БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н.П. Российский патент 1995 года по МПК E04C3/18 E04C3/292 

Изобретение относится к строительству, а именно к несущим пролетным конструкциям балочного типа на основе древесины или древесных материалов.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является балка, содержащая сжатый пояс из древесины, подкрепленный металлическими стержневыми элементами и растяжкой [1] . Однако существенным недостатком известной конструкции являются относительно невысокие эксплуатационные качества, обусловленные малой жесткостью балки. Конструктивно - это следствие расположения подкрепляющих стержневых элементов, сосредоточенных в плоскости, проходящей через линии центров поясов либо параллельно ей. В такой балке подкрепляющие элементы, как правило, не создают жестких дисков и устойчивость балки невелика как в продольной, так и в поперечной плоскостях, что сужает диапазон допустимых сочетаний нагрузок и их разновидностей.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств при работе на различные сочетания общих и местных нагрузок, а также технологичность изготовления.

На фиг.1 показана в ортогональной проекции балка, вид сбоку; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, вид с торца; фиг.3 - вариант с чередованием отклонения стержневых элементов, соединенных по верхним концам (у сжатого пояса) дополнительными стержневыми элементами; на фиг.4 - вариант с дублированно симметричным отклонением стержневых элементов; на фиг.5 - в плане направление схождения стержневых элементов к узлам растянутого (нижнего) пояса в варианте балки, представленном на фиг.2; на фиг.6 - аксонометрия нижней части балки (верхний пояс условно не показан); на фиг.7 - вариант балки на фиг. 6 со стержнями, зигзагообразно соединяющими узлы стержневых элементов в уровне примыкания к сжатому деревянному поясу; на фиг.8 - аксонометрия к фиг. 4; на фиг.9 и фиг.10- вид сбоку и вид с торца балки с трех- и четырехлучевым пространственным расположением стержневых элементов в узлах растянутого пояса; на фиг.11 - то же, аксонометрия, вид сверху; на фиг. 12 - то же, вариант с объединением стержневых элементов в сжатом поясе балки в диск дополнительными стержневыми элементами; на фиг.13 - в аксонометрии вариант объединения в диски стержневых элементов в уровне сжатого пояса (деревянный сжатый пояс балки условно не показан); на фиг.14 - в перевернутом положении деревянный сжатый пояс балки с зигзагообразным углублением под дополнительные стержневые элементы, соединяющие между собой концы основных стержневых элементов (к варианту фиг.2); на фиг.15 и фиг.16 - узлы крепления стержневых элементов к деревянному сжатому поясу; на фиг.17 и фиг.18 - варианты сечения к фиг.14 с заполнением углублений в деревянном поясе запрессованными и вклеенными в него стержневыми элементами различного профиля; на фиг. 19 и фиг.20 - фрагментарно в аксонометрии и в поперечном сечении варианты армирования деревянного сжатого пояса балки трехпоясными фермами; на фиг.21-25 - фрагменты подвижно-фиксированного крепления стержневых элементов в сжатом поясе.

Балка включает сжатый пояс 1, который выполнен деревянным либо клеенодеревянным, либо комбинированным с включением деревянных элементов, и растянутый пояс 2. Растянутый пояс 2 выполнен из более высокопрочных материалов - металлов, сплавов, композитов и поэтому менее материалоемок, чем сжатый пояс 1. Пояса 1 и 2 соединены между собой посредством пролетных 3 и опорных стержневых элементов 4. Пролетные стержневые элементы 3 сведены на растянутом поясе 2 в узлы 5, 6 и 7 по два, три или четыре стержня 3 в узле. Противоположные концы 8 стержневых элементов 3 соединены со сжатым поясом 1. При этом концы 8 стержневых элементов 3 или, по крайней мере, часть из них (например, на фиг. 11, 12, 13) отклонены вправо или влево от плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2. Изобретением предусмотрена широкая интерпретация и различные варианты устройства балки или точнее балки-фермы, однако во всех случаях каждая пара, выходящая из единого узла, например 5 или 6, на растянутом поясе 2, будучи соединенная концами 8 со сжатым поясом 1, образует с последним диски. Так, группа стержней 3 (фиг. 11), объединенных в каждом узле 6 растянутого пояса 2, образует со сжатым поясом 1 три плоских диска, которые в совокупности составляют один пространственный диск в виде перевернутой пирамиды. Кроме того, плоскости каждого из плоских дисков, образованных пролетными стержнями 3 совместно со сжатым поясом 1 в пределах вариантов балки-фермы, как правило, расположены под углом к плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2.

