Результат интеллектуальной деятельности: ДЕРЕВЯННАЯ БАЛКА

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к изгибаемым деревянным конструкциям типа балок, преимущественно, из клееной древесины, и может быть использовано при новом строительстве, а также при усилении в покрытиях и перекрытиях зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения.

Известна деревянная балка, состоящая из пакета клееных досок и вклеенной в него арматуры, при этом в нижней растянутой зоне клееного пакета установлена горизонтальная арматура с отгибами на приопорных зонах, а в верхней сжатой зоне установлена горизонтальная арматура с обрывами на приопорных зонах в сечениях, проходящих через точки перегиба арматуры растянутой зоны (RU 117474, E04C 3/14, 27.06.2012). Арматурные стержни установлены в вертикальной плоскости симметрии балки, а пакет клееных досок составлен из парных заготовок, в каждой из которых со стороны плоскости сплачивания фрезеруются пазы для вклейки арматуры.

Недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость изготовления клееной балки, обусловленная необходимостью фрезеровки пазов, вклеиванием арматуры, для чего требуется специальное оборудование, что приводит к повышению трудоемкости изготовления балки и значительному дополнительному расходу клея. Кроме того, недостатком данного технического решения является низкая несущая способность клееной балки при действии на нее больших по величине поперечных сил при предложенном армировании каждого из опорных участков балки одиночным отгибом.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является деревянная балка с металлической арматурой, которая закреплена на боковых поверхностях деревянной балки и выполнена в виде полос, врезанных ребром в древесину и изогнутых полностью или только по концам в замкнутый контур (SU 84267, E04C 3/14, 26.07.1949 г.).

Недостатком известного технического решения является повышенная трудоемкость изготовления деревянной балки, обусловленная необходимостью устройства пазов и установки в них металлических изогнутых полос. Отсутствие специальных устройств для обеспечения совместной работы металлических полос и древесины балки не обеспечивает надежного сцепления между ними, что приводит к повышению деформативности балки и снижению ее несущей способности. Кроме того, недостатком данного технического решения является низкая несущая способность деревянной балки при действии на нее больших по величине поперечных сил при армировании опорных участков балки одиночными петлевыми отгибами.

Задача изобретения - снижение трудоемкости изготовления и повышение несущей способности деревянной балки, в частности, на действие поперечных сил, а также снижение материалоемкости.

Технический результат достигается тем, что деревянная балка, включающая пакет клееных досок и металлическую арматуру, содержит металлическую арматуру, которая выполнена в виде парных каркасов из верхних и нижних продольных и наклонных стержней, прикрепленных к боковым поверхностям пакета клееных досок C-образными зубчатыми полосами, имеющими зубья в зоне примыкания к боковым поверхностям пакета клееных досок и отверстия на горизонтальных плоскостях, в которые установлены нагели, при этом C-образные зубчатые полосы имеют переменную ширину, увеличивающуюся от середины деревянной балки к ее опорам в соответствии с эпюрой сдвигающих напряжений в деревянной балке, и переменный шаг, уменьшающийся от опор деревянной балки к ее середине в соответствии с эпюрой усилий в верхних продольных стержнях.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- фиг. 1 - общий вид деревянной балки;

- фиг. 2 - поперечное сечение А-А;

- фиг. 3 - фрагмент парного каркаса с C-образными зубчатыми полосами.

Деревянная балка, располагаемая на опорах 1, состоит из пакета клееных досок 2, к боковым поверхностям которых с помощью С-образных зубчатых полос 3, например из стали, прикреплены парные каркасы 4, состоящие из продольных верхних стержней 5, продольных нижних стержней 6 и наклонных стержней 7 (фиг. 1), например, из стали круглого, квадратного, круглого периодического сечения. С-образные зубчатые полосы 3 жестко объединены с парными каркасами 4 за счет крепления продольных верхних стержней 5, продольных нижних стержней 6 и наклонных стержней 7 к С-образным зубчатым полосам 3, например, с помощью контактной сварки (фиг. 3).

С-образные зубчатые полосы 3 прикреплены к пакету клееных досок 2 путем охвата его поперечного сечения (фиг. 2) и обжатия, например, струбцинами, домкратами или другими устройствами для обжатия деталей. При этом зубья 8 С-образных зубчатых полос 3 проникают в древесину пакета клееных досок 2 и обеспечивают неразъемность и прочность их соединения. На горизонтальных плоскостях пакета клееных досок 2 С-образные зубчатые полосы 3 имеют отверстия 9, в которые устанавливаются нагели 10, например самонарезающиеся винты, гвозди, глухари и т.п.

Крепление парных каркасов 4 с помощью С-образных зубчатых полос 3 на наружных поверхностях пакета клееных досок 2 позволяет отказаться от дополнительных трудоемких операций по устройству в древесине деревянной балки пазов, прорезей, установке в них арматурных стержней, в том числе и с их изгибом, склейке арматурных элементов и древесины, что приводит к существенному снижению трудоемкости изготовления деревянной балки в целом. Дополнительно обеспечивается экономия клея.

