Металлические зубчатые пластины типа Арпад

В мировой строительной практике при изготовлении дощатых конструкций различного назначения (фермы, балки, рамы, структуры) применяются металлические зубчатые пластины (МЗП).





Проектирование и расчет конструкций с соединениями на МЗП осуществляется на персональном компьютере (специальная программа). Например, расчет и конструирование простой стропильной фермы займет 10-15 минут. Полученная распечатка (чертеж и спецификация элементов ) передается в цех, где изготавливаются либо фермы целиком, либо линейные фрагменты ферм, которые собираются (дособираются) в готовое изделие на стройплощадке. Сборочный стенд и оборудование для запрессовки МЗП в построечных условиях элементарны и мобильны.

Применение конструкций с соединениями на МЗП существенно снижает трудоемкость и позволяет резко сократить срок строительства мансард, стропильных кровель. Например срок строительства усадебного дома можно уменьшить в 1,5 раза за счет параллельного возведения стен и изготовления стропильных ферм "на земле" сразу в проектных размерах. Нижние пояса ферм будут служить основой для устройства перекрытия в одноэтажных домах. После устройства стен, либо объединенный стропильный блок, либо отдельные стропильные фермы устанавливаются на стены в проектное положение.

Конструкции с соединениями на МЗП гораздо экономичнее традиционных и позволяют экономить как древесину, так и сталь.

Наибольшее распространение в зарубежной практике строительства получили МЗП системы Ганг-Нейл, а в СССР применялись соединения на МЗП типа МЗП-1,2 и МЗП-2, которые были разработаны ЦНИИСК им. Кучеренко. МЗП представляли собой стальные пластинки толщиной 1,2 и 2 мм, на одной стороне которых после штамповки на специальных прессах получались зубья. Пластинки ставили попарно по обе стороны соединяемых элементов.

В 1992 году на Гомельском заводе "Кристалл" была изготовлена опытно-промышленная пар-тия МЗП-1,2 двух типоразмеров - 140х200 мм и 140х340 мм. В ходе проведения серии испытаний на запрессовку МЗП-1,2 (использовалось существующее стационарное прессовое оборудование) отмечались локальные смятия зубьев, отклонение группы зубьев от вертикали. Возможными причинами явились несовершенство конструкции штампа или недостаточная проработка конструкции МЗП на стадии проектирования. Пластинка показала себя достаточно "капризной", и работы были приостановлены. Было принято решение изучить зарубежный опыт. Один из авторов этой статьи изучал производство на предприятии фирмы "Nordiska Truss AB" (Швеция).

Это очень компактный завод, на котором производится более 10 штук МЗП различной конфигурации. Имеется программное обеспечение, проработаны и рекомендуются устройства для запрессовки. Следует отметить, что оборудование для запрессовки МЗП изготавливается в двух исполнениях: стационарном (устанавливается в цехах) и мобильном (полигон или стройплощадка).

Необходимо отметить, что шведские МЗП большого размера требуют усилие запрессовки 60-80 тонн.

Главным же недостатком всех МЗП системы Ганг-Нейл и вышеперечисленных является то, что работает соединительная пластина в разных направлениях по-разному, и при нагрузке, действующей по главной оси, прочность шипов на изгиб минимальная. Этого недостатка лишена система МЗП типа Арпад.

Главное отличие МЗП типа Арпад в том, что оси пар шипов, выштампованные в пластине, образуют с направлением основной нагрузки определенный угол, а ряды шипов поочередно расположены под углом друг к другу (рис. 2).

При такой геометрии зубьев при нагружении узла возникает явление заклинивания шипов в древесине, тем самым увеличивается прочность соединения.

Изобретатель МЗП Арпад - венгерский инженер Арпад Берталан, с которым ПКФ "Аверс-компакт" достаточно давно сотрудничает. Осенью 1993 года в Гомеле была сформирована концепция новой МЗП. В феврале 1994 года изобретателем были получены опытные образцы, которые были переданы нам. В январе 1995 года в БелНИИС были проведены испытания деревянных безврубочных соединений на металлических зубчатых пластинах типа Арпад. (Заключение от 9 февраля 1995 года). Фирмой "Аверс-компакт" были представлены образцы, выполненные из сосновых досок 40х150 мм: серия 1 - три образца для испытания соединения растянутых элементов вдоль волокон; серия 2 - три образца для испытания соединения растянутого элемента под углом 45° к другому элементу; серия 3 - четыре образца для испытания соединения растянутого элемента под углом 90° к другому элементу.

Результаты испытаний представленных образцов позволили установить следующие значения несущей способности металлических зубчатых пластин типа Арпад: для пластин толщиной 1 мм при передаче усилий вдоль волокон элемента 290Н на 1 пару зубьев (60 Н/см2); для пластин толщиной 0,8 мм при передаче усилий под углом 45° к волокнам древесины 290Н на 1 пару зубьев (60 Н/см2); для пластин толщиной 0,8 мм при передаче усилий под углом 90° к волокнам древесины 250Н на 1 пару зубьев (57 Н/см2).

Для сравнения: несущая способность соединения растянутых деревянных элементов на гвоздях односрезных диаметром 4,6 мм, длиной 130 мм, 160 штук (по восемьдесят с каждой стороны) в пять рядов только 33,8 Н/см2. К большому сожалению, в Беларуси до настоящего времени разработка востребована не была. Снижение объемов капитального строительства, неприятие (до последнего времени) мансардного строительства, недостаток финансирования даже на эффективные разработки оставили эту интересную идею за кадром.

В мае 1998 года господин Арпад Берталан получил патент на свое изобретение. При его участии построены десятки домов в Венгрии, Австрии, Германии.

Для восприятия усилия сдвига изобретателем разработана оригинальная универсальная зубчатая шпонка, которая в комбинации с МЗП типа Арпад позволяет решать на высочайшем уровне все виды соединений дощатых конструкций. Мы считаем, что Республике Беларусь необходимо выводить работу по проектированию, конструированию, изготовлению деревянных дощатых конструкций на мировой уровень. Необходимо завершить испытания, разработать альбомы узлов и деталей и рекомендаций по применению МЗП. Необходимо адаптировать имеющееся программное обеспечение к нашей расчетной практике. Необходимо в 1999 году провести натурные испытания типовой фермы для усадебного дома и смонтировать несколько зданий с новыми стропильными системами. Мы думаем, что Министерство архитектуры и строительства РБ могло бы профинансировать эти работы.

За вполне разумную сумму, в очень сжатые сроки можно наладить производство МЗП типа Арпад в Беларуси. Мы абсолютно уверены, что белорусские МЗП обеспечат прорыв в мансардном строительстве, так как проделана достаточно большая исследовательская работа. В 1995 году в Беларуси была выпущена пробная партия МЗП типа Арпад, проработаны опытные устройства и приспособления для запрессовки МЗП.

Александр ПАВЛЮЧКОВ, директор ООО ПКФ "Аверс-комплект"
Александр МЕЛЬНИКОВ, технический директор