СБОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИЗ СЛОИСТОЙ ДРЕВЕСИНЫ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОМПОНОВКА С ПРИМЕНЕНИЕМ СБОРНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2003 года по МПК E04C2/12 B27M3/00 

Изобретение касается сборного элемента из клееной слоистой древесины.

В строительстве из сборных элементов применяются предварительно изготовленные элементы, выполненные в виде стенных и/или потолочных элементов, монтируемых на стройплощадке. Известно, что такие элементы могут изготавливаться в виде бетонных монтажных блоков. Кроме того, известно, что подобные элементы, если они предназначены для использования в качестве стенных элементов, выполняются в виде легких строительных плит из древесной шерсти, древесного волокна или древесной стружки. Такие легкие строительные плиты пригодны лишь в качестве облицовочных плит и не могут применяться как несущие детали. Далее известны стенные элементы, представляющие собой раму, закрытую плитами-оболочками и заполненную изолирующим материалом. Эти элементы также не пригодны для использования в качестве несущих элементов.

В строительстве деревянных домов известен каркасный способ, согласно которому из клееных деревянных стропильных ферм сооружается несущий каркас стен, заполняемый затем материалами, не способными или частично способными нести нагрузку. Способ каркасного строительства не пригоден для использования в строительстве из сборных элементов.

Наконец известно блочное строительство, при котором массивные деревянные балки горизонтально укладываются одна на другую слоями. Метод блочного строительства также не пригоден для строительства из сборных элементов. Горизонтальное расположение балок может приводить к их разной осадке и тем самым - к короблению стен.

Кроме того, известны различные системы, в которых несущие, стенные или потолочные элементы выполнены из склеенных или сколоченных гвоздями слоев из досок.

Известные элементы из клееной слоистой древесины, например столярные плиты, состоят из нескольких слоев склеенных между собой деревянных деталей и используются для внутренней отделки, а также при изготовлении мебели. Как следствие применения дополнительных связующих веществ неизбежно имеют место излучения. Кроме того, связующие вещества образуют диффузионный барьер, предотвращающий или затрудняющий влагообмен. Химические связующие вещества, такие как синтетический клей и т.п., создают также проблемы при удалении остаточного и бывшего в употреблении материала, поскольку при сжигании выделяются вредные соединения. Другим недостатком является то, что не существует достаточного опыта в отношении элементов из клееной слоистой древесины, что не позволяет делать надежных выводов о старении и качественных изменениях по истечении десятилетий их эксплуатации в качестве стенных элементов. Такие элементы из клееной слоистой древесины описаны, например, в патентах AU 80770/82 В, SU 1377352 А или ЕР 0194238 В.

Применение уже в другой связи шпонок само по себе также известно. Так, например, в, патенте DE 727246 А показано угловое соединение для изготовления крутильно-жестких оконных рам, в котором соединение двух строительных деталей в шпунт и гребень дополнительно фиксируется шпонкой. Однако такие угловые соединения могут использоваться лишь в определенных случаях и не пригодны для стенных элементов.

В основу изобретения положена задача устранения указанных недостатков и создания элемента однородного состава из клееной слоистой древесины, в котором отсутствует склеивание и/или нет плоскостных гвоздевых соединений. Кроме того, в задачу изобретения входит обеспечение деревянного строительства сооружений и несущих конструкций, в частности домов, которое бы сочетало преимущества монолитного строительства с преимуществами строительства из сборных элементов.

Согласно изобретению это достигается тем, что соединение отдельных слоев предпочтительно осуществляется исключительно шпонками, проходящими через слои деревянных деталей по существу перпендикулярно. Таким образом создается элемент из клееной слоистой древесины, который можно полностью изготовить без применения химических или металлических связующих средств. Особенно хорошее соединение отдельных слоев достигается при размещении шпонок в виде растровой сетки. Предпочтительно, чтобы элемент из клееной слоистой древесины имел совершенно однородный состав и был выполнен исключительно из древесины. Отходы и бывшие в употреблении детали устраняются без проблем.

В целях улучшения статических свойств и жесткости элемента из клееной слоистой древесины в нем предусматривается минимум три слоя деревянных деталей, причем деревянные детали по меньшей мере одного внутреннего слоя предпочтительно образованы стойками. При этом, в частности, благоприятно предусматривать не менее двух расположенных в одном направлении слоев стоек, предпочтительно соседних друг другу. По меньшей мере один наружный слой деревянных элементов может быть образован досками.

