Актуальность разработки новых способов соединения деревянных строительных элементов в объеме магистерских диссертаций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Актуальность разработки новых способов соединения деревянных строительных элементов в объеме магистерских диссертаций

В связи с неоспоримой технико-экономической целесообразностью деревянного строительства в России и, в частности, на территории Оренбургской области, актуальность проблемы совершенствования соединений деревянных конструкций не вызывает никаких сомнений. В связи с этим представляется логичным рассмотрение таких вопросов в качестве тем магистерских диссертаций, которые должны выполнять магистранты, обучающиеся по направлению подготовки «Строительство». Рассмотрим вариант подготовки магистерской работы на примере стальных нагелей крестообразного поперечного сечения, внедрение которых на территории Оренбургской области должно обеспечить существенный экономический эффект.

Соединения деревянных элементов на стальных элементах, таких как пластины, стержни, нагели, гвозди, дюбели, винтов и т.п. в настоящее время широко применяются в отечественной и зарубежной строительной практике. С их помощью решаются узлы и стыки решетчатых ферм (в том числе и большепролетных), рамных конструкций, конструкций пространственного типа, башенных конструкций, монтажные соединения клееных элементов, имеющих большие размеры поперечных сечений и работающих на изгибающие моменты, нормальные и поперечные усилия.

Соединения на нагелях являются основным типом монтажных соединений, выполняемых при сборке и возведении деревянных конструкций, при их усилении, восстановлении и ремонте, которые работают как изгибаемые, растянутые или растянуто-изгибаемые элементы.

Вместе с тем, узлы деревянных конструкций на стальных связях имеют характерные особенности выбора соединительного элемента:

- гвозди и винты могут быть внедрены в массив древесины без предварительной рассверловки «пилотных» отверстий при диаметре не более 6 мм, имея при этом незначительную несущую способность;

- известные типы винтов исключают возможность применения ударных, в том числе огнестрельного, способов их внедрения в древесину;

- для повышения несущей способности соединения применяют стальные цилиндрические нагели диаметром 10 мм и более, однако это требует предварительной рассверловки отверстий равного с нагелями диаметра;

- соединения на вклеенных стальных стержнях имеют повышенную трудоемкость изготовления и могут быть выполнены только в заводских условиях при строгом контроле качества.

Для устранения вышеперечисленных недостатков Шведовым В.Н. (канд. техн. наук, доцент НГАСУ (Новосибирск) был разработан и исследован новый тип соединительных элементов, в виде крупноразмерных нагелей крестообразного поперечного сечения прямолинейной формы. В ходе исследования были разработаны и изучены соединения элементов деревянных конструкций на нагелях крестообразного сечения, а так же отработана технология изготовления таких соединений с помощью строительно-монтажных пистолетов, определена оптимальная форма самих нагелей, а так же форма их заточки. Такие нагели исключают необходимость предварительного сверления отверстий, обладают высокой прочностью и жесткостью. Данная тема была одобрена и выполнена как магистерская диссертация.

Однако, несущая способность на выдергивание вышеуказанного типа нагелей незначительна, что вызывает необходимость замены в таких соединениях от 25% до 100% нагелей стяжными нагельными болтами, что увеличивает трудоемкость изготовления и материалоемкость соединений. В связи с этим Столповским Г.А. (аспирант кафедры «Строительные конструкции» ОГУ) был предложен новый тип соединительного элемента в виде стального витого стержня крестообразного поперечного сечения. Основным преимуществом предложенного типа соединительного элемента является его возможность воспринимать значительные выдергивающие усилия. В рамках исследования были определены оптимальные параметры предложенного типа стержней (диаметр стержней, толщина ребер, шаг навивки) и правила их расстановки в соединениях; выявлен наиболее эффективный способ забивки разработанных типов стержней; получены экспериментальные данные при кратковременных и длительных испытаниях стержней на выдергивание из древесины; сформулированы основные положения методики расчета и рекомендаций по конструированию и изготовлению предложенных узловых соединений. Исследования витых нагелей также были оформлены в виде диссертации на соикание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения.

Несмотря на значительный вклад Шведова В.Н. и Столповского Г.А. в области совершенствования нагельных соединений деревянных конструкций требуется проведение дополнительных экспериментальных и теоретических исследований работы стальных нагелей крестообразного не только при сборке и возведении деревянных конструкций, но и при их усилении, восстановлении и ремонте. В связи с этим рассмотрение таких вопросов в рамках магистерских диссертаций является не только целесообразным, но и необходимым как для Оренбургской области, так и для России в целом.

При разработке магистерской диссертации рекомендуется выполнять технико-экономическое обоснование эффективности проведенных исследований. В качестве примера можно привести оценку экономической эффективности применения витых крестообразных стержней, разработанных Столповским Г.А., в сравнении с существующими типами стальных связей при конструировании узлов деревянных конструкций, в которых соединительные элементы работают на выдергивание.

Узел типа 1 (узел опирания балки перекрытия на колонну) выполнен на вклеенных арматурных стержнях (количество 4 шт.) диаметром 12 мм и стальных витых стержнях (количество 4 шт.) диаметром 16 мм. Арматурные стержни вклеенные на глубину 80 мм, а витые стержни забитые на глубину 250 мм через стальной опорный столик одинаковых размеров для обоих вариантов.

В традиционном варианте узла 2 - крепление технологического оборудования к стропильной балке - применены глухари (количество 6 шт.) диаметром 16 мм, закрученные в предварительно просверленное отверстие на глубину 200 мм через стальную распределительную платину 15040012 мм, а в предлагаемом варианте применены стальные витые стержни (количество 4 шт.) диаметром 16 мм, забитые на глубину 320 мм через стальную распределительную (опорную) пластину 12016012 мм. Размеры пластин определены в соответствии с правилами расстановки соединительных элементов в узле.

Технико-экономическое сопоставление вариантных решений осуществлено по основным показателям - заводской стоимости и стоимости «в деле». Анализу подлежали также дополнительные показатели: трудоемкость изготовления, расход основных материалов.

Как показали проведенные расчеты, рассмотренные варианты узлов с применением разработанных типов стержней наиболее экономичны в сравнении с базовыми вариантами, выполненными на основе известных типов шурупов и глухарей, по основному показателю - стоимости «в деле». Величина экономии составляет от 12 до 34%. По трудоемкости изготовления предлагаемые варианты меньше базовых на 11…21%. Обращает на себя внимание также значительная экономия металла в предлагаемых конструктивных решениях. Кроме этого, при организации серийного производства трудоемкость изготовления витых стержней крестообразного поперечного сечения может быть значительно снижена.

Универсальность соединений на крестообразных нагелях предопределяет широкий круг узловых соединений, в которых могут быть использованы предложенные элементы.

Список литературы

деревянный магистерский стальной нагель

1. Шведов В.Н. Соединения деревянных элементов на нагелях крестообразного сечения, забитых огнестрельным способом // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук - Новосибирск 1999 г. - 185 с.

2. Столповский Г.А. Соединения деревянных элементов на витых крестообразных стержнях, работающих на выдергивание // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук - Оренбург 2011 г. - 186 с.

Размещено на Allbest.ru