ДЛИННОМЕРНЫЙ НЕСУЩИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2004 года по МПК E04C3/292 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущих балок, стоек, подкосов, стропил и т.п. в зданиях и сооружениях различного назначения.

Известна деревометаллическая строительная балка, выполненная в виде прямоугольного деревянного бруса, вдоль боковых граней которого, примыкающих к горизонтальным граням, установлены металлические пластины, закрепленные при помощи просечных треугольных зубьев, запрессованных в поверхности бруса (патент РСТ WO 98/07933, МКИ Е 04 С 3/292). Металлические пластины расположены снаружи деревянного бруса и при пожаре быстро теряют свои прочностные свойства.

Известна также деревянная клееная балка, включающая склеенный пакет досок и металлическое армирование. Балка снабжена слоем резины и защитным слоем в виде доски, а металлическое армирование выполнено в виде расположенной под одной из граней балки полосы, имеющей зубья (патент России 2022109, МКИ 5 Е 04 С 3/18 от 1994 г.). В этой конструкции остаются открытыми боковые продольные поверхности как элемента металлического армирования, так и резинового слоя, что также ведет при пожаре к потере устойчивости балки.

Металлодеревянный строительный элемент по патенту России 2109893, МКИ 6 Е 04 С 3/292 от 1998 г. включает деревянные обкладки, между которыми смонтирована металлическая часть двутаврового сечения с полками и стенками и крепежными деталями. Полки двутавровой металлической части выполнены в зоне растяжения в виде жестко закрепленных на стенке горизонтальных утолщений, в зоне сжатия - в виде полосовых накладок, также жестко закрепленных на стенке. При изготовлении этого металлодеревянного элемента требуется высокая точность фрезерования внутренних плоскостей деревянных обкладок, в которые вставляется металлическая часть, что приводит к существенному усложнению технологии производства. Кроме того, предъявляются повышенные требования к влажности деревянных обкладок, т.к. если их древесина недосушена, то в процессе эксплуатации строительного элемента в нем появляются внутренние напряжения.

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип заявленной конструкции, является длинномерный несущий строительный элемент, содержащий основной деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование, закрытое снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом (заявка ФРГ OS 2350339, МКИ Е 04 С 3/12 от 1975 г.). Недостатком деревометаллической балки является, во-первых, размещение продольного металлического армирования в виде горизонтальных, а не вертикальных полос, что снижает эффект от применения металла в сочетании с деревом в конструкциях, работающих на изгиб. Кроме того, возможно проскальзывание металлического армирования вдоль деревянных элементов, что также снижает несущую способность балки.

Задачей изобретения является разработка технологичного в изготовлении длинномерного несущего строительного элемента, обеспечение высокой надежности совместной работы его деревянной и металлической частей, сокращение расхода металла.

