Главная страница > Архитектурный Блог - стр 1 > Японские деревянные соединения

Узлы соединения деревянных элементов в традиционной японской архитектуре (книга).

В этой статье я расскажу о книге Wood Joints in Classical Japanese Architecture 1991 г. (авторы Torashichi Sumiyoshi, Gento Matsui). Я большой любитель деревянного каркасного строительства, и поэтому меня не могла не восхитить японская технология строительства каркасных домов. Я долго искал подробную информацию о ней, и вот мне, наконец, попалась эта книга, которой я и хочу поделиться (книгу в pdf можно скачать ниже):

Традиционная архитектура японских жилищ, общественных и культовых зданий поражает своей гармоничностью, продуманностью и высочайшим качеством исполнения. Она изыскана и аскетична одновременно.

Традиционно японцы строили здания из дерева по причине наличия его в большом количестве, а также в силу наиболее подходящих технических параметров древесины. Деревянные каркасные здания наиболее распространены. Узлы соединения каркаса представляют особый интерес. Их сложность и высочайшее качество исполнения поражают. Глядя на эти узлы деревянного каркаса начинаешь понимать, почему у японцев такие автомобили и электроника. В данной книге собран перечень наиболее часто применяемых узлов стыковки деревянных строительных конструкций: колонн, ригелей, стропил и др. с чертежами и пояснениями. Книга на английском языке, но я привожу перевод пояснений к узлам ниже в этой статье.

японские деревянные соединения

японские деревянные соединения 2

Для объяснения того или иного технического решения, или даже системы или школы строительства всегда нужно понимать мотивацию зодчих, - задачи, которые перед ними ставили природа и заказчик. Необходимо вспомнить о высокой сейсмической активности Японии, которая расположена на стыке тектонических плит и магнитуда в 9 баллов - привычное дело. При сейсмическом воздействии здание испытывает значительные разнонаправленные ускорения, вызванные перемещениями грунта основания, которые вызывают в элементах и узлах конструкции такие усилия, о которых в несейсмическом строительстве никто не задумывается. В японских каркасах отсутствуют раскосы и иные диагональные связи жесткости, а также какие-либо металлические крепёжные элементы. Безраскосная рама при горизонтальных сейсмических нагрузках, деформируясь, поглощает энергию подобно вязко-упругой системе «пружина-амортизатор». Качается, но не ломается. Ещё одна специфическая сейсмозащитная особенность - японские каркасные дома не были жестко закреплены к фундаменту.

Для вдохновения: пример использования японских узлов для строительства дома исключительно ручными инструментами (ссылка на плейлист "Japanese Timberframe house"):

Скачать книгу Wood Joints in Classical Japanese Architecture в формате PDF (14,8 МБ).

Перевод пояснений к узлам, представленным в книге.

Для характеристики узлов, описанных в книге обратим внимание на характер внешних усилий, которые способен воспринять узел и введем условную шкалу:

N– способность воспринять продольное - вдоль бруса растяжение-сжатие. N0 – не воспринимает, N5 – воспринимает очень хорошо. Поскольку практически все узлы хорошо воспринимают сжатие, будем говорить только о растяжении.

Qх – вертикальная сдвиговая сила вверх, -Qх – вниз. Так же по шкале 1-5. При этом назначая верх и низ, нудно обращать внимание на наличие зуба, шпонки и. т. д.

Qy– горизонтальная сдвиговая сила в одну сторону, -Qy– в другую. Так же по шкале 1-5.

В тех случаях, когда поперечная сила не воспринимается - Q0, это как правило есть направление сборки деталей в узел.

Т – способность воспринять кручение бруса вокруг продольной оси.

Мх – нормальный изгиб в вертикальной плоскости.

My - изгиб из вертикальной плоскости.

Стр. 2-3. Ласточкин хвост вполдерева с зубом. N3, Qx0, -Qx3, Qy3, -Qy3, T2, Mx0, My1. Такой узел пригоден для лежней и обвязок. Но не пригоден для балок и столбов.

Стр. 6-7. Папа пришел к маме. Растянутый анкер. N5, Qx0, -Qx3, Qy2,-Qy2, T2, Mx0, Мy1. Стык дает замечательную работу на растяжение, о чем говорят результаты испытаний.