В целях унификации и повышения технологичности изготовления балки стержневые элементы 3 могут быть выполнены одинаковой длины, а различие вариантов их взаимного пространственного расположения достигается следующим конструкторско-технологическим приемом. Все концы 8 единой группы стержневых элементов 3 (фиг.11, 12, 2, 4-7 и 13) разнесены на сжатом поясе 1 по условной окружности, центр которой совпадает с проекцией центра соответствующего узла 6 (5,7) на обращенную к нему плоскость сжатого пояса 1. Этот прием позволяет также с соблюдением унификации и, если необходимо, одинакового сечения сжатых и растянутых стержней выравнивать использование их несущей способности, противопоставляя в пространственной решетке меньшему числу растянутых стержней (фиг.11) большее число сжатых. Последние, кроме того, могут быть отклонены от плоскости 9 на угол, соответствующий характеру загружения. Возможности данного приема расширяются еще более при введении варьирования радиуса условных окружностей на сжатом поясе 1 при переходе от одного узла 6 к другому. При этом обеспечивается новое качество, а именно возможность выполнения растянутого 2 или сжатого 1 поясов криволинейными или ломаными (условно не показано) при неизменной длине стержневых элементов 3. Для этого последние располагают каждый под своим углом к плоскости 9 и сжатому поясу 1.

Для металлодеревянной балки, балки-фермы существенно важным является то, что стержневые элементы 3, каждый под своим углом соединяющие пояса 1 и 2, могут быть попарно объединены в узлы 5 на растянутом поясе 2 (фиг.6, 7) и попарно от смежных узлов растянутого пояса 2 объединены на сжатом поясе 1. Такие пары объединенных под углами стержневых элементов 3 образуют пространственную последовательность дисков, поочередно отклоненных вправо и влево от условной плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2. Существенно, что каждые два взаимно наклоненных навстречу друг другу стержневых элемента 3, выходящих из двух смежных узлов 5 растянутого пояса 2, образуют с последними диски, а каждые два стержневых элемента 3, выходящие из общего для них узла 5 и разведенные по разные стороны от условной плоскости 9, образуют со сжатым поясом 2 диск, плоскость которого пересекает условную плоскость 9. Такая последовательность характерна для осуществления устройства, показанного на фиг.6 и 2, и дважды воспроизведена в конструкции, показанной на фиг.4 и 8.

Для увеличения эффекта подкрепления сжатого деревянного пояса 1 концы 8 стержневых элементов 3 в уровне контакта со сжатым поясом могут быть на всей его длине или по крайней мере на наиболее нагруженной или напряженной его части соединены между узлами дополнительными стержнями 12, в том числе с образованием ломаной складки (фиг.7), или дисков (фиг.12), или дисков и комбинированных плоских замкнутых систем (фиг.13). Последние терминологически следует понимать - "плоских в сжатом поясе балки, балки-фермы". Стержни (стержневые элементы) 12 выполняют по всей длине контактирующими с деревянным телом сжатого пояса 1 либо осуществляют их врезку в брус с образованием в нем щелевых канавок 13 (фиг.17 и 18) с плотной посадкой на клею для обеспечения совместной работы с ним (фиг.14, 16-18) и более полного использования прочностных свойств и материалов и повышения устойчивости соединяемых элементов.

Сжатый пояс 1 может быть армирован силовыми элементами 14 в виде коробчатого погонажного элемента, открытого, по крайней мере, с одной стороны, для фиксированного подвижного закрепления в них опорных оголовков 15 стержневых элементов 3, либо стержневые элементы 3 крепятся к выступающей части 16 элемента 15 (фиг.21, 22, 24 и 25). Открытая часть 17 элемента 14 может иметь вид прорези с фигурными кромками 18, создающими переменную ширину прорези. Такое решение позволяет заводить, например, с поворотом и фиксацией опорную часть 15 стержневых элементов 3 практически в любом месте по длине элемента. В этом решении опорная часть 15 стержневых элементов 3 выполняется с возможностью ее поворотов либо снабжается соответствующей известной поворотно-фиксирующей деталью (условно не показано). Конструктивно это может быть выполнено аналогично такому креплению самолетных кресел в современных пассажирских самолетах.

Аналогично может быть выполнен растянутый пояс 2 балки (фиг.24). Если элемент 14 развернут относительно стержневых элементов 3 и их узла 6, как показано на фиг.23, то его можно использовать для фиксированно-подвижного закрепления монтажного или технологического оборудования либо для крепления подвесных и других строительных конструкций (условно не показано).

Изобретением предусмотрена возможность расположения узлов 5, 6 и 7 стержневых элементов 3 с постоянным и переменным шагом на растянутом поясе 2, а на сжатом поясе 1 допустимы переменный шаг узлов 8 и амплитуда их отклонения от условной плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2.

Кроме того, изобретением предусмотрена при достаточно широком поясе 1, фактически превращающем балку, балку-ферму в ферму-плиту, выполнение двух или более растянутых поясов 2, приданных единому для них сжатому поясу 1. При наличии нескольких поясов 2 в конструкции расположение стержневых элементов 3 и узлов 5, 6, 7, 8 может быть как строго повторяющимся, так и автономным для каждого пояса 2.

