木材连接件和包括多个这样的木材连接件的层压的木材塔
阅读说明：本技术 木材连接件和包括多个这样的木材连接件的层压的木材塔 (Wood connector and laminated wood tower comprising a plurality of such wood connectors ) 是由 埃里克·多勒罗德 安德斯·维克斯特伦 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：一种用于大的木制构造物的木材连接件(1),包括：第一木材模块(2)、第二木材模块(3)和穿孔钢板(4),该穿孔钢板(4)包括多个孔(12),其中,第一木材模块(2)和第二木材模块(3)包括多个层压的木材层(17),其中,每个木材层包括多个层压的单板层片(18),其中,穿孔钢板(4)的第一部分(14)利用胶水安装在第一木材模块(2)中,并且其中,穿孔钢板(4)的第二部分(15)利用胶水安装在第二木材模块(3)中,其中,穿孔钢板(4)的中心线(13)与位于第一木材模块(2)与第二木材模块(3)之间的分隔线对准,并且其中,穿孔钢板(4)具有超过700兆帕的抗拉强度,并且木材模块(2、3)至少是6cm厚并且具有超过20兆帕的抗拉强度。(A wood attachment (1) for large wooden structures comprising: a first wood module (2), a second wood module (3) and a perforated steel plate (4), the perforated steel plate (4) comprising a plurality of holes (12), wherein the first wood module (2) and the second wood module (3) comprise a plurality of laminated wood layers (17), wherein each wood layer comprises a plurality of laminated veneer plies (18), wherein a first portion (14) of the perforated steel plate (4) is mounted in the first wood module (2) with glue, and wherein a second portion (15) of the perforated steel plate (4) is mounted in the second wood module (3) with glue, wherein a centre line (13) of the perforated steel plate (4) is aligned with a separation line between the first wood module (2) and the second wood module (3), and wherein the perforated steel plate (4) has a tensile strength exceeding 700mpa, and the wood modules (2, b, 3) At least 6cm thick and having a tensile strength in excess of 20 mpa.)
技术领域
本发明涉及连接两个木制部件的连接件。每个木制部件设置有至少一个缝隙，穿孔金属板胶合至该缝隙中。
背景技术
