L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Узел соединения стеновых панелей и плит перекрытия из CLT с применением металлических накладок и клееввинченных шурупов
| Название | Узел соединения стеновых панелей и плит перекрытия из CLT с применением металлических накладок и клееввинченных шурупов |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Дежин Максим Александрович, Ибрагимов Александр Майорович |
| Вид объекта патентного права | Полезная модель |
| Регистрационный номер | 221814 |
| Дата регистрации | 23.11.2023 |
| Правообладатель | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) |
| Область применения (класс МПК) | E04B 1/38 (2006.01) |
Описание изобретения
Полезная модель относится к строительству и может быть использована при соединении деревянных конструктивных элементов. Разработанное соединение состоит из соединяемых элементов (стеновой панели и плиты перекрытия из CLT) и соединительных элементов (двух накладок (одной с шипом, другой - с пазом). Поперечные сечения шипа и паза имеют форму ласточкина хвоста и расширяются в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению, при этом накладки прикреплены к стеновой панели и плите перекрытия из CLT с помощью клееввинченных шурупов, между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и деревянным элементом присутствует клеевой слой из эпоксидной смолы и отвердителя, на сторонах металлических накладок, прикрепленных к деревянным элементам, выполнены насечки, длина шурупов, ввинченных в накладку с пазом, больше длины шурупов, ввинченных в накладку с шипом, все отверстия под шурупы размещены под углом 90° к поверхности накладки, в которую завинчены шурупы, поперечные сечения шипа и паза накладок имеют большую степень расширения в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению, отсутствует контакт шипа и паза накладок в нижних их частях. Разработка выполнена с использованием оборудования Головного регионального Центра коллективного пользования научным оборудованием и установками (ГР ЦКП) НИУ МГСУ.
Настоящая полезная модель относится к строительству и может быть использована при соединении деревянных конструктивных элементов.
Из существующего уровня техники известно приспособление для соединения деревянных элементов [US 10655320 B2, опубл. 19.05.2020], состоящее из цельного соединительного элемента в формы уголка, который крепится к деревянным элементам с помощью гвоздей или шурупов. При этом в полке уголка, которая крепится к стеновой панели, просверлены отверстия одинакового диаметра вразбежку, а в полке, крепящейся к панели перекрытия, дополнительно просверлены отверстия большего диаметра, предназначенные для шурупов, завинчиваемых в перекрытие под углом около 75 градусов.
Недостатком данного технического решения является то, что приведенная конструкция соединительного элемента создает сложности при монтаже плиты перекрытия, ее необходимо вывешивать, далее монтажник без обеспечения безопасных условий труда должен закреплять перекрытие к стенам. Также к недостатку можно отнести открытый способ разработанного соединения деревянных элементов. Этот приводит к снижению огнестойкости соединения и его эстетических параметров.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является приспособление для соединения стеновой панели и плиты перекрытия из CLT [www.sherpa-connector.com], состоящее из стеновой панели из CLT, плиты перекрытия из CLT и двух алюминиевых накладок, соединенных по принципу «ласточкин хвост». При этом часть шурупов для крепления накладок к деревянным элементам размещена горизонтально (под углом 90° к поверхности накладки, в которой выполнены отверстия), а часть - наклонно (под углом α=52,5° к поверхности накладки, в которой выполнены отверстия).
Недостатком данного технического решения является то, что соединение является податливым, длина шурупов, ввинчиваемых в накладки с шипом и с пазом, одинакова, несмотря на разные значения усилий на выдергивание шурупов, крепящих накладки к деревянным элементам вдоль и поперек волокон древесины, в накладках присутствуют наклонные отверстия под шурупы, что усложняет изготовление накладок, процесс ввинчивания шурупов в деревянные элементы и сильно снижает возможность обеспечения плотного контакта головки шурупа и зенкованной поверхности отверстия в накладке под шурупы. Также из-за незначительной степени расширения шипа и паза накладок в продольном направлении приложения нагрузки к соединению и наличия контакта шипа и паза накладок в нижних их частях не обеспечивается необходимое равномерное распределение передаваемых усилий по длине боковых граней шипа и паза, возникающих при нагружении соединения, как следствие, в нижней части шипа и паза на малой площади образуется место концентрации напряжений, в результате чего происходит смятие накладок в этом месте, увеличение нагрузки на верхние шурупы и снижение несущей способности соединения в целом.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение несущей способности и снижение деформативности соединений стеновых панелей и плит перекрытия из CLT.
