Балка из досок Российский патент 2024 года по МПК E04C3/18 

Изобретение относится к области строительства, в частности к балкам перекрытий и покрытий зданий, выполненным из досок.

Из уровня техники известны деревянные балки составного сечения на пластинчатых нагелях, разработанные В.С. Деревягиным в 1932 г., состоящие из двух или трех брусьев, которые сплачиваются по высоте пластинчатыми нагелями, изготовленными из древесины твердых пород (https://helpiks.org/6-37874.html, дата просмотра 29.07.2022).

Также известна деревянная балка составного сечения на наклонно вклеенных связях, обеспечивающих сплачивание соединяемых между собой элементов таким образом, чтобы они работали как одно целое. При этом используемые в качестве соединительных элементов металлические стержни установлены под углом в пределах от 30^о до 45^о и заглублены в нижнем элементе балки (патент РФ № 2173376 С1, дата приоритета 08.06.2000, дата публикации 10.09.2001, авторы: Меркулов А.Т. и др., RU).

Известна комбинированная опорная балка, состоящая из двух деревянных балок, которые обработанной поверхностью с зазором или непосредственно прилегают друг к другу, а для их соединения используются соединительные элементы, которые проходят насквозь одну балку и входят во вторую балку, а также используются гвоздевые плиты (патент РФ № 2093647 С1, дата приоритета 25.02.1994, дата публикации 20.10.1997, автор Йоханн Вольф, АТ).

Общим недостатком аналогов деревянных балок составного сечения является то, что в качестве основных элементов в них используется брус, получение которого из бревна определенной длины и диаметра в количественном отношении ограничено.

В настоящее время с учетом ряда достоинств основным видом деревянных балок, рекомендуемых к применению в зданиях различного назначения, являются дощатоклееные балки, известный арсенал которых достаточно широк.

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 в приопорных зонах, а в верхней сжатой зоне установлена горизонтальная арматура с обрывами в сечениях, проходящих через точки перегиба арматуры растянутой зоны (патент РФ № 117474 U1, дата приоритета 19.12.2011, дата публикации 27.06.2012, авторы: Рощина С.И. и др., RU).

Недостатком аналога является повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная выполнением пазов в составных частях балки и обеспечением точного совпадения конфигурации стальных арматурных стержней, имеющих отгибы, с положением пазов, предназначенных для их вклейки.

Известна деревянная балка в виде пакета клееных досок, опирающаяся по концам на опоры, снабженная нижними и верхними пазами, выбранными со стороны боковых граней балки, в которые на клеющем компаунде запрессованы соответственно гибкие жгуты и стальные стержни, а пазы заклеены деревянными планками. При этом нижние пазы имеют по своей длине очертание, близкое по конфигурации к очертанию эпюры главных растягивающих напряжений от действия расчетной нагрузки, верхние пазы имеют ориентацию, совпадающую с продольной осью деревянной балки, а на приопорных участках балки через сквозные отверстия, расположенные наклонно к продольной оси с уклоном в сторону середины балки, пропущены гибкие жгуты с разрезанными на полосы концами, которые приклеены к нижней и верхней граням пакета клееных досок веерообразно (патент РФ № 168412 U1, дата приоритета 23.08.2016, дата публикации 02.02.2017, авторы: Алексашкин Е.Н. и др., RU).

Недостатком аналога является повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная выполнением пазов сложной конфигурации со стороны боковых граней балки.

Известна клееная деревянная балка, состоящая из пакета клееных досок, объединенных между собой клеевыми швами. Пакет клееных досок снабжен в клеевых швах армирующими элементами в виде фибры из композитного материала, причем армирующие элементы равномерно распределены по ширине пакета клеевых досок и неравномерно – по пролету и высоте сечения клееной деревянной балки (патент РФ № 197463 U1, дата приоритета 14.11.2019, дата публикации 29.04.2020, авторы: Веселов В.В. и др., RU).

Недостатком аналога является трудоемкость изготовления, связанная с применением в клеевых швах армирующих элементов в виде фибры из композитного материала и со спецификой ее распределения в сечениях и по высоте клееной балки.