无论是用于诸如多层房屋还是用于其他商业木制构造，较大尺寸的木制构造物越来越受欢迎。一些建筑物设计成使用钢或混凝土和木材的组合，并且一些建筑物设计成在承载梁和包覆件两者中使用木材。
一种正在变得越来越流行的木制建筑是木制塔，它可以用于许多不同的目的。例如，木制塔可以用作发射机桅杆或风力发电装置。典型的风力发电装置设置有由钢或混凝土制成的塔。塔通过地基附接至地面，并且塔在塔的顶部处设置有机舱，机舱用于保持发电机、变速箱和转子叶片。钢塔通常由彼此栓接在一起或彼此焊接的钢环组装。混凝土塔可以由结合在一起的混凝土部件组装或者可以通过滑模浇筑制成。
这些常规的塔工作良好，但也有一些缺点。一个缺点是它们很重。较重的塔需要非常稳固的地基，而这又需要大量的例如混凝土。出于效率原因，风力发电装置通常建在没有道路的区域，这使得材料运输到现场变得复杂。由于塔需要大量的材料，因此需要大量的运输。另一缺点是当达到塔的使用寿命时，必须拆卸塔。在这种情况下，所有材料都必须被再次处理和运输。
WO2010121733中提出了一种用于风力发电装置的木制塔。提出的塔通过使用由平面元件制成的内框架建造，承载涂层施用至该平面元件。平面元件可以由层压的胶合板和/或木材复合材料制成。平面元件可以通过使用穿孔钢板来连接，穿孔钢板插入在元件的边缘中切割或布置的缝隙中。其后，用粘合剂填充缝隙，粘合剂将使钢板和平面元件胶合在一起。在由DIBt(Deutsches Institut für Bautech ik、德国建筑技术学院)的德国总建筑管理局批准No.Z-9.1-770中对这种类型的木钢连接件进行了详细的描述。这种类型的连接件适用于传递高达10MPa的张应力。
US 5,966,892示出了一种适于将两个或更多个木制元件彼此连接的连接件，其中金属板被钉住和/或胶合至木材元件，并且其中木材元件利用螺钉连接。US 5,660,492示出了不同类型的木材连接件，其中连接器基部粘附在木材元件的木材凹穴中。
这些类型的连接件很好地适用于其中存在中等力的木材元件之间的连接，但仍存在针对具有改进的承载能力的木材连接件进行改善的空间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于层压的木材模块——其包括单板层积材——的改进的木材连接件。本发明的另一目的是一种包括多个这样的木材连接件的层压的木材塔。
在针对木材连接件的权利要求1和针对层压的木材塔的权利要求15的特征部分中对根据本发明的问题的解决方案进行了描述。其他权利要求包含了木材连接件的有利实施方式和进一步改进。
在用于大的木制构造物的木材连接件中，该木材连接件包括：第一木材模块、第二木材模块和穿孔钢板，该穿孔钢板包括多个孔，其中，第一木材模块和第二木材模块包括多个层压的木材层，其中，每个木材层包括多个层压的单板层片，其中，穿孔钢板的第一部分利用胶水安装在第一木材模块中，并且其中，穿孔钢板的第二部分利用胶水安装在第二木材模块中，其中，穿孔钢板的中心线与位于第一木材模块与第二木材模块之间的分隔线对准，本发明实现的目的在于，穿孔钢板具有超过700Mpa的抗拉强度，并且木材模块至少是6cm厚并且具有超过20MPa的抗拉强度。
通过该木材连接件的第一实施方式，提供了可以连接两个层压的木材模块的连接件。通过使用具有超过700MPa的抗拉强度的高抗拉强度穿孔钢板，提供了能够处理单板层积材(LVL)模块的强度的连接件。由于单板层积材的抗拉强度在30MPa的范围内，并且已知的DIBt连接件的强度在10MPa范围内，因此已知的DIBt连接件不能利用单板层积材的全部潜力。通过使用已知的具有单板层积材的连接件，该连接件将成为限制因素。已知的连接件非常适合于将交叉层压的木材(CLT)模块连接，该模块具有在10MPa的范围内的抗拉强度。使用具有单板层积材的已知连接件以传递更高的载荷，模块的壁厚将必须是已知连接件的三倍厚以能够处理高达30MPa的载荷。这样的解决方案将是不切实际的，因为将不得不使用不必要的LVL的量来允许已知的连接件能够处理更高的载荷，这将增加端部构造的重量和成本。通过使用本发明的木材连接件，该木材连接件将与LVL模块的抗拉强度相匹配，并且将不限制成品。因此，木材连接件将允许例如更高的层压的木材塔。
