гильзы и седла.  Обеспечивает быстрое и экономичное средство вертикальной ориентации шпильки квадратного сечения между наклонной стропильной крышей и горизонтально расположенной потолочной балкой. Достигается возможность усиления конструкции по структурной прочности стропил крыши при их ослаблении в результате старения и износа. Однако при старении (или при монтаже для регулировки угла соединения) надо сдвигать вручную стропила вдоль соединительного элемента до упора  чтобы выровнять балки, более того, зажатый крепежный элемент не во всеъх случаях позволяет движение стропил между собой. Кроме того, втулочные элементы закреплены осями между соединительным элементом и лагой, а седловые элементы загибают непосредственно на потолочной балке, что невозможно выполнить одному человеку. Кроме того, монтаж креплений частей узла   нельзя сделать на земле до монтажа стропил, что требует привлечения нескольких человек.
Наиболее близким является полезная модель «Строительный несущий элемент», патент RU 138 723, опубл.20.03.2014, МПК E04C 3/28, содержащий средства крепления балки их металлических пластин, соединительные  фиксирующие узлы,  содержащие две втулки, причем втулки вставлены друг в друга,  и крепежные элементы к балке и несущей стене. Позволяет  повысить прочность конструкции. Однако предназначена для стропильных конструкций стеклянных крыш и конструкциях зенитных фонарей и решает задачу обеспечения светопропускания. Втулки не позволяют изменяться углу соединения в процессе эксплуатации, что может вызвать разрушение балки в местах соединения за счет наличия концентраторов напряжения при изменении геометрии балки в процессе эксплуатации.
На практике известны конструкции, в которых старались решить задачу изменения угла соединения стропил непосредственно  при монтаже крыши и при изменении угла в процессе эксплуатации здания.
Так в настоящее время стропилы в коньке соединяют или при помощи 4-х пластин, соединенных 3-мя болтами,  или соединением стропил,  запиленных вчетверть и посаженных на шпильку.
Такая конструкция показана на сайте https://rooffs.ru/stropilnye-sistemy/stropila/skolzyaschaya-opora.html. В этой конструкции используют  скользящие опоры. Назначением скользящих опор является их прикрепление к мауэрлату (коньковой балке)  во время строительства бревенчатых и брусовых домов. Применяемые перфорированные элементы подтвердили свою эффективность, так как  скользящий способ крепления предупреждает зависание кровельной конструкции и распирание стен деревянной постройки. Однако, поскольку в  результате усадки стропильной системы строения из дерева происходит ослабление конструкции, возможны значительные перекосы, поэтому изготовленные с использованием скользящих опор плавающие стропила не всегда решают эту проблему. Составными частями этих крепежных элементов являются металлический кронштейн и уголок с петлей. Опора позволяет перемещаться лаге вдоль этой опоры без перекашивавший, однако не обеспечивает надежное крепление лаг между собой в коньке, поскольку при скольжении лаги (стропилы) происходит изменение угла соединения стропил и выламывание узла крепления. Чтобы преодолеть разрушение узла крепления стропил в коньке на земле перед монтажом, к стропилам с обеих сторон закрепляют пластины, выступающие за концы стропил с отверстиями и все четыре пластины при монтаже скрепляются шпилькой, которая завинчивается и закрепляется гайкой непосредственно при монтаже стропил  на коньковой балке. Однако гайки зажимают с большим усилием и выламывание крепеления они не исключают.  Данный способ труден, не позволяет выверить длины пластин при их закреплении на стропиле, что приводит к подгонке отверстий под шпильку непосредственно на крыше при монтаже стропил. Если затянуть гайку со стопором со  слишком большим усилием, при изменении угла между стропилами все — равно будет происходит выламывание крепления и отсутствие «отслеживания» изменения угла при эксплуатации здания.