Широкий арсенал дощатоклееных балок, обладающих несущей способностью и долговечностью, подтверждается также в следующих публикациях: патент РФ № 171490 U1, дата приоритета 22.02.2017, дата публикации 02.06.2017, автор Веселов В.В., RU; патент РФ № 2022109 С1, дата приоритета 16.07.1991, дата публикации 30.10.1994, авторы: Прокопьев А.С. и др., RU; патент РФ № 2357054 С2, дата приоритета 26.12.2006, дата публикации 27.05.2009, автор Греков А.В., RU; патент РФ № 2728058 С2, дата приоритета 26.02.2018, дата публикации 27.08.2019, авторы: Замалиев Ф.С. и др., RU.

Общим недостатком указанных аналогов также является высокая трудоемкость изготовления.

Известна деревянная балка, выполненная в виде пакета клееных досок, к боковым поверхностям которого при помощи С-образных зубчатых полос прикреплены парные каркасы, включающие в свой состав продольные верхние стержни, продольные нижние стержни и наклонные стержни. С-образные зубчатые полосы имеют зубья в зоне их крепления к боковым поверхностям пакета клееных досок и отверстия на их горизонтальных гранях для крепления нагелями к пакету клееных досок. Ширина С-образных зубчатых полос увеличивается от середины деревянной балки к ее опорам, а их шаг уменьшается от опор деревянной балки к ее середине (патент РФ № 2633721 С1, дата приоритета 24.08.2016, дата публикации 17.10.2017, авторы: Алексашкин Е.Н. и др., RU).

Недостатком известной дощато-клееной балки является сложная и трудоемкая технология изготовления, обусловленная конструктивной сложностью парных каркасов и их креплением к пакету клееных досок с помощью С-образных зубчатых полос и нагелей.

В качестве прототипа принята дощатая балка, содержащая соединенные между собой в пакет доски. При этом балка выполнена составной, однопролетной или многопролетной, а в растянутой зоне между досками дополнительно содержит тонкий стальной лист. Соединение досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей, расположенных в приопорных зонах и в верхней сжатой зоне. В приопорных зонах доски соединены по всей высоте балки, а в верхней сжатой зоне гвозди расположены равномерно по длине балки для соединения досок сжатой зоны между собой и обеспечения их устойчивости. Кроме того, в приопорных зонах дощатая балка стянута по высоте стяжными болтами для восприятия поперечных усилий. Однопролетная дощатая балка содержит тонкий стальной лист между крайними нижними слоями досок по всей длине балки. Многопролетная дощатая балка содержит тонкие стальные листы в растянутых зонах между крайними нижними слоями досок пролета, а между крайними верхними слоями досок на опоре между пролетами содержит тонкий стальной лист, причем стальные листы прибиты насквозь гвоздями к доскам, между которыми расположен лист (патент РФ № 2796282 С1, дата приоритета 06.10.2022, дата публикации 22.05.2023, авторы: Хегай О.Н. и др., RU, прототип).

Недостатком прототипа является ограниченное использование дощатой балки с упрощенной технологией изготовления, основанной на применении гвоздевого соединения и поперечных стяжных элементов для сплачивания между собой элементов дощатой балки из-за ограничений по несущей способности.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является необходимость расширения арсенала дощатых балок, как разрезных однопролетных, так и неразрезных многопролетных, обладающих высокой несущей способностью, прочностью и жесткостью, имеющих упрощенную технологию изготовления, основанную на применении гвоздевого соединения и стяжных элементов, образующих раскосные фермы в приопорных зонах, для сплачивания между собой элементов дощатой балки.

