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

Изобретение относится к строительству, а именно к комбинированным балкам из деревянных и металлических или других конструкционных материалов.

Известна металлодеревянная балка, содержащая сжатый деревянный пояс и элементы усиления в виде металлического растянутого пояса и стержней-распорок, обеспечивающих взаимное расположение сжатого и растянутого поясов на расстоянии один от другого [1].

Недостаток известной балки заключается в нерациональном конструктивном сопряжении материалов с резко отличающимися прочностными характеристиками, что ограничивает развитие сжатого пояса в ширину по соображениям работы на местный изгиб или приводит к перерасходу материалов.

Наиболее близкой к изобретению являетcя металлодеревянная балка, включающая деревянный сжатый и растянутый пояса и соединительные элементы [2].

Недостатком такой балки является повышенная материалоемкость всех основных ее частей при недостаточно высоких эксплуатационных качествах, в частности невозможность или повышенные конструктивные трудности и экономические издержки, связанные с развитием ширины сжатого пояса, до превращения конструкции в балку-плиту. Это обусловлено значительной разницей в удельной прочности дерева и металла, не нашедшей адекватного и рационального отображения в форме соединительных и перераспределяющих нагрузки и усилия элементах.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств при снижении материалоемкости поясов и веса балки.

На фиг. 1 изображена балка, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вариант балки с неполностью замкнутыми складчатыми соединительными элементами, вид сбоку; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 4; на фиг. 7 - вариант балки с соединительными элементами в виде спаренных веерообразных складок, вид сбоку; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез Е-Е на фиг. 7; на фиг. 10 - вариант балки с соединительным элементом между сжатым и растянутым поясами в виде моно- или секционированной складчатыми и плоскими или квазиплоскими вставками примыкания к сжатому и растянутому поясам; на фиг. 11 - разрез Ж-Ж на фиг. 1; на фиг. 12 - разрез З-З на фиг. 10; на фиг. 13-15 - варианты поперечных сечений балки; на фиг. 16 - вариант выполнения балки, вид сбоку; на фиг. 17 - разрез И-И на фиг. 16; на фиг. 18 - разрез К-К на фиг. 16; на фиг. 19 - вариант выполнения балки; на фиг. 20 - разрез Л-Л на фиг. 19; на фиг. 21 - вариант выполнения балки, поперечное сечение; на фиг. 22 - сечение М-М на фиг. 21; на фиг. 23 - фрагмент варианта балки, вид сбоку; на фиг. 24 - сечение Н-Н на фиг. 23; на фиг. 25-27 - в аксонометрии фрагменты вариантов балки с соединительными элементами в виде складок; на фиг. 28-37 - в аксонометрии фрагменты вариантов балки с соединительными элементами в виде оболочек.

Балка включает сжатый пояс 1 и растянутый пояс 2, скрепленные на относе один от другого соединительными элементами 3. Сжатый пояс 1 выполнен деревянным, в том числе цельным или клеенодеревянным, или композиционным с включением деревянных или деревосодержащих элементов. В различных конструктивных решениях балка может быть снабжена дополнительными опорными элементами 4, если опирание балки предусмотрено исключительно или преимущественно на нижний растянутый пояс 2. Однако наличие или отсутствие опорный элементов 4 определяется конкретной частной схемой опирания балки.

Сжатый пояс 1 выполнен более развитым из менее прочного или по крайней мере с менее развитым по площади поперечным сечением, чем растянутый пояс 2, и из менее прочного материала, чем соединительные элементы.

Соединительные элементы 3 выполнены из пространственно развитых дискретных оболочек 5, преимущественно сужающихся к растянутому поясу 2, по крайней мере в проекции на плоскость поперечного сечения балки. Оболочки выполнены различной конфигурации, но общим для них является их замкнутость в пределах высоты соединительного элемента. Однако изобретением предусмотрено выполнение соединительных элементов 3, частично замкнутых по высоте, например, в виде спаренных оболочек 5, объединенных в пределах всего контура опирания на сжатый пояс 1 и в приопорной зоне у сжатого пояса. В остальном высотном интервале между поясами 1 и 2 оболочки 5 разомкнуты и состоят из двух раскосных частей, наклоненных под углом друг к другу. На растянутом поясе 2 каждая двухраскосная оболочка может быть прикреплена автономно или соединена опорной частью 6 со смежной опорной частью с опорной частью следующей за ней оболочки 5 соединительного элемента 3 (фиг. 4).

Изобретением предусмотрено вариантное выполнение всей системы соединительных элементов 3 по типу оболочек 5 в виде единого конструктива, например выштампованными из единого исходного листа.

Соединительные элементы 3 в соответствии с изобретением могут быть выполнены в виде веерообразных складок 7, ориентированных поперек пролета балки или расположенных под углами к условной продольной плоскости, проходящей через линии центров ее поясов 1 и 2, например, под встречно направленными углами. Конструктивно соединительные элементы 3 в виде складок 7 могут быть одинарными или попарно объединены в уровне растянутого пояса 2 посредством переходной опорной площадки 8 (фиг. 7, 8), или в уровне опорной площадки 9 у сжатого пояса 1.

Логическим развитием последнего является разработанное в изобретении конструктивное исполнение всей системы соединительных элементов 3 по длине балки или ее секций в виде единого конструктива 7, как показано на фиг. 11.