Попытки использовать конструкцию узла  крепления стропил  в коньке,  как показано на странице сайта        http://lenkomplekt.ru/catalog/krepyezh_3d/konkovyy_kronshteyn_otsinkovannyy/ также плохо решает поставленную задачу, поскольку не избавляет строителей от подгонки всех деталей узла непосредственно на крыше при монтаже стропил. В использованном коньковом кронштейне, выполненном как перфорированное крепежное изделие для монтажа кровли,  использованный шарнирный элемент для сложных кровельных систем, хотя и позволяет  при осадке здания сохранить стропильную конструкцию дома в результате «отслеживания» изменения угла между стропилами, что позволяет избежать деформации несущих стен и кровли, однако не позволяет части этого узла смонтировать на стропиле на земле, перед монтажом, а потом легко, без подгонки, собрать узел  на коньковой балке. Необходимость подгонки по месту шарнирного элемента, а также крепление всего узла наверху, в неудобном положении, существенно ухудшает надежность и работоспособность всего узла соединения стропил. Кроме того, не позволяет применить этот узел для длинно мерных балок, которые соединены между собой в средней части и требуют подвижности ее частей из — за включения в конструкцию здания демпфирующих устройств.
Предложенное техническое решение крепления  для  стропил всех типов, например, в коньке   двускатной кровли или кровли со сложными кровельными системами, позволяет достичь следующего технического результата:
- упрощение процесса соединения стропил с повышением надежности узла крепления при монтаже здания, а также не нужно торцевать/запиливать стропила при сборке или подгонять соединительные планки по месту во время монтажа;
Данный технический результат достигается следующим образом:
Крепление  для  стропил  кровли, состоящее из узла крепления, содержащего  пластины для их  расположения с одной и с другой стороны лаги, например, стропилы или балки, в виде фиксирующих щек с отверстиями под крепежные элементы, например, винты или шурупы,  и соединительный  фиксирующий узел для  соединения балок, например, стропил, между собой, снабженный  втулками, вставленными друг в друга.
Новым является то, что отличает предложенную конструкцию узла крепления это:
крепление используют для стропил, которые располагают на опорной балке крыши, узел крепления  состоит  из двух  разъемных частей с возможностью их отсоединения друг от друга, каждая часть узла крепления снабжена фиксирующими щеками соответственно, каждая часть узла крепления выполнена с возможностью размещения ее на конце  скрепляемой стропилы соответственно, обеспечивая крепление фиксирующими щеками соответствующей стропилы по боковым поверхностям  со стороны конца, обращенного к  опорной балке, и каждая часть узла крепления  снабжена дополнительной пластиной для поддерживания  соответствующей стропилы снизу. Соединительный фиксирующий узел выполнен разборным и снабжен втулками, жестко соединенными с каждой частью узла крепления соответственно, причем на одной части узла крепления втулка выполнена разрезной в поперечном направлении, а в другой части узла крепления втулка выполнена цилиндрической,   и втулки обеих частей узла крепления выполнены с возможностью соосного расположения относительно друг друга с образованием единой внутренней поверхности с  продетой сквозь нее продольной подвижной осью, снабженной в осевом направлении крепежным элементом, например, с возможностью разборки этого элемента. В частном случае крепление для  стропил  кровли снабжено цилиндрической втулкой соединительного фиксирующего узла, которая  дополнительно  снабжена отверстием, проходящим в вертикальном направлении через ее центр, а  продольная ось снабжена в осевом направлении эллипсообразной  прорезью, образующей соединительный фиксирующий узел, который  в сборе с разрезной  втулкой обеспечивает крепление  опорной балки в вертикальном направлении посредством крепежного элемента, продетого через вертикальное отверстие цилиндрической втулки. Наиболее часто крепление для  стропил  кровли используют на коньковой балке двускатной части кровли.
Предложенная конструкция крепления поясняется чертежами, которые не отражают всех возможных вариантов исполнения крепления.