Стр. 18. Г-образная продольная шпонка. N0, Qx2, -Qx2, Qy2,-Qy2, T3, Mx0, Мy0. Стык малонагруженного столба. Форма шпонки делает стык с двух сторон «строгим».

Стр 19. Двойной шпунт с упором. N0, Qx0, -Qx2, Qy5,-Qy5, T2, Mx0, Мy0. Стык малонагруженного столба. «Строгий» с трех сторон. Мебельно-интерьерный ненагруженный стык.

Отдельную группу представляет разновидность стыков вполдерева или по-простому Окаки Дайсен Цуги – универсальный стык удлинения горизонтальных конструкций – лежней, балок, ферм. Общей особенностью является хорошая изгибная работа в плоскости и очень плохая – из плоскости. Также узел как правило уязвим к растяжению. Однако по описанным результатам испытаний бруса 105х105 разрушающая нагрузка для узла составила 4т, то есть почти половина прочности цельного сечения. А это – очень хороший результат.

Стр. 8-9. Z-образный Окаки Дайсен Цуги с шипами. Собирается вертикальной задвижкой деталей с боковой фиксацией нагелями. N3, Qx1, -Qx1, Qy3,-Qy3, T2, Mx5, Мy0. Слабые места – вертикальный сдвиг на срез нагелей, изгиб из плоскости - приводит к скалыванию по уязвимому направлению поперек волокон.

Стр 11-13. Канава Цуги – разновидность Окаки Дайсен Цуги снабженная продольным противосдвиговым шипом. Поскольку вдвижке деталей препятствует шип, сборка производится осевой расклинкой цетральным поперечным шкантом. Такой стык более устойчив к вертикальному сдвигу и немного лучше по изгибу из плоскости. N3, Qx3, -Qx3, Qy3,-Qy3, T2, Mx5, Мy1. Обжатие рабочих поверхностей расклинкой исключает возникновение люфтов соединения.

Стр 15. Ширибасами Цуги идентичен Канава Цуги и по конструкции и по методу сборки, а значит и по воспринимаемым нагрузкам. Очевидно, есть эстетический мотив – шипы скрыты от глаз.

Стр. 17. Мешири. Упорный стык удлинения столба с крестовым шипом. Работает на сжатие, сдвиг и кручение. N0, Qx4, -Qx4, Qy4,-Qy4, T4, Mx0, Мy0.

Стр 34. Саоцуги. Растянутый анкер подобен по назначению представленному на стр. 6-7. Однако якорный блок у этого узла более развит. Два боковых шипа предотвращают горизонтальный сдвиг, и незначительно – односторонний вертикальнфй сдвиг. Сборка осуществляется осевой задвижкой с последующей расклинкой прямоугольными шкантами-упорами. С точки зрения основной функции – принять растяжение исключительно академичный и математически выверенный узел. Уязвим к изгибу в вертикальной плоскости. N5, Qx4, -Qx1, Qy4,-Qy4, T3, Mx0, Мy2.

Стр 20. Хакомешири. Строгий упорный стык с фасонным шипом. Интерьерно-мебельный. Не работает на растяжение. Фасонный шип позволяет хорошо воспринять сдвиги и кручение. Изготовить без ЧПУ фрезера практически невозможно. N0, Qx4, -Qx4, Qy4,-Qy4, T4, Mx0, Мy0.

Стр. 21 Ишука Цуги. Заячьи уши. Стык сращивания с изысканным декоративным исполнением. При продольном сжатии достигается эффект саморасклинки. В простом исполнении на растяжение не работает. Также уязвимы сходящие на ноль кончики ушей. В доработанном варианте кончики ушей оторцованы и снабжены шипами. С целью передать на узел растяжение устанавливается шкант-упор. N0/1, Qx4, -Qx4, Qy4,-Qy4, T1/4, Mx0, Мy0. Интересно, что на кручение он работает по-разному по и против часовой стрелки, но сделан от явно не для скручивания.

Стр. 22-23. Диагональные уши. Эту форму и понять-то сложно, не то что изготовить. Восточный подвох состоит видимо, в том, что вдвинутые друг в друга детали взаимно расклиниваются настолько, что разобрать узел, растянув детали обратно не удается. Однако для страховки предусмотрен замковый шкант. Функциональности мало, зато есть мастерский шик. N2, Qx3, -Qx3, Qy3,-Qy3, T3, Mx1, Мy1.