Эта задача решается тем, что длинномерный несущий строительный элемент содержит основной деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование, закрытое снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом. В одной или обеих горизонтальных гранях основного деревянного элемента образованы продольные пазы, а металлическое армирование выполнено в виде плоских пластин, поперечное сечение которых конгруэнтно поперечному сечению паза. Пластины расположены нормально к горизонтальным граням деревянного элемента, запрессованы в продольные пазы и снабжены фиксаторами от продольных перемещений. Плоские пластины могут быть жестко соединены друг с другом горизонтальной металлической планкой, расположенной заподлицо с горизонтальной гранью деревянного элемента и образующей с пластинами тавр, или швеллер, или "двойное Т", или крестообразный, или "Н"-, или одинарный, или сдвоенный "Ш"-образный профиль. Плоская пластина может быть выполнена в виде равнобедренной трапеции. По концам деревянного элемента могут быть образованы опорные площадки, причем горизонтальные металлические планки могут быть расположены исключительно в зоне опорных площадок. Плоские пластины в зоне опорных площадок могут быть выполнены в виде трапеций. Фиксатор от продольных перемещений пластины может быть выполнен в виде пилообразных зубьев, образованных на ребре пластины, запрессованном в деревянный элемент. Плоские пластины могут быть запрессованы в продольные пазы на клею. Угол при вершине пилообразного зуба может быть равен 3-10 градусам. Пилообразные зубья могут быть выполнены с разводкой в противоположные стороны относительно плоскости поверхности пластины, причем величина разводки составляет 0,1-0,7 толщины пластины. Пилообразные зубья могут быть выполнены также в виде прямоугольного треугольника, причем наклонные стороны зубьев направлены навстречу друг другу. Фиксатор от продольных перемещений пластины может быть выполнен в виде образованных на боковых поверхностях пластины вертикальных локальных просечек, края которых выступают из поверхности пластины. Кроме того, фиксатор от продольных перемещений пластины может быть выполнен в виде нагелей, установленных в плоскости или параллельно плоскости пластины со стороны ее ребра, расположенного в пазу деревянного элемента. На дно продольного паза деревянного элемента дополнительно может быть установлен металлический пруток или клин, в который уперты зубья пластины. Зубья и/или просечки могут быть образованы исключительно в зоне опорных площадок. Для усиления фиксации пластины от продольных перемещений к планке и/или к пластине со стороны торца балки нормально к их продольной поверхности может быть дополнительно жестко закреплен металлический упор, а пластина и/или планка могут быть дополнительно прикреплены к основному или дополнительному деревянному элементу шурупами или глухарями. Продольные пазы могут быть образованы в каждом из деревянных элементов, а запрессованные в эти пазы пластины объединены в крестообразный или "Н"- или сдвоенные "Ш"- или "двойное Т"-образный профиль.

Сопоставительный анализ предложенного длинномерного несущего строительного элемента с известной конструкцией показывает, что он отличается тем, что в одной или обеих горизонтальных гранях основного деревянного элемента образованы продольные пазы, а металлическое армирование выполнено в виде плоских пластин, поперечное сечение которых конгруэнтно поперечному сечению паза. Пластины расположены нормально к горизонтальным граням деревянного элемента, запрессованы в продольные пазы и снабжены фиксаторами от продольных перемещений. Плоские пластины жестко соединены друг с другом горизонтальной металлической планкой, расположенной заподлицо с горизонтальной гранью деревянного элемента и образующей с пластинами тавр, или швеллер, или "двойное Т", или крестообразный, или "Н"-, или одинарный, или сдвоенный "Ш"-образный профиль. Плоская пластина может быть выполнена в виде равнобедренной трапеции. По концам деревянного элемента могут быть образованы опорные площадки, причем горизонтальные металлические планки могут быть расположены исключительно в зоне опорных площадок. Плоские пластины в зоне опорных площадок могут быть выполнены в виде трапеций. Фиксатор от продольных перемещений пластины может быть выполнен в виде пилообразных зубьев, образованных на ребре пластины, запрессованном в деревянный элемент. Плоские пластины могут быть запрессованы в продольные пазы на клею. Угол при вершине пилообразных зубьев может быть равен 3-10 градусам. Пилообразные зубья могут быть выполнены с разводкой в противоположные стороны относительно плоскости поверхности пластины, причем величина разводки составляет 0,1-0,7 толщины пластины. Пилообразные зубья могут быть выполнены также в виде прямоугольного треугольника, причем наклонные стороны зубьев направлены навстречу друг другу. Фиксатор от продольных перемещений пластины может быть выполнен в виде образованных на боковых поверхностях пластины вертикальных локальных просечек, края которых выступают за поверхность пластины. Кроме того, фиксатор от продольных перемещений пластины может быть выполнен в виде нагелей, установленных в плоскости или параллельно плоскости пластины со стороны ее ребра, расположенного в пазу деревянного элемента. На дно продольного паза деревянного элемента дополнительно может быть установлен металлический пруток или клин. в который уперты зубья пластины. Зубья и/или просечки могут быть образованы исключительно в зоне опорных площадок. Для усиления фиксации пластины от продольных перемещений к планке и/или к пластине со стороны торца балки нормально к их продольной поверхности может быть дополнительно жестко закреплен металлический упор, а пластина и/или планка могут быть дополнительно прикреплены к основному или дополнительному деревянному элементу шурупами или глухарями. Продольные пазы образованы в каждом из деревянных элементов, а запрессованные в эти пазы пластины объединены в крестообразный, или "Н"-, или сдвоенные "Ш"-, или "двойное Т"-образный профиль.

