СОЕДИНЕНИЕ ПО ДЛИНЕ ТОРЦЕВЫХ ОТРЕЗКОВ БРЕВЕН И БРУСЬЕВ

Предложение относится к деревообработке и строительству, в частности - к деревянному домостроению с использованием бревен (в том числе и оцилиндрованных) и брусьев. Порядок изготовления брусовых и бревенчатых домов подробно изложен в [Крейндлин Л.Н. Столярные, плотничные и паркетные работы. М., Высшая школа, 1989, Глава X1], где подробно описан процесс изготовления деревянного дома, в т.ч. и способы стыковки бревен и брусьев по длине.
Для деревянного домостроения используются стандартные бревна и брусья длиной 6 м. Однако номенклатура деталей дома по длине достаточно широка - от 2 до 10 и более м. В производственных условиях при расторцовке бревен и брусьев на детали образуется значительное количество торцовых отрезков длиной 1-1,5 м, не используемых при дальнейшем изготовлении элементов домов и идущих, как правило, на дрова, что экономически и экологически нецелесообразно. На настоящий момент отсутствуют технологии рационального использования таких отрезков для домостроения.
Существует ряд видов технологии соединения деталей из древесины по длине (сращивание) [Прохоров В.А. Оборудование для клеильно-сборочных работ. М., Лесн. пром-сть, 1966, с. 66-69]: торцовое, на «ус», зубчатое и ступенчатое.
Наиболее прочным является клеевое соединение на зубчатый клиновой шип, применяемое для сращивания брусков окон, дверей и других строительных элементов. Это объясняется технологичностью такого соединения, относительно небольшими потерями древесины при зарезке зубчатых шипов, удобством механизации и автоматизации процесса сращивания. В среднем прочность таких брусков составляет: при растяжении вдоль волокон 45-60%, при статическом изгибе 55-70%, при сжатии вдоль волокон 80-95% по сравнению с прочностью брусков из здоровой цельной древесины. Сращивание по длине на зубчатый шип рекомендовано для пиломатериалов в диапазоне толщин 19-85 мм [Прохоров В.А. Оборудование для клеильно-сборочных работ. М., Лесн. пром-сть, 1966, с.66-69] и принято в качестве ближайшего аналога: - соединение по длине отрезков бревен и брусьев, содержащее на торцах отрезков состыкованные поверхности в виде зубчатого шипового соединения, выполненные с возможностью их стыковки на клею при осевой опрессовке.
Детали из древесины, стыкованные на зубчатый шип, применяют в основном в изделиях, не несущих значительной силовой нагрузки на растяжение и изгиб. Для бревен и брусьев, погрузка, транспортировка и монтаж которых осуществляется с помощью крана, такой вид соединения даже на длинные шипы (35-50 мм) оказывается недостаточно прочным, что приводит к его разрушению, особенно если шиповое соединение приходится на зону ближе к середине длины бревна или бруса.
Как правило, клееные брусья для домостроения склеиваются по пласти нескольких ранее склеенных по торцам на шиповое соединение досок, где места склейки отдельных досок по торцам разбросаны по длине бруса случайным образом, что обеспечивает их высокую прочность.
Из анализа состояния вопроса следует, что в деревообработке нет технологий торцевого сращивания по длине бревен и брусьев размерами в сечении по толщине более 150 мм, применяемых в деревянном домостроении.
Задачей предложенного решения является повышение прочности соединения по длине торцовых отрезков за счет усиления его несущей силовой способности вследствие усиления периферийной части соединения вклеенными деревянными шпонками.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в соединении по длине отрезков бревен и брусьев для деталей домостроения, включающем создание на торцах соединяемых отрезков стыковочных поверхностей в виде зубчатого шипового соединения с последующей их стыковкой на клею, на наружных продольных поверхностях стыкуемых отрезков сформированы продольные пазы, в которые вставлены на клею деревянные шпонки, имеющие ту же форму, что продольные пазы (например, «ласточкин хвост»).
Техническая сущность предложенного решения заключается в том, что соединение по длине отрезков бревен и брусьев для деталей домостроения включает создание на торцах соединяемых отрезков стыковочных поверхностей в виде клинового зубчатого шипового соединения с последующей их стыковкой на клею, формирование на продольных поверхностях стыкуемых отрезков продольных пазов, имеющих форму «ласточкин хвост», в которые при сборке соединения на клею вставлены деревянные шпонки со скругленными торцами, имеющие в поперечном сечении ту же форму, что продольные пазы.
Из теории «Сопротивления материалов» известно, что в подобном случае нагружения балки (бревна, бруса) основную нагрузку воспринимает ее внешняя, периферийная часть. В нашем случае шпонки служат дополнительными элементами, воспринимающими в бревне (брусе) нагрузки на изгиб и растяжение, а шиповое соединение, воспринимая часть нагрузки, в основном, защищает стык от продувания.
На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого соединения. По торцам двух отрезков 1 и 2 выполнены клиновые зубчатые шипы 3. Затем вдоль оси отрезков с их торцевых сторон фрезой «ласточкин хвост» по всем четырем наружным граням 4 отрезков выбирается ряд пазов 5, в которые на клею вставляются шпонки 6, имеющие ту же форму и размеры, что и выполненные ранее пазы. Клей одновременно наносится и на поверхности зубчатых шипов. Далее отрезки 1 и 2 прижимаются друг к другу в осевом направлении, выдерживаясь до полимеризации клея.
Соединение выполняется следующим образом. Соединяемые отрезки торцуются под прямым углом круглой пилой и поступают на фрезерный агрегат, который со стороны стыкуемых торцов с помощью фрезы типа «ласточкин хвост» на каждой из четырех наружных сторон соединяемых отрезков выполняется продольный паз. Затем на шипорезном станке по торцам отрезков формируются зубчатые клиновые шипы, на которые наносится клей. Клей наносится также на внутренние поверхности пазов «ласточкин хвост». В пазы одного из отрезков вставляются изготовленные заранее шпонки, далее подводится другой отрезок, шпонки заправляются в его пазы и отрезки обжимаются в осевом направлении до стыковки между собой и полимеризации клея. В качестве материала шпонок предлагается, как вариант, использование древесины бука влажностью ниже влажности сращиваемых отрезков. Достигая эксплуатационной влажности (впитывая влагу из соседних элементов), шпонки разбухают, исключая зазоры в соединении, увеличивая тем самым прочность стыка.
Таким образом, заявляемое решение позволяет соединять по длине отрезки бревен и брусьев толщиной 150 мм и более для домостроения при повышении прочности соединения на изгиб и растяжение.