На Фиг. 1 — Показано  крепление  для стропил в сборе: а) в продольном направлении; б) в поперечном направлении
На Фиг. 2 — показана разъемная  часть узла крепления с разрезной втулкой: а) втулка выполнена из цельного листа дополнительной поддерживающей пластины путем гибки; б) поперечное сечение коробчатого сечения ; в) показана развертка;
На Фиг. 3 — показана разъемная часть узла крепления с цилиндрической втулкой: показана развертка;
На Фиг. 4 — показано поперечное сечение А-А соединительного узла: а) разборного; б) не разборного за счет заклепки;
На Фиг. 5 — показан  узел крепления, зафиксированный вертикальным элементом крепления на коньковой балке;
Конструкция крепления  для  стропил  кровли выполнена следующим образом. Узел крепления (1)  содержит  расположенные с одной и с другой стороны лаги, например, стропилы или балки (2)  фиксирующие щеки  (3 и 4) с отверстиями (5) под крепежные элементы (6), например, винты или шурупы,  и соединительный  фиксирующий узел (7) для  соединения балок, например, стропил, между собой. Соединительный фиксирующий узел (7) снабжен разрезной втулкой (8) и цилиндрической втулкой (9), которые вставлены друг в друга.  Стропила (2) располагают на опорной балке (10) крыши (см. Фиг 5). Разъемная часть (11) с разрезной втулкой (8) соединена с разъемной частью (12) с цилиндрической втулкой (9) соединены между собой соединительным фиксирующим узлом (7). Каждая разъемная часть имеет фиксирующие щеки (3 и 4), которые перед монтажом стропил на коньковой или опорной балке (10),  закреплены через отверстия (5) по обе стороны стропилы (2) крепежным элементом (6) таким образом, чтобы дополнительная пластина (13) поддерживала  соответствующую стропилу (2) снизу. Разъемные части (11 и 12)  могут быть выполнены путем гибки стального листа, например, 1;1,5;2 или 3 мм толщиной. Тогда фиксирующие щеки (3 и 4) и дополнительная пластина ( 13) в каждой разъемной части (11 или 12) могут образовывать в месте крепления их к стропиле коробчатое сечение (см. Фиг. 2б). При этом дополнительная пластина (13) должна выступать за срез этого коробчатого сечения для возможности соединения обеих разъемных частей (11 и 12) посредством соединительного  фиксирующего узла (7). Фиксирующие щеки (3 и 4) могут быть выполнены различной конфигурации, например, в виде прямоугольника или трапеции, в зависимости от нагрузок и конфигурации стропилы (2).  Разъемные части (11 и 12) также могут быть выполнены сварными или фиксирующие щеки (3 и 4) с дополнительной пластиной (13) могут быть скреплены любым известным способом, например, на заклепках или с помощью болтового соединения. В частном случае, фиксирующие щеки (3 и 4) могут быть выполнены в виде направляющих полос, которые расположены на дополнительной пластине (13) по ее краям как единое целое.
Каждая часть (11 или 12) узла крепления (1) закреплены на конце соответствующей скрепляемой стропилы (2) со стороны конца, обращенного к  опорной балке (10).  Фиксирующие щеки (11 и 12) закреплены по боковым поверхностям стропилы и  обеспечивают отсутствие разворота стропилы вокруг продольной оси крепления, а   дополнительная пластина (13) обеспечивает соединение стропил между собой на опорной (коньковой) балке (10) с образованием расчетного угла между стропилами и прилегание стропил к лагам.
Соединительный фиксирующий узел (7)  выполнен разборным. Это достигается за счет того, что каждая дополнительная пластина (13) каждой разъемной части (11 или 12) соединена  с другой дополнительной пластиной (13) посредством  втулок -  разрезной втулки (8) и цилиндрической втулки (9), которые вставлены одна в другую и соединены осью (14).  Втулки (8 и 9) обеих частей узла крепления (1) выполнены с возможностью соосного расположения относительно друг друга с образованием единой внутренней поверхности «с» (см. Фиг. 4). Ось (14) продевают через втулки (8 и 9) и закрепляют в осевом направлении крепежным элементом (15).  Ось (14) может быть выполнена гладкой цилиндрической с буртом с одной стороны и, например, с канавкой под шпонку, с помощью которой ось (14) закреплена в осевом направлении. В частном варианте исполнения в осевом направлении ось закрепляют, например, заклепкой. В другом варианте исполнения ось (14) может быть выполнена в виде шпильки с гладкой поверхностью в центральной части и с резьбой на обоих концах. В осевом направлении шпилька может быть закреплена, например, гайкой и контргайкой. При этом ось (14) свободно проворачивается во втулках (8 и 9). Для отсутствия сдвига закрепленных стропил (2) вдоль коньковой балки (10) в цилиндрической втулке (9) может быть предусмотрено сквозное вертикальное отверстие (16). При этом в оси (14) также может быть предусмотрено вертикальное отверстие (17), которое соосно с вертикальным отверстием цилиндрической втулки (9). Через эти отверстия узел крепления (1) с закрепленными в нем стропилами (2)  продевают, например, шпильку (18), которую врезают вертикально в коньковую балку (10).  Отсутствие сдвига закрепленных стропил (2)  вдоль коньковой балки (10) помещают на лагах или балке по обеим сторонам стропил либо путем крепления узла (1) посредством шпилек, продетых через разрезную втулку (8). В этом случае на оси (14) выполняют два отверстия по бокам и совмещают их с двумя отверстиями в разрезной втулке (8).
