RU2645026C1

RU2645026C1 - Composite wooden beam on metal toothed plates

Info

Publication number: RU2645026C1
Application number: RU2017107976A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Карельский; Полина Михайловна Тропина; Татьяна Павловна Журавлева
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-02-15

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: beam consists of two or more wooden bars connected in height by metal toothed plates along the side surfaces. The manufacture of the beams is made from lumber of I and II grade with a moisture content of 12%. The metal toothed plates are made of galvanized steel. The area of the plates decreases in the direction from the supports of the composite beam to the middle.

EFFECT: beam allows to simplify the design and to reduce the metal consumption of the plates, and to reduce therefore the cost of the entire beam as a whole.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, в частности к области изготовления и усиления деревянных конструкций, и может быть использовано для деревянных несущих конструкций зданий и сооружений.The invention relates to the field of construction, in particular to the field of manufacture and reinforcement of wooden structures, and can be used for wooden supporting structures of buildings and structures.

В 1982 году были разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах (Рекомендации по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах / ЦНИИСК им. Кучеренко, М., 1983 г. - 40 с.). В рекомендациях рассмотрены основные вопросы изготовления, проектирования и эксплуатации конструкций на металлических зубчатых пластинах, приведена несущая способность пластин различных способов сопряжения узлов в несущих конструкциях.In 1982, recommendations were developed on the design and manufacture of wooden structures with joints on metal gear plates (Recommendations on the design and manufacture of wooden structures with joints on metal gear plates / TsNIISK named after Kucherenko, M., 1983 - 40 pp.). The recommendations address the main issues of the manufacture, design and operation of structures on metal gear plates, the bearing capacity of the plates of various ways of pairing nodes in the supporting structures is given.

Для малоэтажного домостроения не решены вопросы изготовления конструкций. При больших пролетах нужны большие сечения балок. Получить их можно с помощью составных конструкций. Соединения на металлических зубчатых пластинах увеличивают прочность составной балки по нормальным и касательным напряжениям, а также воспринимают опасные для древесины растягивающие напряжения, действующие под углом к волокнам древесины, что очень важно, учитывая анизотропные свойства древесины.For low-rise housing construction issues of manufacturing structures have not been resolved. For large spans, large sections of beams are needed. You can get them using composite structures. Joints on metal toothed plates increase the strength of the composite beam by normal and tangential stresses, as well as perceive tensile stresses dangerous for wood, acting at an angle to the wood fibers, which is very important, given the anisotropic properties of wood.

Известно техническое решение изготовления составной деревянной балки (авторское свидетельство СССР №919601, МПК Е04С 3/02, 1982 г. - аналог). Распил заготовки данной балки производят по синусоиде и взаимно смещают полученные брусья на половину длины волны синусоиды, а сплачивание брусьев производят зубчатыми пластинами, которые располагают по бокам балки в точках контакта гребней синусоидальных поверхностей брусьев с шагом, равным длине волны синусоиды.A technical solution is known for the manufacture of a composite wooden beam (USSR author's certificate No. 919601, IPC E04C 3/02, 1982 - analogue). The preforms of this beam are cut along a sinusoid and the resulting bars are mutually displaced by half the wavelength of the sine wave, and the bars are joined by serrated plates, which are located on the sides of the beam at the contact points of the ridges of the sinusoidal surfaces of the bars with a step equal to the wavelength of the sinusoid.

Недостатком данного технического решения является сложность изготовления брусьев путем распила заготовок по синусоиде.The disadvantage of this technical solution is the difficulty of manufacturing the bars by sawing blanks in a sinusoid.

Известно техническое решение изготовления деревянной балки составного сечения на наклонно вклеенных связях (Патент RU 2173376 С1, МПК Е04С 3/14, 2001 г. - аналог). Изобретение направлено на создание деревянных балок составного сечения на наклонно вклеенных связях, обеспечивающих сплачивание соединяемых между собой элементов таким образом, чтобы они работали как одно целое. Соединительные элементы - металлические стержни установлены под углом ∠α в пределах от 30° до 45°, с шагом s, лежащим в интервале h≥s≥10d, где h - высота сечения балки, d - диаметр стержней, при этом стержни заглублены в нижнем элементе балки на глубину 1≥20d.A technical solution is known for the manufacture of a wooden beam of a composite section on obliquely glued bonds (Patent RU 2173376 C1, IPC E04C 3/14, 2001 - analogue). The invention is directed to the creation of wooden beams of a composite section on obliquely glued bonds, ensuring the unification of the elements interconnected so that they work as a whole. The connecting elements - metal rods are installed at an angle ∠α in the range from 30 ° to 45 °, with a step s lying in the interval h≥s≥10d, where h is the height of the beam, d is the diameter of the rods, while the rods are deepened in the lower beam element to a depth of 1≥20d.

Недостатком данного технического решения является сложность установки металлических стержней под заданным углом, а также ослабление сечения балочного элемента.The disadvantage of this technical solution is the difficulty of installing metal rods at a given angle, as well as the weakening of the cross section of the beam element.