Данная задача решается за счет того, что узел соединения состоит из стеновой панели и плиты перекрытия из CLT, соединенных с помощью расположенных на них двух металлических накладок, одной с шипом, другой с пазом, поперечные сечения шипа и паза которых имеют форму ласточкина хвоста и расширяются в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению, при этом
накладки крепятся к стеновой панели и плите перекрытия из CLT с помощью клееввинченных шурупов,
между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и деревянным элементом присутствует клеевой слой из эпоксидной смолы и отвердителя,
на сторонах металлических накладок, прикрепленных к деревянным элементам, выполнены насечки,
длина шурупов, ввинченных в накладку с пазом, больше длины шурупов, ввинченных в накладку с шипом,
все отверстия под шурупы размещены под углом 90° к поверхности накладки, в которую завинчены шурупы,
поперечные сечения шипа и паза накладок имеют большую степень расширения в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению,
отсутствует контакт шипа и паза накладок в нижних их частях.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - схема расположения металлической накладки на стеновой панели из CLT;
на фиг. 2 - схема расположения металлической накладки на плите перекрытия из CLT;
на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2;
на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2;
на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1;
на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1.
Полезная модель представляет собой разъемное соединение стеновой панели (1) и плиты перекрытия (2) из CLT, состоящее из соединяемых элементов (стеновой панели (1), плиты перекрытия (2) из CLT и соединительных элементов (двух стальных накладок (одной с шипом (3), другой - с пазом (4), которые закреплены к двум деревянным элементам с помощью клееввинченных шурупов, для образования жесткого и надежного соединения по принципу «ласточкин хвост» и передачи нагрузок от одного элемента к другому). Такое решение обеспечивает надежное восприятие усилий внутри соединения во всех направлениях (восприятие крутящих моментов по трем взаимно перпендикулярным направлениям и усилий при растяжении и сжатии), за исключением тех, которые направлены в сторону, противоположную нагружению соединения и приводят к разъединению накладок.
В качестве материала изготовления соединительных элементов используется конструкционная легированная сталь.
В накладках находятся отверстия (5) под шурупы. На сторонах металлических накладок, крепящихся к деревянным элементам, выполнены насечки (6). Насечки на тыльной стороне накладок могут быть одинарными, двойными перекрестными, рашпильными или дуговыми.
Поперечные сечения шипа (7) и паза (8) накладки с шипом (3) и накладки с пазом (4) выполнены в форме ласточкина хвоста с расширением к нижней части в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению. Такая форма шипа (7) и паза (8) обеспечивает эффект самоцентрирования для возможности соединения накладок без значительных усилий и ударов и надежного соединения накладок без их нежелательного заклинивания, даже в случае несоосности накладок и изначально неправильного их положения относительно друг друга.
Форма поперечного сечения паза (8) в форме ласточкина хвоста с клиновидным уширением обеспечивает удобство вставки накладки с шипом (3) в накладку с пазом (4). Паз (8) состоит из двух частей. Расширенная часть паза накладки (4) выступает в роли направляющей для накладки с шипом (3) и значительно упрощает процесс вставки накладок друг в друга. После выравнивания накладки с шипом (3) расширенной частью паза накладки (4) узкая часть паза накладки (4) уже более точно и в меньших допусках центрирует накладку с шипом (3) до завершения процесса соединения накладок с требуемыми зазорами.
Между шипом (7) накладки с шипом (3) и пазом (8) накладки с пазом (4) в узких их частях в вертикальном направлении выполнен зазор 3 мм для обеспечения распределения внутренних напряжений, возникающих при нагружении соединения, по длине боковых граней шипа (7) и паза (8).
Крепление металлических накладок к деревянным элементам осуществлено клееввинченными шурупами, которые проходят сквозь отверстия в накладках (5) и прижимают тыльную сторону накладки к деревянному элементу. Клееввинченные шурупы располагаются под углом 90° к торцу деревянного элемента, к которому закреплена накладка.
Для диффузионной пропитки древесины вокруг предварительно просверленного отверстия при атмосферном давлении без использования повышенного давления и специального оборудования осуществлено предварительное импрегнирование клеем стенок отверстия посредством поэтапного заполнения отверстия низковязким клеевым составом с помощью шприца и иглы.
Накладка с пазом (4) закреплена на деревянный элемент, в который шурупы завинчены вдоль волокон древесины, накладка с шипом (3) - на деревянный элемент, в который шурупы завинчены поперек волокон древесины. Общая длина шурупов, ввинчиваемых в накладку с пазом (4), больше длины шурупов, ввинчиваемых в накладку с шипом (3).
На заднюю поверхность накладки нанесен клеевой состав. В качестве клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и древесиной может использоваться эпоксидная смола ЭД-20 и отвердитель ТЭТА, эпоксидная смола ЭД-20 и отвердитель ПЭПА, эпоксидная смола DER-331 и отвердитель ТЭТА, эпоксидная смола DER-331 и отвердитель ПЭПА.
Соединение выполнено открытым способом без фрезерования паза в плите перекрытия из CLT при условии обеспечения огнезащиты за счет заполнения зазоров, образующихся после установки металлических накладок, негорючими материалами, например, слоистой терморасширяющейся самоклеющейся лентой. Также зазоры могут быть заполнены деревянными вставками, которые в случае пожара будут препятствовать распространению огня на металлические накладки и их нагреванию.