Этот анализ позволяет сделать вывод о наличии новизны в предложенной конструкции.

Сравнение заявленного длинномерного несущего строительного элемента с другими известными техническими решениями показывает, что выполнение металлического армирования в виде плоской пластины, расположенной нормально к горизонтальной грани деревянного элемента и запрессованной на клею в продольный паз, образованный в горизонтальных гранях этого деревянного элемента, обеспечивает высокую надежность совместной работы деревянной и металлической частей балки-стойки с образованием единой деревометаллической конструкции. Этому же способствует оснащение пластины заглубленными в стенки пазов фиксаторами в виде пилообразных зубьев и форма продольного паза, конгруэнтная в поперечном сечении поперечному сечению металлического армирования. При этом форма паза позволяет максимально упростить процесс его изготовления при помощи пильного диска с постоянной или переменной (для трапецеидальной формы пластины) величиной заглубления в массив деревянного элемента балки-стойки при образовании паза. Технологичными являются зубья и просечки в металлической пластине, которые могут быть изготовлены на прессе путем высечки или обжатия на эксцентричных вальцах. Применение нагелей и/или острых зубьев с величиной угла при вершине 3-10 градусов уменьшает разрушения древесины паза при запрессовке пластины и тем самым увеличивает несущую способность балки-стойки.

Отличительной особенностью предложенной конструкции является также единство технологии изготовления как балки, так и стойки. Кроме того, закрытость металлического армирования снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом повышает огнестойкость металлической части конструкции при пожаре. Выполнение плоской пластины в виде равнобедренной трапеции, а также расположение горизонтальных металлических планок исключительно в зоне опорных площадок позволяет снизить расход металла.

Проведенное сравнение указывает на получение с помощью заявленной конструкции нового эффекта, превышающего известный уровень техники.

Изобретение поясняется на примере его выполнения. На чертежах изображено:

на фиг.1 - поперечное сечение балки с разделенными пластинами;

на фиг.2 - то же с пластиной таврового сечения;

на фиг.3 - то же с пластиной швеллерного сечения;

на фиг.4 - то же с пластиной "двойное Т";

на фиг.5 - то же с пластиной "Н"-образного профиля;

на фиг.6 - то же с пластиной крестообразного сечения;

на фиг.7 - общий вид пластины трапецеидальной формы с опорной площадкой;

на фиг.8 - пластина с зубчатыми фиксаторами;

на фиг.9 - пластина с торцевым фиксатором;

на фиг.10 - балка с треугольным вкладышем;

на фиг.11 - балка с круглым вкладышем;

на фиг.12 - балка с верхней к нижней пластинами;

на фиг.13 - пластина с фиксаторами в виде нагелей.