Для достижения хороших статических свойств и высокой нагрузочной способности элемента из клееной слоистой древесины в продольном направлении предпочтительно, чтобы толщина слоев деревянных деталей составляла примерно от 8 до 120 мм. Толщина отдельных слоев устанавливается при этом в зависимости от конкретных требований, причем внутренние слои обычно рассчитываются с учетом статических, а наружные слои - с учетом звуко- и теплоизоляционных свойств. Поэтому толщина слоев может возрастать либо снаружи вовнутрь, либо изнутри наружу. Разумеется, можно также выполнять все слои одинаковой толщины. При этом ширина отдельных деревянных деталей может составлять от 40 до 400 мм.

В особенно предпочтительном варианте выполнения изобретения предусматривается осуществлять связь между шпонками и деревянными деталями по существу силовым замыканием за счет увеличения объема шпонок в результате выравнивания влажности между деревянными деталями слоев и шпонками. При изготовлении элементов из клееной слоистой древесины влагосодержание шпонок снижают по отношению к влагосодержанию деревянных деталей слоев и помещают сухие шпонки в отверстия, выполненные в деревянных деталях, причем размеры поперечных сечений шпонок и отверстий выбирают таким образом, чтобы вследствие объемного расширения шпонок в результате выравнивания влажности между деревянными деталями и шпонками возникала связь с силовым замыканием. За счет целенаправленного использования различной влажности древесины шпонок и деревянных деталей отдельных слоев достигается особенно высокое качество соединения. Шпонки соответственно высушиваются в большей степени, чем доски, в результате чего они после образования шпоночного соединения впитывают воду из окружающей древесины, выравнивая влажность. Это вызывает объемное расширение и превосходное заклинивание шпонок, а также увеличивает их прочность на извлечение. Дополнительная надежность и более быстрая обработка обеспечиваются фиксированием шпонок путем вбивания клиньев со стороны их торцов. При изготовлении элемента из клееной слоистой древесины полное закрепление шпонок достигается не сразу, поскольку выравнивание влажности требует определенного времени. В случае же вбивания клиньев в шпонки элемент из клееной древесины, обладая окончательной прочностью, может быть тотчас снят с пресса. Это позволяет ускорить производственный процесс. В дополнение к этому или в качестве альтернативы можно также обрабатывать шпонки перед вбиванием клиньев подходящей смесью из творога, извести и воды, что, в частности, усиливает эффект разбухания. Аналогичный состав много лет назад назывался казеиновым клеем и применялся для деревянных соединений.

При использовании предложенных согласно изобретению элементов из клееной слоистой древесины в высотном строительстве во многих случаях необходимо для восприятия зданием сил ветра обеспечивать высокую сопротивляемость элементов срезающим усилиям в плоскости конструктивного элемента. В стенах прямоугольных строений в результате ветровой нагрузки могут возникать поперечные силы, ориентированные параллельно направлению ветра, которые при недостаточной сопротивляемости могут вызывать параллелограммовидную деформацию элементов из клееной слоистой древесины. В нормальных условиях такая деформация предотвращается трением между отдельными слоями древесины. Поскольку расчетное определение сил трения в ряде случаев является затруднительным, при известных условиях предусматривается слой диагонально ориентированных деревянных деталей. Это позволят без проблем обеспечивать соответствующие прочностные характеристики, в том числе и при возникновении больших ветровых усилий.

При этом сборные элементы для строений создают путем соединения нескольких элементов из клееной слоистой древесины в крупноформатные узлы, в частности в стенные, потолочные и кровельные элементы, при этом соединение осуществляется предпочтительно в шпунт и гребень, врубкой внакладку, в виде ласточкина хвоста и/или болтами.

Идея такого способа деревянного строительства состоит в изготовлении стенных, потолочных и кровельных элементов из различных слоев досок или деревянных стоек, причем отдельные детали располагаются в плоскости элемента в разных направлениях. Соединение отдельных слоев между собой производится с помощью деревянных шпонок, размещаемых в виде растровой сетки. Статические требования к конкретному элементу в зависимости от его применения в качестве стенного, потолочного или кровельного элемента и в зависимости от статической нагрузки выполняются соответствующим выбором размеров (толщины) отдельных слоев.

Достигаемые тем самым статические свойства и жесткость отдельных элементов дают возможность сооружать многоэтажные строительные конструкции без дополнительного каркаса из несущих балок или других материалов.

В стенных элементах вертикальные стойки внутри слоистой перевязки элемента, скрепленной деревянными шпонками, воспринимают усилия благодаря своей превосходной опорной нагрузочной способности. В потолочной и кровельной зоне возникающие усилия воспринимаются слоями досок и стоек в продольном направлении соответственно потолочного или кровельного пролета.