Продольные верхние стержни 5 и продольные нижние стержни 6 парных каркасов 4 за счет их крепления к C-образным зубчатым полосам 3 работают совместно с древесиной пакета клееных досок 2. При этом продольные верхние стержни 5 воспринимают сжимающие усилия, а продольные нижние стержни 6 - растягивающие, а также возникает внутренняя пара сил и соответствующий ей внутренний изгибающий момент, обратный по направлению изгибающему моменту от внешних сил, что приводит к уменьшению изгибающего момента от внешних сил и, как следствие, к повышению несущей способности деревянной балки.

Наклонные стержни 7 жестко прикреплены к C-образным зубчатым полосам 3 и продольным верхним стержням 5 и продольным нижним стержням 6 парных каркасов 4 и работают совместно с древесиной пакета клееных досок 2. При действии внешней нагрузки на деревянную балку в наклонных стержнях 7 возникают растягивающие усилия и обеспечивается восприятие части поперечных сил от внешней нагрузки, что приводит к уменьшению поперечных сил в деревянной балке и, как следствие, к повышению несущей способности.

Наличие в наклонных стержнях 7 растягивающих усилий дает возможность полностью использовать прочностные свойства стали, а следовательно, уменьшить поперечное сечение наклонных стержней 7, что также приводит к повышению несущей способности деревянной балки.

С-образная форма зубчатых полос 3 позволяет фиксировать проектное положение парных каркасов 4 при их креплении к пакету клееных досок 2.

Наличие зубьев 8 на вертикальных частях С-образных зубчатых полос 3, прикрепляемых к боковым поверхностям пакета клееных досок 2, обеспечивает восприятие сдвигающих усилий между парными каркасами 4 и древесиной пакета клееных досок 2, позволяет отказаться от ряда технологических операций при изготовлении деревянной балки 1, что снижет трудоемкость изготовления.

Наличие отверстий 9 на горизонтальных частях С-образных зубчатых полос 3, примыкающих к горизонтальным плоскостям пакета клееных досок 2, позволяет обеспечить их крепление нагелями 10, а отсутствие на этих частях зубьев 8 позволяет осуществить крепление парных каркасов 4 к пакету клееных досок 2 без деформации этих участков C-образных зубчатых полос 3, что в целом снижает трудоемкость изготовления деревянной балки.

C-образная форма зубчатых полос 3 с размещением зубьев 8 только на их вертикальных частях, примыкающих к боковым поверхностям пакета клееных досок 2, позволяет использовать простые и эффективные технические средства в виде струбцин или домкратов для сборки деревянной балки, что также снижает трудоемкость ее изготовления.

Увеличение ширины b C-образных зубчатых полос 6 в соответствии с эпюрой сдвигающих напряжений, возникающих в деревянной балке от внешней нагрузки, от середины деревянной балки к ее опорам 1 позволяет обеспечить выравнивание их значений в соединениях C-образных зубчатых полос 3 с древесиной деревянной пакета клееных досок 2 по ее длине деревянной балки и, как следствие, снизить расход стали на C-образные зубчатые полосы 3, и снизить материалоемкость деревянной балки в целом.

В верхних продольных стержнях 5 парных каркасов 4 при действии внешних нагрузок возникают сжимающие усилия, величина которых возрастает от опор 1 деревянной балки к ее середине. Несущую способность продольных стержней 5, которые работают на сжатие, определяет предельное состояние, обусловленное устойчивостью их формы. Уменьшение шага S (фиг. 1) С-образных зубчатых полос 3 от опор 1 деревянной балки к ее середине в соответствии с эпюрой сжимающих усилий в верхних продольных стержнях 5 парных каркасов 4 позволяет уменьшать значение их расчетных длин (фиг. 1), а следовательно, увеличивать коэффициент устойчивости при центральном сжатии от опор к середине деревянной балки, что позволяет увеличивать значения критических напряжений в сжатых верхних продольных стержнях 5 и уменьшать их поперечные сечения, что в итоге приводит к снижению расхода стали на C-образные зубчатые полосы 3 и позволяет снизить материалоемкость деревянной балки в целом.

Парные каркасы 4 и C-образные зубчатые полосы 3 изготавливаются отдельно и объединяются, например, с помощью контактной сварки, хомутов и т.п. между собой с использованием точных шаблонов, затем они закрепляются на пакете клееных досок 2 путем охвата его поперечного сечения и обжатия, например, с помощью струбцин, домкратов или других устройств для обжатия деталей C-образными зубчатыми полосами 3, а на горизонтальных плоскостях пакета клееных досок 2 в отверстия 9 C-образных зубчатых полос 3 устанавливаются нагели 10, например, самонарезающиеся винты, гвозди, глухари и т.п.

Предлагаемое изобретение позволит снизить материалоемкость, трудоемкость изготовления и повысить несущую способность деревянной балки. Изобретение может быть использовано как при новом строительстве, так и при усилении эксплуатируемых деревянных балок.