Длинномерный несущий строительный элемент содержит основной 1 деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование 2. закрытое снаружи по всему периметру дополнительными 3 деревянными элементами. В одной или обеих горизонтальных гранях 4 основного деревянного элемента образованы продольные пазы 5, а металлическое армирование выполнено в виде плоских пластин 6, поперечное сечение которых конгруэнтно поперечному сечению паза. Наружное относительно основного деревянного элемента ребро пластин может быть оснащено жестко соединенной с ним горизонтальной металлической планкой 7, расположенной заподлицо с горизонтальной гранью деревянного элемента и образующей с пластинами тавр, или швеллер, или "двойное Т", или крестообразный, или "Н"-, или одинарный, или сдвоенный "Ш"-образный профиль. Пластины расположены нормально к горизонтальным граням деревянного элемента, запрессованы в продольные пазы и снабжены фиксаторами от продольных перемещений, заглубленными в стенки пазов. Пластины могут быть запрессованы на клею, что увеличивает их сцепление со стенками паза. Фиксаторы могут быть выполнены в виде пилообразных зубьев 8, образованных на ребре 9 пластины, запрессованном в деревянный элемент, причем пилообразные зубья могут быть выполнены с разводкой в противоположные стороны относительно плоскости поверхности пластины, а величина разводки составляет 0,1-0,7 толщины пластины. Пилообразные зубья могут иметь форму прямоугольного треугольника 10, причем наклонные стороны зубьев направлены навстречу друг другу. Зубья могут иметь угол при вершине, равный 3-10 градусам. На боковых поверхностях пластины могут быть образованны вертикальные локальные просечки 11, края 12 которых выступают из поверхности пластины.

На дно продольного паза деревянного элемента может быть установлен дополнительный металлический пруток 13 или клин 14, в который уперты зубья 10 пластины: при запрессовке зубья благодаря своей разводке упираются в поверхность прутка или клина и отгибаются в разные стороны, внедряясь в поверхность паза и увеличивая таким образом сцепление пластины с деревянным элементом. Балка может быть снабжена дополнительным приспособлением от продольных перемещений, выполненным в виде металлического упора 15, жестко закрепленного к планке и/или к пластине со стороны торца балки нормально к их продольной поверхности. Пластина и/или планка могут быть дополнительно прикреплены к деревянным элементам шурупами или глухарями 16, что также увеличивает сцепление металлического армирования с деревянными элементами.

По концам деревянного элемента могут быть образованы опорные площадки 17. Горизонтальные металлические планки могут быть расположены не по всей длине пластины, а только в зоне опорных площадок. Также только в зоне опорных площадок могут быть выполнены зубья 10 и просечки 11, т.к. основные сдвиговые нагрузки пары "металлическая пластина - дерево" возникают в балке как раз в зоне ее опирания. Для усиления опорного узла плоские пластины в зоне опорных площадок могут быть выполнены в виде трапеций 18, снабженных сквозными отверстиями 19 для монтажа балки. Кроме того, для лучшего восприятия изгибающих нагрузок при работе балки плоская пластина может иметь форму равнобедренной трапеции 20.

В том случае, когда предлагаемая конструкция предназначена для использования в качестве стойки, опоры и т.п., продольные пазы образованы в каждом из деревянных элементов 1 и 2, а запрессованные в эти пазы пластины объединены в крестообразный, или "Н"-, или сдвоенные "Ш"-, или "двойное Т"-образный профиль (см. фиг.5 и 6).

Металлическая планка 7 в этом случае располагается на линии разъема 21 деревянных элементов и может быть заглублена либо в основной, либо в дополнительный деревянный элемент заподлицо с их горизонтальной гранью.

Для увеличения сцепления металлического армирования с деревянными элементами поверхность горизонтальной металлической планки 7 может быть снабжена выдавленными зубцами 22, запрессованными в деревянный элемент. Такие зубцы образуются при прокатывании металлической полосы через эксценрические ролики.

В качестве фиксаторов от продольных перемещений пластины могут быть применены нагели 23, установленные в плоскости или параллельно плоскости пластины со стороны ее ребра, расположенного в пазу деревянного элемента.

Основной и дополнительные деревянные элементы могут образовывать балки-стойки прямоугольного, квадратного, коробчатого таврового, двутаврового и т.п. поперечного сечения.

Продольное металлическое армирование 2 может иметь дискретное исполнение, когда армирующий элемент разрезан на несколько частей, установленных в середине и по торцам длинномерного несущего строительного элемента (не показано).