Известно техническое решение изготовления деревянной балки, включающей в себя составленные по высоте с зазором или без него брусья, соединенные между собой по боковым граням крестообразными связями, выполненными из двух одинаковых взаимно перпендикулярных стержневых элементов, вклеенных в соответствующие им канавки, выбранные по поверхности боковых граней брусьев (авторское свидетельство СССР №1203215, МПК Е04С 3/12, 1986 г. - аналог).A technical solution is known for the manufacture of a wooden beam, which includes beams arranged in height with or without a gap, connected to each other along lateral faces by crosswise ties made of two identical mutually perpendicular rod elements glued to their corresponding grooves, selected along the surface of the side faces of the beams (USSR copyright certificate No. 1203215, IPC Е04С 3/12, 1986 - analogue).

Недостатком данного технического решения является сложность изготовления соединения и металлоемкость стержневых элементов.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the manufacture of compounds and the intensity of the rod elements.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является деревянная балка, состоящая из двух ярусов древесины, соединенных металлическими зубчатыми пластинами, одинаковыми по размеру и равномерно расположенными по всей длине (Логинова К.В., Миронов В.Г. Результаты расчета составной балки на металлических зубчатых пластинах // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - №5-1. - С. 155-157 - прототип).The closest technical solution to the proposed one is a wooden beam, consisting of two tiers of wood connected by metal toothed plates, identical in size and evenly distributed over the entire length (Loginova K.V., Mironov V.G. Results of calculation of a composite beam on metal toothed plates // Modern high technology. - 2014. - No. 5-1. - S. 155-157 - prototype).

Недостатком прототипа, как и в предыдущем аналоге, является большая металлоемкость пластин.The disadvantage of the prototype, as in the previous analogue, is the large metal consumption of the plates.

Задачей изобретения является снижение металлоемкости пластин.The objective of the invention is to reduce the metal consumption of the plates.

Это достигается путем рационального распределения металлических зубчатых пластин вдоль длины балки.This is achieved by rational distribution of metal gear plates along the length of the beam.

На фиг. 1 представлена модель составной деревянной балки на металлических зубчатых пластинах, на фиг. 2 - эпюра распределения сдвигающих усилий (Т) по длине балки.In FIG. 1 shows a model of a composite wooden beam on metal gear plates, FIG. 2 is a diagram of the distribution of shear forces (T) along the length of the beam.

Балка состоит из двух и более брусьев (ярусов) древесины (1), объединенных по высоте металлическими зубчатыми пластинами по боковым поверхностям. Изготовление балок выполняется из пиломатериалов I и II сорта влажностью 12%. Допускается применение пиломатериалов III сорта при условии отсутствия пороков в нижнем ярусе в средней половине длины балки. Металлические зубчатые пластины выполняются из оцинкованной стали.The beam consists of two or more timber bars (tiers) of wood (1), joined in height by metal toothed plates on the side surfaces. The manufacture of beams is made of lumber I and II grade with a moisture content of 12%. It is allowed to use grade III sawn timber, provided that there are no defects in the lower tier in the middle half of the beam length. Metal gear plates are made of galvanized steel.

Металлические пластины (2) установлены по межшовным границам объединяемых брусьев с шагом 0,2…0,6 м в пределах расстояния 0,4⋅L от опор, где L - пролет балки. Площадь пластин уменьшается по мере удаления от опор составной балки к середине, принимается в соответствии с величиной сдвигающих усилий в зоне их установки и определяется по формуле:Metal plates (2) are installed at the intersutural boundaries of the joists with a pitch of 0.2 ... 0.6 m within a distance of 0.4⋅L from the supports, where L is the span of the beam. The area of the plates decreases with distance from the supports of the composite beam to the middle, is taken in accordance with the magnitude of the shear forces in the area of their installation and is determined by the formula:

где Т - расчетная несущая способность металлического коннектора в шве, кН;where T is the calculated bearing capacity of the metal connector in the seam, kN;

R_пл - расчетное сопротивление коннектора сдвигу, МПа.R _PL - the estimated resistance of the connector to shear, MPa.

В центральной части балки устанавливаются металлические зубчатые пластины наименьшего размера (3) не для работы на сдвиг, а для сплачивания ярусов древесины.The smallest metal toothed plates (3) are installed in the central part of the beam, not for shear, but for joining the tiers of wood.

Предлагаемая модель балки позволяет упростить конструкцию и снизить металлоемкость пластин, следовательно, сократить стоимость всей балки в целом.The proposed model of the beam allows to simplify the design and reduce the metal consumption of the plates, therefore, reduce the cost of the entire beam as a whole.

Claims

A composite wooden beam, consisting of two or more timber beams (tiers) of wood, joined in height by metal toothed plates along the side surfaces, characterized in that the metal toothed plates are installed along the intersutural boundaries of the joined beams, and the area of the plates decreases with distance from the supports of the composite beam to the middle and is taken in accordance with the magnitude of the shear forces in the area of their installation.