Для решения технической проблемы предложена балка из досок, выполненная однопролетной или многопролетной, содержащая соединенные между собой в пакет доски и тонкий стальной лист в растянутой зоне, предназначенный для восприятия растягивающих усилий. Соединение досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей, причем в приопорных зонах доски соединены гвоздями по всей высоте балки, а в верхней зоне гвозди расположены равномерно по длине балки для соединения досок между собой и обеспечения устойчивости досок сжатой зоны. Кроме того, в приопорных зонах балка из досок стянута по высоте с использованием стяжных болтов. Новым является то, что балка из досок стянута с помощью встроенных в нее раскосных ферм, предназначенных для восприятия усилий, действующих в приопорных зонах, при этом раскосные фермы расположены в приопорных зонах и образованы из поперечных вертикальных стяжных болтов и расположенных между ними продольных наклоненных к середине пролета стяжных болтов, пропущенных через выполненные в пакете соответствующие отверстия, а также объединенных между собой с помощью поперечных опорных элементов, снабженных отверстиями под указанные стяжные болты.

Согласно изобретению, в составе балки из досок использован тонкий стальной лист толщиной от 0,5 мм до 1,5 мм.

Согласно изобретению, однопролетная балка из досок содержит тонкий стальной лист между крайними нижними слоями досок по всей длине балки.

Согласно изобретению, многопролетная балка из досок содержит тонкие стальные листы в растянутых зонах между крайними нижними слоями досок пролета, а между крайними верхними слоями досок на опоре между пролетами также содержит тонкий стальной лист.

Согласно изобретению, тонкие стальные листы прибиты насквозь гвоздями к доскам, между которыми лист расположен.

На фиг. 1 схематично изображена балка из досок однопролетная (разрезная), опирающаяся на две опоры, общий вид; на фиг. 2 – то же, вид сверху; на фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 схематично изображена балка из досок двухпролетная (неразрезная), общий вид.

На чертежах приведены следующие обозначения:

1 - балка из досок однопролетная;

2 - балка из досок двухпролетная;

3 – деревянные доски, уложенные слоями в пакет;

4 – поперечные вертикальные стяжные болты раскосной фермы в приопорных зонах, воспринимающие поперечные усилия;

5 – продольные наклоненные к середине пролета стяжные болты раскосной фермы в приопорных зонах, воспринимающие растягивающие усилия;

6 – поперечные опорные элементы, объединяющие стяжные болты 4, 5 раскосной фермы;

7 - гвозди, соединяющие доски 3 между собой;

8 – тонкий стальной лист в нижней растянутой зоне балки в пролете;

9 - тонкий стальной лист в верхней растянутой зоне балки на опоре между пролетами.

Предлагаемая балка из досок в примерах выполнена разрезной однопролетной 1 (фиг. 1) или неразрезной, например, двухпролетной 2 (фиг. 4). Балка из досок в обоих примерах содержит соединенные в пакет доски 3, между которыми в растянутых зонах между крайними слоями досок расположены тонкие стальные листы 8, 9 с толщиной от 0,5 мм до 1,5 мм (фиг. 1, фиг. 4). При этом соединение досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей 7, причем в приопорных зонах доски соединены гвоздями 7 по всей высоте балки, а в верхней зоне гвозди 7 расположены равномерно по длине балки для соединения досок между собой и обеспечения устойчивости досок сжатой зоны. Кроме гвоздевого соединения, в приопорных зонах балка из досок стянута по высоте с помощью встроенных в нее раскосных ферм, предназначенных для восприятия усилий, действующих в приопорных зонах. При этом раскосные фермы расположены в приопорных зонах и образованы из поперечных вертикальных стяжных болтов 4 и расположенных между ними продольных наклоненных к середине пролета стяжных болтов 5, пропущенных через выполненные в пакете соответствующие отверстия, а также объединенных между собой с помощью поперечных опорных элементов 6, снабженных отверстиями под стяжные болты 4, 5.

При выполнении однопролетной балка из досок 1 содержит указанный тонкий стальной лист 8 между крайними нижними слоями досок 3 по всей длине балки (фиг. 1).

При выполнении многопролетной, в частности двухпролетной, балка 2 содержит указанные тонкие стальные листы 8, 9 в растянутых зонах, причем между крайними нижними слоями досок в пролетах содержит листы 8, а между крайними верхними слоями досок на опоре между пролетами содержит лист 9 (фиг. 4).

Экспериментально установлено, что указанная толщина тонких стальных листов 8, 9 является оптимальной для пробивки гвоздями и восприятия растягивающих усилий при отсутствии проскальзывания листов, закрепленных прибитыми насквозь гвоздями 7 к доскам, между которыми лист расположен.