Благодаря взаимному смещению древесного волокна в элементах и вертикальному направлению древесного волокна в стенах осадка последних не происходит, что обеспечивает длительную устойчивость строений.

То обстоятельство, что элементы изготавливаются исключительно из древесины, придает возведенным из них строениям прекрасные строительно-физиологические свойства. Стены полностью открыты для диффузии, что позволяет влаге диффундировать в них. Излучения, исходящие из синтетического клея, исключены. Кроме того, этот способ строительства допускает использование стенных конструкций любой толщины, благодаря чему в конструкциях, имеющих соответствующую толщину, обеспечиваются превосходные величины К (коэффициенты Фикентшера) без дополнительного изоляционного материала. Элементы из массивной древесины для стен и потолков дают очень хорошую звукоизоляцию и благодаря изготовлению исключительно из древесины прекрасно выполняют все экологические требования.

Стены и потолки, выполненные из таких элементов из массивной древесины, обрабатываются крайне просто и рационально. Для прокладывания трубопроводов и кабелей можно простым способом выфрезеровывать в элементах из древесины пазовидные выемки или просверливать отверстия. Чрезвычайно простым является и размещение в стенах гвоздей, шурупов или дюбелей. Кроме того, за счет целевого пропуска отдельных слоев стоек или досок при изготовлении и за счет свободной установки соседних деревянных элементов, а также посредством фрезерования проемов можно заранее создавать в элементах систему кабельных шахт.

Предварительно при изготовлении или впоследствии на стройке на элементах могут размещаться самые разные системы теплоизоляции, такие как полная тепловая защита, основание под штукатурку и вентилируемые с тыльной стороны фасады.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью примеров выполнения, изображенных на чертежах, на которых:
фиг.1 показывает схематично вид в перспективе элемента из клееной слоистой древесины согласно изобретению;
фиг. 2 - изображение согласно фиг.1, на котором показан незначительно видоизмененный элемент из клееной слоистой древесины;
фиг.3 - схематично частичное поперечное сечение элемента из клееной слоистой древесины согласно изобретению.

Элемент 1 из клееной слоистой древесины состоит из нескольких слоев 2а, 2b, 2с, 2d, 2е и 2f деревянных деталей 3а, 3b, 3с, 3d, 3e и 3f. При этом деревянные детали 3а, 3b и 3с или 3d, 3е и 3f соседних слоев соответственно 2а, 2b, 2с или 2d, 2е и 2f имеют различное направление. Деревянные детали 3с и 3d внутренних слоев 2с и 2d выполнены в виде одинаково ориентированных стоек. Толщина s_i деревянных деталей 3с, 3d внутренних слоев 2с и 2d больше, чем толщина s_a и s_m деревянных деталей 2а, 2b или 2е и 2f соответственно наружных слоев 3а, 3b или 3е и 3f.

Слои 2а-2f соединены между собой шпонками 4, которые вставляются в деревянные детали 3а-3f приблизительно перпендикулярно слоям 2а-2f. Шпонки 4 устанавливаются в виде растровой сетки.

Толщину s_i, s_a, s_m слоев 2а-2f можно в зависимости от назначения и статических требований варьировать в пределах от 8 мм до 120 мм и произвольно комбинировать. Особое качество соединения между отдельными слоями 2а-2f и шпонками 4 достигается целенаправленным использованием разной влажности древесины шпонок 4 и деревянных деталей 3а-3f. Шпонки 4 высушиваются соответственно сильнее, чем деревянные детали 3а-3f, в результате чего после образования шпоночного соединения они впитывают воду из окружающей древесины, выравнивая влажность. Это вызывает объемное расширение шпонок 4, их превосходное заклинивание и прочность на извлечение. Диаметры шпонок 4 в зависимости от толщины элемента и цели применения могут составлять от 8 до 40 мм. Длина шпонок варьирует от толщины отдельных слоев 2а-2f до толщины всего элемента 1 из клееной слоистой древесины.

Несколько элементов из слоистой древесины могут соединяться друг с другом обычным способом в шпунт и гребень, фрезерованием для врубки внакладку или в виде ласточкина хвоста. Подобным образом можно осуществлять и угловые соединения. Для угловых соединений дополнительно применяются большие шпонки толщиной до 100 мм согласно описанному выше принципу целенаправленного использования разной влажности древесины.

Элемент из слоистой древесины согласно фиг.2 в значительной мере соответствует элементу на фиг.1. Одинаковые детали обозначены одинаковыми позициями. Отличие заключается лишь в том, что слой 2е' состоит из деревянных деталей 3е', установленных примерно под углом 45^o по отношению к остальным деревянным деталям. Направление прохождения этих деревянных деталей 3е' показано прерывистыми линиями.