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении несущих балок, стоек, подкосов, стропил и т.п. в зданиях и сооружениях. Технический результат изобретения заключается в повышении технологичности процесса изготовления длинномерного несущего строительного элемента. Длинномерный несущий строительный элемент содержит основной деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование, закрытое снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом. В одной или обеих горизонтальных гранях основного деревянного элемента образованы продольные пазы, а армирование выполнено в виде плоских пластин. Пластины расположены нормально к горизонтальным граням деревянного элемента, запрессованы в продольные пазы и снабжены фиксаторами от продольных перемещений, заглубленными в стенки пазов. Пластины жестко соединены друг с другом горизонтальной металлической планкой. Основной и дополнительный деревянные элементы могут быть выполнены равновеликого поперечного сечения, в каждом из которых образованы продольные пазы, причем пластины объединены в крестообразный, или "Н"-, или одинарный, или сдвоенный "Ш"-образный профиль. 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Длинномерный несущий строительный элемент, содержащий основной деревянный элемент и размещенное на его горизонтальных гранях продольное металлическое армирование, закрытое снаружи по всему периметру дополнительным деревянным элементом, отличающийся тем, что в одной или обеих горизонтальных гранях основного деревянного элемента образованы продольные пазы, а металлическое армирование выполнено в виде запрессованных в продольные пазы плоских пластин, расположенных нормально к горизонтальным граням деревянного элемента, жестко соединенных друг с другом горизонтальной металлической планкой, расположенной заподлицо с горизонтальной гранью деревянного элемента и образующей с пластинами тавр или швеллер, или "двойное Т", или крестообразный или "Н"- или одинарный или сдвоенный "Ш"- образный профиль, при этом пластины снабжены фиксаторами от продольных перемещений.2. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что плоская пластина выполнена в виде равнобедренной трапеции.3. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что по концам деревянного элемента образованы опорные площадки, причем горизонтальные металлические планки расположены исключительно в зоне опорных площадок.4. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что плоские пластины в зоне опорных площадок выполнены в виде трапеций.5. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что плоские пластины запрессованы в продольные пазы на клею.6. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что фиксатор от продольных перемещений пластины выполнен в виде пилообразных зубьев, образованных на ребре пластины, запрессованном в деревянный элемент.7. Длинномерный несущий строительный элемент по п.6, отличающийся тем, что угол при вершине пилообразного зуба равен 3-10°.8. Длинномерный несущий строительный элемент по п.6, отличающийся тем, что пилообразные зубья выполнены с разводкой в противоположные стороны относительно плоскости поверхности пластины, причем величина разводки составляет 0,1-0,7 толщины пластины.9. Длинномерный несущий строительный элемент по п.6, отличающийся тем, что пилообразные зубья выполнены в виде прямоугольного треугольника, причем наклонные стороны зубьев направлены навстречу друг другу.10. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что фиксатор от продольных перемещений пластины выполнен в виде образованных на боковых поверхностях пластины вертикальных локальных просечек, края которых выступают из поверхности пластины.11. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что фиксатор от продольных перемещений пластины выполнен в виде нагелей, установленных в плоскости или параллельно плоскости пластины со стороны ее ребра, расположенного в пазу деревянного элемента.12. Длинномерный несущий строительный элемент по п.6, отличающийся тем, что на дно продольного паза деревянного элемента дополнительно установлен металлический пруток или клин, в который уперты зубья пластины.13. Длинномерный несущий строительный элемент по п.6 или 10, отличающийся тем, что зубья и/или просечки образованы исключительно в зоне опорных площадок.14. Длинномерный несущий строительный элемент по п.6, отличающийся тем, что к планке и/или к пластине со стороны торца балки нормально к их продольной поверхности дополнительно жестко закреплен металлический упор.15. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что пластина и/или планка дополнительно прикреплены к основному или дополнительному деревянному элементу шурупами или глухарями.16. Длинномерный несущий строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что продольные пазы образованы в каждом из деревянных элементов, в которые запрессованы пластины.