Вверху страницы представлен стык балки вполдерева на столбе с торцевым шипом.

Стр. 24-25. Миядзима. Еще двое из семейства диагональных встречных заячих ушей. Первый стык несимметричный с замковым шкантом, второй попроще, симметричный. Декоративные стыки изысканного дизайна. Чтобы клиент видел, за что платит деньги. Видимо японцы не только рыбу разделывать по 20 лет учатся. N0-1, Qx3, -Qx3, Qy3,-Qy3, T3, Mx1, Мy1.

Стр 26-27. Кокуши Цуги. Интерьерно-мебельный стык с односторонним строгим швом по 2-м лицевым сторонам и замком в полдерева с изнанки. Для идеального центрирования, минимизации зазоров и повышения сдвиговой способности, снабжен шипом у острия и фасонным шпунтом у основания. Красота требует жертв, поэтому несущая способность невелика. N1, Qx1, -Qx1, Qy1,-Qy1, T1, Mx0, Мy1. После полной вдвижки деталей в центральной части образуется отверстие, замыкаемое поперечной шпонкой.

Стр 28-29. Хако Диамочи. Ортогональная вариация Кокуши Цуги также с замковым элементом.

30-31. Хако Сен. Интерьерно-мебельный стык, 2 лицевые поверхности. Клин и ниша снабжены шпунтованными торцами и двумя взаимно перпендикулярными рабочими поверхностями, и соответственно, - двумя замковыми шпонками. Такая конструкция обеспечивает равнопрочную работу во взаимно перпендикулярных направлениях. N1, Qx2, -Qx1, Qy2,-Qy1, T2, Mx1, Мy1.

Стр 32-33. Хако Шачи. Хако Сен в ортогональном исполнении.

Стр 50-51. Джигоку Хозо. Слепой расклиночный стык бокового примыкания. Показан в разрезе. Шип саморасклинивается в глухом пазу во время установки подобно клиновому анкеру в бетон. Неразборный стык, требующий особого мастерства, поскольку грань между недостаточной прочностью и саморазрушением стыка при сборке очень тонка. Следует обратить внимание на зазор у торца шипа. Без него не удалось бы добиться плотного прилегания в лицевых швах при одновременном достаточном усилии расклинки. При воздействии воды происходит дополнительное обжатие в набухающих деталях. N2, Qx4, -Qx4, Qy4,-Qy4, T3, Mx1, Мy1.

Стр. 48-49. Вари Кусаби. Сквозной расклиночный стык бокового примыкания Показан в разрезе. Шип расклинивается в скозном пазу двумя клиньями после сборки в рабочее положение. Практичный и наглядный стык. Его, скажем так, вульгарные аналоги нам хорошо известны. Но тут важны нюансы. Двойной симметричный клин в фасонном пазу обладает выверенной веками геометрией. N3, Qx5, -Qx5, Qy5,-Qy5, T4, Mx1, Мy1.

Стр 36-37.Хашира Цуги. Стык наращивания несущей колонны (столба). Диагональный характер стыка говорит о желании развести направление сборки стыка с ортогональными направлениями действия основных усилий, поскольку направление сборки всегда самое уязвимое. Для угловой, например, колонны такое положение оптимально, поскольку приходящие на нее перекрестные балки не будут способствовать саморазборке соединения, а лишь передавать усилие друг на друга. Два мощных анкерных шипа, усиленных противосдвиговым центральным шпунтом обеспечивают отличную силовую работу на растяжение, сдвиги и моменты в рабочих плоскостях и кручение. Автор отмечает, что в качестве материала часто использовался вяз. Эта древесина устойчива к гниению и усадке. N5, Qx5, -Qx5, Qy5,-Qy5, T5, Mx4, Мy4.

Визуальным нюансом стыка является одинаковый след анкерного шипа по всем граням колонны. Несмотря на сложность изготовления стыковых деталей, их сборка в проектном положении максимально облегчена.