На фиг.3 в увеличенном масштабе изображена шпонка 4, пронизывающая слои 2а-2f. С каждой торцовой стороны в шпонку 4 вбит клин 5 с целью ее фиксации еще до того, как произойдет выравнивание влажности.

С помощью элементов 1 из слоистой древесины могут возводиться многоэтажные строения без дополнительных поддерживающих лесов по принципу строительства из сборных элементов. При этом могут изготавливаться отдельные стены высотой в этаж или модульные конструктивные элементы, простирающиеся своей модульной шириной через несколько этажей.

При соединении нескольких элементов 1 из слоистой древесины в потолочные или кровельные элементы последние способны перекрывать по длине поле нагрузки между двумя опорами. Точно так же этим способом можно выполнять потолочные или кровельные элементы на полную длину этажа, причем, разумеется, необходимо учитывать статические требования.

Ясно, что можно произвольно варьировать как число слоев, так и соотношение между слоями с вертикальными досками и слоями с горизонтальными или диагонально расположенными досками.

Изобретение относится к строительству и касается сборного элемента из слоистой древесины, содержащего по меньшей мере три соединенных между собой слоя деревянных деталей, установленных непосредственно рядом друг с другом и выполненных в виде досок или стоек, при этом деревянные детали по меньшей мере двух слоев имеют различные направления. Предусматривается соединение отдельных слоев шпонками, пронизывающими слои деревянных деталей. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности строительства деревянных сооружений однородного состава. 3 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сборный элемент 1 из слоистой древесины, содержащий по меньшей мере три соединенных между собой слоя 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, установленных непосредственно рядом друг с другом и выполненных в виде досок или стоек, причем деревянные детали 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f по меньшей мере двух соседних слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f имеют различные направления, отличающийся тем, что элемент 1 из слоистой древесины представляет собой элемент однородного состава и выполнен только из древесины, а соединение отдельных слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f осуществляется шпонками 4, пронизывающими слои 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f. 2. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по п.1, отличающийся тем, что шпонки 4 размещены в виде растровой сетки. 3. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по п.1 или 2, отличающийся тем, что предусмотрено по меньшей мере два соседних, установленных в одном направлении слоя 2d, 2e деревянных деталей 3d, 3е, выполненных в виде стоек, и что стойки смещены по ширине относительно одна другой. 4. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один наружный слой 2a, 2f деревянных деталей 3a, 3f образован досками. 5. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что толщина s_a, s_m, s_i слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f увеличивается снаружи вовнутрь, при этом толщина s_a, s_m, s_i слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f предпочтительно составляет примерно от 8 до 120 мм. 6. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что толщина s_a, s_m, s_i слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f увеличивается изнутри наружу, при этом толщина s_a, s_m, s_i слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f предпочтительно составляет примерно от 8 до 120 мм. 7. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что по меньшей мере один слой 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f имеет пазовидную выемку, при этом выемка образована предпочтительно фрезерованием или свободной установкой соседних деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f. 8. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что связь между шпонками 4 и деревянными деталями 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f по существу осуществляется силовым замыканием за счет увеличения объема в результате выравнивания влажности между деревянными деталями 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f и шпонками 4. 9. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что шпонки 4 со стороны торцов зафиксированы клиньями 5. 10. Сборный элемент 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что наряду с параллельными или перпендикулярными друг другу слоями 2a, 2b, 2c, 2d, 2f предусмотрен дополнительный слой 2e' деревянных деталей 3e', расположенный наискось по отношению к остальным слоям 2a, 2b, 2c, 2d, 2f. 11. Способ изготовления сборного элемента 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что влагосодержание шпонок 4 уменьшают по отношению к влагосодержанию деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f и сухие шпонки 4 помещают в отверстия слоев 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f деревянных деталей 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, при этом размеры поперечных сечений шпонок 4 и отверстий выбирают так, чтобы вследствие объемного расширения шпонок 4 за счет выравнивания влажности между деревянными деталями 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f и шпонками 4 осуществлялось соединение с силовым замыканием. 12. Компоновка с применением сборных элементов 1 из слоистой древесины по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что несколько сборных элементов 1 из слоистой древесины соединяют в крупноформатные узлы, в частности в стенные, потолочные и кровельные элементы, при этом соединение осуществляется предпочтительно способом в шпунт и гребень, врубкой внакладку, в виде ласточкина хвоста и/или болтами.