抗拉强度，也称为极限抗拉强度，是指材料或结构承受倾向于使材料或结构伸长的载荷的能力。换句话说，抗拉强度抵抗张力。抗拉强度是通过材料在被拉伸或拉动时断裂前所能承受的最大应力而测得的。抗拉强度是通过进行拉伸试验并记录工程应力与应变的关系来确定的。抗拉强度定义为应力，其测量为力每单位面积。在国际单位制(SI)中，单位是帕斯卡(Pa)。
木材模块可以是平坦的或可以在一个方向上弯曲，并且包括多个层压的木材层，每层包括多个层压的单板层片。在平坦的模块中，可以根据需要选择单板层的方向，例如，每隔一层的单板层片沿相对于其他单板层片的垂直方向布置。每层还可以包括全部沿相同方向定向的单板层片，并且其中两个相邻层的单板层片是垂直的。
对于弯曲的模块，每层包括第一组层片，其中第一组层片包括彼此相邻布置的多个层片，并且其中木材纹理沿第一方向定向；以及第二组层片，其中第二组层片包括彼此相邻布置的一个或更多个层片，并且其中木材纹理沿第二方向定向，其中第一方向垂直于第二方向。通过使用具有带沿相对于第一组层片垂直方向的木材纹理的第二组层片的层，可以弯折层并以这种方式获得具有高抗拉强度的弯曲的模块。为了能够以可靠和经济的方式连接弯曲的模块，并且同时能够通过弯曲的模块之间的连接件来保持弯曲的模块的抗拉强度，使用具有超过700MPa的抗拉强度的穿孔钢板。通过使用本发明的木材连接件，可以在成品中利用单板层积材模块的总抗拉强度。
本发明的一个优点是木材模块可以利用嵌入在木材模块内的连接元件彼此连接。这简化了木材模块的连接，并允许成品的光滑外侧和光滑内侧。嵌入该连接的另一优点是该连接元件受到保护不受外部环境影响。这对于成品的外表面特别有利。如果要对成品进行外部保护处理，例如保护膜，那么具有光滑的外表面也是有利的。
木材，尤其是云杉或松木，是一种廉价而坚固的材料，适用于薄层片的层压。也可以使用其他纤维，比如竹纤维，其可以被层压成具有沿期望方向的纤维的层。
每个木材模块都设置有适合容纳穿孔钢板的一半的缝隙。可以将缝隙切割或布置到木材模块的边缘。在一个示例中，模块的外表面闭合，并且缝隙设置成从外表面的闭合壁至内表面。穿孔钢板可以从木材模块的上方或侧面插入。该缝隙略宽于穿孔钢板的厚度，并且优选地比穿孔钢板的厚度宽2mm。在安装期间，穿孔钢板进一步集中在缝隙中，使得胶水可以在穿孔钢板的两侧上均匀地展开。
为此，穿孔钢板可以在每一侧上设置有突出部，突出部将为穿孔钢板提供距离装置。在制造期间，突出部优选地压印至穿孔钢板。
每个穿孔钢板包括多个孔。每个孔可以具有例如10mm或更大的直径。孔以距其他孔预定距离的方式定位，并且具有距穿孔钢板的侧部的预定距离。在穿孔钢板的中心线与最接近的孔之间还存在预定距离。孔可以以行和列放置，或者可以以偏移布置结构来定位。也可以改变穿孔钢板上的孔的密度。在一个示例中，减少了较接近于两个木材模块之间的分割线的孔密度。
当穿孔钢板在缝隙中定位时，将胶水注入缝隙中使得钢板的一半被胶合至模块。优选地，在插入胶水之前缝隙的开口侧被覆盖，使得缝隙被完全填充，并且胶水在硬化期间不会逸出。
优选地，当组装最终产品时，将穿孔钢板安装至木材模块。用于模块的穿孔钢板的数量是通过接合件必须承受的所需力的计算来确定的。
木材连接件可以用于由层压的单板层的模块制成的不同的木制产品。在一个示例中，用于风力发电厂的弯曲的模块通过使用多个木材连接件而彼此附接。
附图说明
下面将参照附图中所示的实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了在弯曲的木材模块中的根据本发明的木材连接件的示例，