Общим для всех перечисленных конструктивных разновидностей соединительных элементов 3 в виде оболочек и складок является то, что расстояние между крайними точками каждого из них в уровне контакта со сжатым поясом 1, измеренное в проекции на плоскость, поперечную продольной оси балки, имеет величину, большую, чем между аналогичными крайними точками в уровне контакта этих оболочек или складок с растянутым поясом 2 в проекции на ту же плоскость. И лишь в частных случаях, возможных наряду с сужением к поясу 2 оболочек тонкостенные, имеющие в сечении ширину, как правило, не менее половины ширины сжатого пояса или превышающее ее, могут быть выполнены с нулевым схождением ширины к растянутому поясу 2.

В другом направлении, т.е. вдоль растянутого пояса в приопорной с ним зоне и в уровне контакта с ним, соединительные элементы 3 могут быть в любом соотношении с длиной контакта со сжатым поясом в направлении пролета балки. Так, в некоторых вариантах продольный размер контактного контура соединительных элементов у сжатого пояса 1 больше, чем у растянутого 2. В других вариантах, а точнее, в частных случаях этих вариантов, продольные размеры контактных контуров у обоих поясов 1 и 2 могут быть равны. Предусмотрены варианты конструктивного исполнения соединительных элементов 3, продольные размеры контактного контура с растянутым поясом 2 могут быть большими или, в том числе, большими, чем у сжатого пояса 1.

По форме соединительные элементы из тонкостенных развитых оболочек и/или складок могут быть, кроме перечисленных, выполненными в виде одного элемента с оболочкой и в этом частном случае, например, складки соединительных элементов могут быть ориентированы вершинами и вдоль пролета балки, будучи конструктивно решенными веерообразно сужающимися к растянутому поясу 2.

Для более полного и рационального использования конструкционных и прочностных свойств материала соединительных элементов последние в любом вариантном исполнении могут быть, например, усиленными в сужающейся к растянутому поясу 2 части их высоты. Это обеспечивается либо ступенчатым наращиванием толщины материала соединительных элементов 3 в указанном направлении, например дублированием, и/или кратным наращиванием числа слоев материала, либо применением для соединительных элементов исходных листов переменной толщины.

Изобретением предусмотрены модификации конструктивного использования сжатого пояса 1 от сплошного деревянного в виде развитого в ширину бруса или толстой доски положенной плашмя, до комбинированных, включающих сочетание деревянного сердечника 10 с охватывающей его и плотно соединенной с ним оболочкой 11. Либо сжатый пояс может содержать деревянную или композиционную с деревянным наполнением плиту 12, одну или более усиленную плоским или ступенчатым высокопрочным листовым элементом 13, одним или более одного.

Взаимное расположение элементов 12 и 13 может быть также различным в соотношении с решаемой задачей. Так, расположение плиты над элементом усиления 13 целесообразнее в междуэтажных перекрытиях или, когда конструктивно необходимо соединение, например, включающее приклеивание деревянных или пластмассовых элементов ограждения. А расположение элементов усиления 13 над деревянными или деревосодержащими плитами 12 представляет готовое решение участка покрытия с кровлей, не требующих дополнительной защиты от внешних воздействий (влаги, солнечной радиации и т.п.).

В объеме изобретения разработана модификация пролетной конструкции, включающая развитый до размеров плиты 14 сжатый пояс 1, подкрепленный и связанный через многорядную систему соединительных элементов 3 с системой 15 растянутых поясов 2, которая при необходимости может быть дополнительно раскреплена поперечными поясными элементами 16 с образованием решетчато-перекрестного нижнего пояса конструкции, которую в этой модификации можно трактовать как балку-плиту. Опирание такой балки-плиты может быть как на две, так и на большее число сторон.

Конструкция работает следующим образом.

Распределенная нагрузка от опертых на сжатый пояс 1 балки ограждающих элементов и эксплуатационных воздействий рассредоточено, благодаря развитому контуру опирания передается на соединительные элементы 3 и через них - на растянутый пояс 2. Вследствие предложенного решения соединительных элементов и их сочетания с поясами балки все ее элементы вовлечены в работу по наиболее рациональной схеме, чем достигается экономия материалов и веса балки. Технологическая возможность получения ее элементов и частей штамповкой из листовых элементов и эффективного обеспечения совместной работы с деревянными элементами обеспечивает в совокупности достижение положительного эффекта, соответствующего цели изобретения.

Область исползования: в комбинированных балках из деревянных и металлических или других конструкционных материаллов. Сущность изобретения: балка включает сжатый и растянутый пояса, скрепленные на относе один от другого соединительными элементами. Соединительные элементы выполнены из дискретных или объединенныхпо длине балки оболочек и/или складок, ориентированных под углом к продольной оси балки и прикрепленных по крайней мере к сжатому поясу по контактному контуру оболочек или складок, причем расстояние между крайними их точками в уровне контакта со сжатым поясом в проекции на поперечную плоскость выполнено по крайней мере не меньшим, чем между соответствующими точками в уровне контакта оболочек или складок с растянутым поясом в проекции на ту же плоскость. Предусмотрены варианты выполнения балки. 19 з.п. ф-лы, 37 ил.

БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н П .