Стр. 38-39. Кай но Гуччи. Стык наращивания несущей колонны круглого сечения. Две встречные вилкообразные детали-четверти, вдвигаясь друг в друга, обеспечивают прочное силовое соединение, а способствует этому увеличенная длина стыка. Стык не работает на растяжение, поэтому должен быть обжат нагрузкой. Также возможна дополнительная фиксация поперечными нагелями, но изначально стык предназначен только для сжатых элементов. Внешне стык довольно эстетичен. Но главным преимуществом видится то, что сборка его происходит в одно движение, он незамедлительно самоцентрируется и способен воспринимать нагрузку – очевидное незаменимое преимущество на монтаже. Важным элементом являются торцевые шип-пазы на четвертях. Без них даже при небольшом изгибном усилии стык начинал бы раскрываться подобно ножницам и раскалываться вдоль бревна. Кроме того, работа шип-пазов страхуется кольцевыми металлическими обоймами. N0, Qx5, -Qx5, Qy5,-Qy5, T5, Mx4, Мy4

Стр 40-41. Хако Цуги. Интерьерный стык продольного сращивания Встречные призмы треугольного сечения вполдерева, снабженные торцевым замковым шипом Г-формы обеспечивают достаточно высокую несущую способность. Фиксация стыка осуществляется поперечно-диагональным шкантом, позволяющим стыку хоть немного воспринять продольное растяжение. В этом есть декоративная фишка - След шканта, выходящий не на грань, а на ребро смотрится непривычно. N2, Qx4, -Qx4, Qy4,-Qy4, T4, Mx3, Мy3.

В Осаке в 1585-98 годах трудами полководца Тоётоми Хидэёси на территории площадью в один квадратный километр возносится на вершине каменной насыпи Замок, предназначенной для защиты от нападений воинов-меченосцев. В её основание заложены громадные валуны, наиболее крупные из которых достигают шести метров в высоту и четырнадцати метров в ширину. Замок имеет пять этажей; ещё три подземных уровня уходят в глубь насыпи. На строительстве было одновременно занято от 20 до 30 тысяч человек.

Стр. 42-43. Стыковка колонны врат Отемон Замка в Осаке. Больше такого узла нигде не встречали. Уникальный узел с фасонными плоскостями шипов собирался диагонально-поперечной задвижкой. Вероятно, что его в оригинале было невозможно разобрать, - никто не пробовал. Но по результатам рентгеноскопии было установлено полное отсутсвие зазоров по всем контактным поверхностям, т. е. стык находится в обжатом состоянии. Стык обладает эстетикой и прочностью. Изготовление требует колоссального мастерства и машиностроительной точности. Предположу, что для разметки плоскостей с помощью шаблона на материал потребуется перенести не менее сотни базовых точек. N3, Qx5, -Qx5, Qy5,-Qy5, T5, Mx2, Мy2.

_______________________________________________________________________________________________

!Материалы из статьи могут быть использованы только с активной ссылкой на сайт-источник!

_______________________________________________________________________________________________

Похожие статьи в Блоге:

Традиционная архитектура Японии.

Японская традиционная архитектура является одним из самых ярких проявлений японской культуры, и вы можете найти уникальные элементы архитектуры в замках, храмах, святынях, а также домах. Японская архитектура развивалась под влиянием Китая и Кореи. Начиная с современной эпохи, западная культура также оказала влияние, но в то же время сохранился отчётливый и уникальный японский стиль архитектуры, интегрированный с природной средой и культурой Японии. В этой статье я расскажу об основных элементах традиционной архитектуры японского жилища...

_____________________________________________________________________________________

Древняя архитектура Непала.

Слияние необычных по своей простоте и актуальных по сей день непальских стилей зодчества уникально тем, что большинство из «ингредиентов» этого архитектурного коктейля не встречается ни в чистом виде, ни в каких бы то ни было сочетаниях, больше нигде в мире...

_____________________________________________________________________________________

Старинные книги по архитектуре

Здесь собрана подборка признанных масштабных трудов по архитектуре прошлых эпох таких авторитетных архитекторов, как Витрувий и Андреа Палладио, у которых, определённо, есть, чему поучиться. А также российские дореволюционные книги по строительству и архитектуре...

_____________________________________________________________________________________

Архитектура древнего Рима

Архитектура древнего Рима во многом продолжила наследие, оставленное греческими архитекторами. Римляне также были новаторами, и они объединили новые строительные технологии и материалы с креативным дизайном, чтобы создать целый ряд совершенно новых архитектурных сооружений. Типичные инновационные римские здания включали базилику, триумфальную арку, монументальный акведук, амфитеатр и жилой квартал...

__________________________________________________________________________________________________________