图2示出了在木材模块中使用的木材层的示例，
图3示出了在根据本发明的木材连接件中使用的穿孔钢板的示例，
图4示出了在根据本发明的木材连接件中使用的穿孔钢板的另一示例，
图5示出了包括多个根据本发明的木材连接件的层压的木材塔的示例，以及
图6示出了根据本发明的风力发电塔的示例。
具体实施方式
下面所描述的做出进一步改进的本发明的实施方式仅被视为示例，并且绝不限制由专利权利要求所提供的保护范围。所使用的方向参照是指在用于层压的木材塔中时弯曲的木材模块的方向。
图1示出了木材连接件的第一示例。木材连接件1包括第一木材模块2、第二木材模块3和穿孔钢板4。第一木材模块2和第二木材模块3两者均包括多个层压的层17。优选地，第一木材模块2和第二木材模块3具有相同布局，具有相同数量的相同类型的层压的层。在一个示例中，模块包括五层。这些层被彼此压制胶接以获得实心木材模块2、3。木材模块设置有上边缘、下边缘、第一侧表面、第二侧表面、内表面21和外表面22。在所示的示例中，木材模块在一个方向上是弯曲的，但木材模块也可以是平的。层17包括多个层压的单板层片18。在平坦的层中，单板层片的纤维的方向可以自由选择，并且例如可以沿相同的方向定向。当与其他层片相比时，一些层片也可以布置成其纤维的方向沿垂直方向定向。在一个示例中，每隔一个层片沿一个方向布置，而其他层片定向成垂直于这些层片。
图2中示出了用于弯曲的模块的木材层。在所示的木材层17中，第一组层片19的单板层片18的纤维方向沿相同的方向定向。第一组层片19包括大部分、优选为层片数量的至少80％的层片。层还包括第二组层片20，当与第一组层片相比时，第二组层片20包括一个或更多个其纤维的方向沿垂直方向定向的层片。优选地，第二组层片包括一个层片，但是可以包括彼此相邻布置的两个单板层片。
第二组层片20、即具有垂直于层的第一组层片19的纹理方向的层片组可以布置在层的任何位置处，但是优选地靠近层的一侧布置。在一个示例中，第二组层片被布置作为层的最外的层片组。在另一示例中，第二组层片被布置在第一组层片内。现在，第一组层片的第一部分布置在第二组层片的一侧上，并且第一组层片的第二部分布置在第二组层片的另一侧上。以横向方式布置的单个层片组的使用将加强层，并且仍将允许层被弯折成弯曲的形状。
木材模块通过穿孔钢板4的使用而彼此连接。图3中示出了穿孔钢板的第一示例。每个木材模块设置有用于每个穿孔钢板的缝隙11。在所示的示例中，缝隙11沿木材模块的交叉方向延伸，即从木材模块的外表面到内表面，垂直于木材模块的内表面21和外表面22。在其他应用中，特别是对于平的模块，缝隙也可以平行于外表面延伸。缝隙可以通过例如圆形锯或刨槽机切割。使用刨槽机的一个优点是，缝隙不必连续穿过整个木材模块。在刨槽机的情况下，可以在木材模块的外表面处留下薄壁。这样，木材模块的外表面将被封闭。这将允许木材模块具有平滑的外表面，该外表面不必进行修补以覆盖外表面中的缝隙。
缝隙的宽度相比于穿孔钢板更宽。优选地，在穿孔钢板与缝隙的每个侧壁之间设置有1mm的标称间隙。优选地，穿孔钢板4设置有一个或更多个突出部16，突出部16将为穿孔钢板提供距离装置，使得当钢板定位在间隙中时产生期望的间隙。优选地，突出部从穿孔钢板的表面沿每个方向延伸1mm，对应于缝隙的标称间隙。这将允许穿孔钢板在安装期间居中在缝隙中，使得胶水可以在穿孔钢板的两侧上均匀地展开。优选地，在制造期间将突出部压入穿孔钢板中。
穿孔钢板可以具有不同的形状，但优选是矩形形状。穿孔钢板包括由中心线13分隔的第一部分14和第二部分15。穿孔钢板相对于中心线对称，使得第一部分和第二部分相同。第一部分适于安装在第一木材模块中，并且第二部分适于安装在第二木材模块中，其中，中心线13布置在连接的分割线上，与第一木材模块2的上边缘和第二木材模块3的下边缘对准。穿孔钢板的宽度将取决于木材模块的厚度，但至少为60mm，并且长度至少为500mm。穿孔钢板的厚度优选介于2mm至4mm之间。