Также соединение может быть выполнено закрытым способом путем фрезерования паза в плите перекрытия из CLT. В таком случае ширина незащищенного от огня соединения со всех сторон, кроме нижней, составляет 5 мм, экспериментально подтверждено, что такая величина зазора не требует дополнительных мер огнезащиты накладок. С нижней стороны это значение достигает 15 мм. Нижние зазоры могут быть заполнены деревянными вставками, которые в случае пожара будут препятствовать распространению огня на металлические накладки и их нагреванию, или негорючими материалами.
Расположение металлических накладок на деревянных элементах, расположение отверстий в древесине и металлических накладках, а также минимально допустимые расстояния от краев деревянных элементов до торцов металлических накладок назначены с учетом требований по расстановке отверстий, установленных СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».
Данная полезная модель позволяет добиться повышения несущей способности и снижения деформативости соединений за счет
равномерного по высоте и глубине отверстия импрегнирования древесины клеевыми составами в районе резьбы шурупа и за ее пределами вследствие увеличения рабочей зоны шурупа, повышения степени сцепления шурупов со стенками отверстий, нивелирования возможных нарушений структуры древесины в пределах резьбового соединения, образования после полимеризации клея модифицированного слоя древесины с повышенными физико-механическими характеристиками гнезд древесины вокруг шурупов - наиболее напряженной зоне соединения, увеличения глубины пропитки древесины вокруг шурупа вследствие создания в момент ввинчивания шурупов давления на находящийся в отверстиях клей и вдавливания его в стенки отверстий,
внедрения в конструкцию соединения клеевого слоя между задней поверхностью металлической накладки и деревянным элементом,
выполнения насечек на сторонах металлических накладок, крепящихся к деревянным элементам и как следствие увеличения коэффициента трения поверхностей,
того, что длина шурупов, ввинчиваемых в накладку с пазом, больше длины шурупов, ввинчиваемых в накладку с шипом,
того, что все отверстия под шурупы размещены под углом 90° к поверхности накладки, в которую завинчиваются шурупы,
того, что поперечные сечения шипа и паза накладок имеют большую степень расширения в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению,
отсутствия контакта шипа и паза накладок в нижних их частях.
Данная полезная модель может быть применена при строительстве зданий и сооружений различного назначения с использованием деревянных элементов, в том числе большепролетных и многоэтажных, при реконструкции и реставрации зданий и сооружений, в том числе объектов культурного наследия.
Формула полезной модели
1. Узел соединения стеновой панели и плиты перекрытия из CLT, соединенных с помощью расположенных на них двух металлических накладок, одной с шипом, другой с пазом, поперечные сечения шипа и паза которых имеют форму ласточкина хвоста и расширяются в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению, отличающийся тем, что накладки прикреплены к стеновой панели и плите перекрытия из CLT с помощью клееввинченных шурупов, между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и деревянным элементом присутствует клеевой слой из эпоксидной смолы и отвердителя, на сторонах металлических накладок, прикрепленных к деревянным элементам, выполнены насечки, длина шурупов, ввинченных в накладку с пазом, больше длины шурупов, ввинченных в накладку с шипом, все отверстия под шурупы размещены под углом 90° к поверхности накладки, в которую завинчены шурупы, поперечные сечения шипа и паза накладок имеют большую степень расширения в форме клина в продольном направлении приложения нагрузки к соединению, отсутствует контакт шипа и паза накладок в нижних их частях.
2. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что все зазоры, образованные после установки металлических накладок открытым способом, заполнены негорючими материалами.
3. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что все зазоры, образованные после установки металлических накладок открытым способом, заполнены деревянными вставками.
4. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что насечки на тыльной стороне накладок выполнены одинарными, двойными перекрестными, рашпильными или дуговыми.
5. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и древесиной использованы эпоксидная смола ЭД-20 и отвердитель ТЭТА.
6. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и древесиной использованы эпоксидная смола ЭД-20 и отвердитель ПЭПА.
7. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и древесиной использованы эпоксидная смола DER-331 и отвердитель ТЭТА.
8. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между металлической накладкой и древесиной использованы эпоксидная смола DER-331 и отвердитель ПЭПА.
9. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что соединительные элементы выполнены из конструкционной легированной стали.
10. Узел соединения по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен закрытым способом путем фрезерования паза в плите перекрытия из CLT.
11. Узел соединения по п. 10, отличающийся тем, что нижние зазоры, образованные после установки металлических накладок закрытым способом, заполнены деревянными вставками.
12. Узел соединения по п. 10, отличающийся тем, что нижние зазоры, образованные после установки металлических накладок закрытым способом, заполнены негорючими материалами.
Медаль Альфреда Нобеля