Деревянный пояс 1, в расширенной трактовке совпадающий по функции со всеми рассмотренными выше вариантами сжатого пояса 1 балки, балки-фермы или фермы-плиты, конструктивно может быть комбинированным, в том числе армированным. Арматура 19 может быть выполнена в виде системы стержней из металлов или сплавов, или высокопрочных пластмасс, или композитов. Стержни арматуры закреплены по длине в объеме деревянного пояса 1, который в свою очередь может быть и составным и/или комбинированным, например, частично или полностью цементно-стружечным. Внутренние узлы 20 и/или 21 арматуры 19 или, по крайней мере, часть узлов может быть объединена со стержневыми элементами 3, а через них - с растянутым поясом 2. При отсутствии и у деревянного пояса 1 усиления в виде стержней 3 и поясов 2 последний через узлы 20 и/или 21 может быть прикреплен к другим конструкциям или захватам монтажных механизмов.

Арматура 19 может быть выполнена в виде трехпоясных ферм V-образных 22, Λ -образных 23 или в виде аналогичных либо складчатых каркасов с числом поясов не менее, так и более трех. При развитой толщине деревянного пояса 1 арматура может быть выполнена в виде трех- или четырехгранных пространственных ферм или армокаркасов. Для получения пространственных ферм или каркасов 19 достаточно, например, V-образные фермы 22 и Λ -образные фермы 23 пространственно замкнуть стержнями 24.

Более полно конструктивные и технологические возможности балки могут быть реализованы, если ее изготовление осуществляют с соблюдением операций, предусмотренных в разработанном в предлагаемом изобретении способе.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р 1. Изготавливают и частично собирают с соблюдением проектных размеров, технологических допусков и пространственной взаимосвязи металлические элементы металлодеревянной балки-фермы. Подготавливают форму для изготовления сжатого пояса балки сечением 200 х 700 мм. Укладывают в нее арматуру в виде Λ -образной трехпоясной 23 или трехгранной пространственной фермы (каркаса) с продольными стержнями 20 и 21 из стали диаметром 16 и диаметром соединяющих их вспомогательных стержней диаметром 10 мм, образующих внутреннюю решетку. На стержнях 20 с шагом, кратным проектному расположению узлов 8, для последующего соединения со стержневыми элементами 3 выполняют выпуски в виде арматурных концевиков или устанавливают закладные детали. Заполняют форму с арматурой цементно-стружечной смесью марки "300", уплотняют и заравнивают уложенную цементодеревянную смесь и выдерживают с термостатированием или подогревом до набора 75%-ной проектной прочности. Производят окончательную сборку конструкции, присоединяя свободные концы стержневых элементов внешнего каркаса к арматурным выпускам или закладным арматурного каркаса цементно-деревянного погонажного элемента. Кантуют конструкцию в положение, соответствующее проектному взаимному расположению поясов, складируют и распалубливают.

П р и м е р 2. Изготавливают послойные секции щита для клеенодеревянного погонажного элемента суммарным сечением 100 х 1200 мм. Одновременно с этим или предварительно на другой технологической линии изготавливают раздельно металлические конструкции внутреннего армирования 19 и внешнего каркаса. Укладывают в шаблон или кондуктор для укрупнительной сборки деревянного погонажного элемента его деревянные детали или секции и между ними размещают каркас или элементы армирования в виде соединенных между собой полос, L, - и I - профилей. Собирают деревянный пояс, соединяя его секции и отдельные деревянные элементы с каркасом и вводя в соединения клей. Подпрессовывают и термостатируют или подогревают щиты деревянного пояса для набора необходимой и достаточной прочности. Соединяют щит по узлам или выпускам внутренней арматуры с внешним каркасом, распалубливают и отправляют на склад или на строительный объект.

Такой способ изготовления металлодеревянных конструкций обеспечивает наиболее полное соединение по длине и объему разнопрочных материалов, дерева и высокопрочного армирования, а следовательно, наиболее оптимальное включение их в совместную работу, конструктивную простоту соединения дерева с каркасом и дает выигрыш в виде снижения трудоемкости и материалоемкости изготовления.

Применение данной балки, балки-фермы, фермы-плиты или отдельно деревянных поясов с арматурой в строительных объектах обеспечивает их рациональную работу на общие и местные нагрузки при экономии материалов в ответственных конструктивных элементах зданий, повышает надежность их работы, а в ряде случаев чрезвычайно важным становится такое преимущество данной конструкции, как снижение веса, что облегчает ее применение в сельском строительстве или на вновь осваиваемых строительных площадках.

Использование: в строительстве, в несущих конструкциях балочного типа для восприятия пролетных нагрузок. Сущность изобретения: в балке стержневые элементы сведены на растянутом поясе в узлы, проходящие через ее среднюю плоскость, а на растянутом часть их отклонена от средней плоскости, при этом все стержневые элементы одного узла могут иметь одинаковую длину. Деревянный элемент сжатого пояса балки армирован стержневыми элементами, образующими в нем плоскую или пространственную фермы. 14 з.п. ф-лы, 25 ил.

БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н П .

15. Балка по п. 12, отличающаяся тем, что пространственная ферма или структура выполнена V- или -образной, соединенной с узлами симметрично удаленных от него поясов.