穿孔钢板4包括多个孔12。在所示示例中，孔是圆形的，但也可能是其他形状，比如椭圆孔或椭圆形孔。优选地，圆形孔具有10mm的直径，但也可能是其他尺寸。孔以与其他孔相距预定距离的方式定位，并且与穿孔钢板的侧部相距预定距离。在穿孔钢板的中心线与最接近的孔之间还存在预定距离。孔可以以行和列放置，或者可以以偏移的布置结构来定位。也可以改变穿孔钢板的孔密度。图4示出了其中最接近中心线的孔密度被减小的穿孔钢板的示例。
穿孔钢板通过使用胶水而安装至木材模块。优选地，在穿孔钢板已经定位在缝隙中之后，将胶水注入至缝隙中。也可以用预定量的胶水填充缝隙并且其后插入穿孔钢板。在这种情况下有利的是，使穿孔钢板振动而使得空气能够逸出。
当穿孔钢板定位在缝隙中时，将胶水注入至缝隙中使得穿孔钢板的一半被胶合至木材模块。优选地，在注入胶水之前缝隙的开口侧被覆盖，使得缝隙被完全填充，并且胶水在硬化期间不会逸出。可以使用胶带等来覆盖木材模块的缝隙。
优选地，在最终产品的组装期间穿孔钢板被安装至木材模块。用于模块的穿孔钢板的数量通过计算接合件所必须承受的力来确定。可以使用不同类型的胶水。合适的胶水是双组分胶水，例如基于环氧树脂，但也可以使用其他类型，比如湿气固化的聚氨酯。优选地，胶水从缝隙的最低部分注入，使得胶水将能够均匀地展开，并且使得气泡不被封闭。胶水可以通过钻出的注入孔注入，该注入孔在进行注入之后被堵塞。
木材连接件1可以用于连接不同尺寸和形状的单板层积材木材模块。在一个示例中，木材连接件用于安装层压的木材塔30，其中弯曲的模块2、3安装至彼此以形成圆形部段31，其中每个圆形部段包括多个弯曲的模块2、3。图5中示出了层压的木材塔的示例。然后圆形部段通过使用木材连接件1而安装至彼此以形成层压的木材塔。安装弯曲的模块以形成圆形部段可以利用特定的接合件来完成，该特定的接合件可以包括例如弯曲的模块的槽口，该弯曲的模块的槽口与相邻弯曲的模块的槽口配合，其中弯曲的模块可以彼此锁定。也可以使用重叠的接合件，其中弯曲的模块的一些层与相邻弯曲的模块的一些层重叠。优选地，弯曲的模块用胶水和螺钉沿侧面方向安装至彼此。也可以使用穿孔钢板将弯曲的模块安装至圆形部段。
圆形部段通过使用本发明木材连接件1安装至彼此。木材连接件可以承受风力涡轮机经受空气力时出现的拉伸力。塔的一侧将经受压缩力，压缩力将由木材模块处理，并且另一侧将经受拉伸力，拉伸力将由弯曲的木材模块和木材连接件处理。因此，木材连接件设计成对应于与弯曲的模块相同的拉伸载荷能力。弯折力和扭转力将由弯曲的模块的交叉的层压结构处理。
图6示出了包括层压的木材塔30的风力发电塔40的示例。所示的风力发电塔可能高达100米甚至更多，并且在所示的示例中，风力发电塔朝向塔的顶部稍微渐缩。塔固定至例如包括在塔中向上延伸的钢筋的地基41，下部木制部段利用例如螺钉附接至该地基。门可以设置在下部的弯曲的模块中的一者中。在塔的顶部上，设置有包括转子43和发电机的机舱42。根据使用的发电机类型，还可以安装变速器。
本发明不应被视为限于以上所描述的实施方式，在所附专利权利要求的范围内的许多另外的变型和改型是可行的。弯曲的模块可以用于其他圆形物体，比如木制管，并且可以具有各种尺寸。直的木材部段可以用于例如木制壳体中的较大的壁。
附图标记
1：木材连接件
2：第一弯曲的模块
3：第二弯曲的模块
4：穿孔钢板
11：缝隙
12：孔
13：中心线
14：第一部分
15：第二部分
16：突出部
17：木材层
18：单板层片
19：第一组层片
20：第二组层片
21：内表面
22：外表面
30：层压的木材塔
31：圆形部段
40：风力发电塔
41：地基
42：机舱
43：转子。
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