Конструкция работает следующим образом. Перед началом монтажа стропил (2) на каждую стропилу закрепляют фиксирующие щеки  (3 и 4) на боковые поверхности стропил с помощью крепежных элементов (6), например,  с помощью саморезов через отверстия (5).  При этом дополнительная пластина (13) узла крепления (1) на одной стропиле имеет  разрезную втулку ( 8), а дополнительная пластина (13) узла крепления (1) на другой стропиле имеет цилиндрическую втулку (9) и дополнительные пластины (13) со втулками выступают за срез стропилы (2). Далее стропилы поднимают и устанавливают на коньковую балку (10), заводят втулки (8) и (9) одна в другую таким образом, чтобы образовалось единая цилиндрическая внутренняя поверхность «с» при совмещении их продольных осей и заводят ось (14), образуя соединительный фиксирующий узел (7).  На другом, выступающем конце оси (14) устанавливают крепежный элемент (15), например, накручивают гайку или устанавливают шпонку. Причем операцию соединения разъемной части (11)  с разъемной частью (12) может осуществлять одни человек, так как стропила уже лежат на коньковой балке (10) и на остальных лагах обрешетки крыши, передавая основной вес на них. При необходимости, заводят в  сквозное вертикальное отверстие (16) и отверстие (17) шпильку (18), которую врезают вертикально в коньковую балку (10). В качестве варианта сборки  стропила (2) могут заводить перед их креплением между собой в скользящие опоры, а потом собирать соединительный фиксирующий узел (7). Таким образом стропила (2) надежно закрепляют на коньковой балке (10) и скрепляют их между собой под нужным углом. Угол  β  может быть от нескольких градусов до 180 градусов. Минимальный угол ограничен только конструкцией  фиксирующих щек (3 и 4), например если требуется использовать предложенное крепление для соединения длинномерных балок, которые соединены между собой в средней части и требуют подвижности ее частей из — за включения в конструкцию здания демпфирующих устройств. В этом случае возможен вариант изготовления фиксирующих щек (3 и 4) в виде направляющих полос, которые расположены на дополнительной пластине (13) по ее краям и фактически являются ребрами самой дополнительной пластины (13). Такое соединение может быть использовано в подвижных частях, например, противо - сейсмических элементов здания для шпренгерных систем (ферм). За счет того, что ось (14) подвижна относительно втулок (8) и (9), угол  β в процессе эксплуатации здания может меняться, отслеживая изменение угла наклона стропил, возникающее при усадке или сотрясении здания. При отслеживании изменения угла предпочтительно, чтобы второй конец стропил был закреплен в скользящих опорах.
Крепеж  по-существу представляет собой две части узла крепления (1), неразрывно связанные между собой и удерживающие брус или лаги или стропила, соединенных «в шарнир».
В другом варианте работы предложенного крепления полностью собранное крепление с двумя частями узла крепления (1) собирается перед монтажом непосредственно на строительной площадке или поставляется в сборе поставщиком крепления. После этого перед монтажом или непосредственно при монтаже, лаги, с закрепленными на них фиксирующими щеками (3 и4) поднимают на конек крыши и уже там закрепляют их на коньковой балке. В этом случае соединительный фиксирующий узел (7) возможно выполнять неразъемным.
В третьем варианте соединительный фиксирующий узел (7) закрепляют на коньковой балке и уже затем размещают и фиксируют между поддерживающими щеками  соединяемые на коньке лаги.
Таким образом, достигается  упрощение процесса соединения стропил с повышением надежности узла крепления при монтаже здания за счет того, что  не нужно точно торцевать/запиливать стропила при сборке или подгонять соединительные планки по месту во время монтажа; Кроме того,  закрепление стропил в коньке может производить один рабочий, т.к. после установки конца стропила в держатель бруса или коньковой балки, стропила «самостоятельно» держатся до момента их соединения шпилькой с этим держателем бруса.