Балка из досок составного сечения однопролетная 1 (разрезная), загруженная поперечной нагрузкой, работает следующим образом. При воздействии поперечной нагрузки в разрезной балке 1 возникает поперечное усилие с максимальным значением в приопорных зонах. Это поперечное усилие воспринимается стяжными болтами 4, 5 раскосных ферм, расположенными в приопорных зонах. При этом между досками возникают касательные напряжения, которые воспринимаются гвоздями 7, соединяющими доски между собой в приопорных зонах по всей высоте балки. При работе в составе раскосной фермы устойчивость сжатых вертикальных стяжных болтов 4 обеспечивается досками 3.

При воздействии поперечной нагрузки в разрезной балке 1 возникает изгибающий момент с максимальным значением в середине пролета балки. При этом возникают растягивающие усилия в нижней части сечения балки, включающей указанный тонкий стальной лист 8. Эти растягивающие усилия воспринимаются досками и тонким стальным листом 8. Для предотвращения проскальзывания тонкий стальной лист 8 прибит гвоздями 7 к доскам, между которыми лист расположен.

При воздействии поперечной нагрузки в разрезной балке 1 и возникновении изгиба в сжатой зоне в верхней части сечения балки усилия воспринимаются досками. Для обеспечения устойчивости досок сжатой зоны они соединяются между собой гвоздями 7 равномерно по длине балки.

Балка из досок составного сечения двухпролетная 2 (неразрезная), загруженная поперечной нагрузкой, работает следующим образом.

При воздействии поперечной нагрузки в неразрезной балке 2 возникает поперечное усилие с максимальным значением в приопорных зонах. Это поперечное усилие воспринимается стяжными болтами 4, 5 раскосных ферм, расположенными в приопорных зонах. При этом между досками возникают касательные напряжения, которые воспринимаются гвоздями 7, соединяющими доски между собой в приопорных зонах по всей высоте балки.

При воздействии поперечной нагрузки в неразрезной балке 2 возникают изгибающие моменты в середине пролетов балки и на опоре между пролетами. При этом возникают растягивающие усилия в нижней части сечения балки в пролетах и в верхней части сечения балки на промежуточной опоре. Эти растягивающие усилия воспринимаются досками и тонкими стальными листами 8 в пролетах, а на опоре тонким стальным листом 9. Кроме того, при изгибе в сжатой зоне в верхней части сечения неразрезной балки 2 доски сжимаются, а для обеспечения их устойчивости доски сжатой зоны прибиваются гвоздями 7 равномерно по длине балки.

Таким образом, наличие встроенных в балку из досок в приопорных зонах раскосных ферм позволяет увеличить несущую способность дощатой балки.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении арсенала балок из досок, как разрезных однопролетных, так и неразрезных, обладающих высокой несущей способностью, прочностью и жесткостью, работающих как одно целое и имеющих упрощенную технологию изготовления, основанную на применении гвоздевого соединения и стяжных элементов, образующих раскосные фермы, для сплачивания между собой элементов составной дощатой балки.

Изобретение относится к области строительства, в частности к балкам перекрытий и покрытий зданий. Технический результат – повышение прочности балки. Балка из досок содержит соединенные между собой в пакет доски и тонкий стальной лист в растянутой зоне, предназначенный для восприятия растягивающих усилий. Соединение досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей. В приопорных зонах доски соединены гвоздями по всей высоте балки, а в верхней зоне гвозди расположены равномерно по длине балки. Кроме того, в приопорных зонах балка из досок стянута по высоте с использованием стяжных болтов. Балка из досок стянута с помощью встроенных в нее раскосных ферм, при этом раскосные фермы расположены в приопорных зонах и образованы из поперечных вертикальных стяжных болтов и расположенных между ними продольных наклоненных к середине пролета стяжных болтов, объединенных между собой с помощью поперечных опорных элементов (6). 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Балка из досок, выполненная однопролетной или многопролетной, содержащая соединенные между собой в пакет доски и тонкий стальной лист в растянутой зоне, предназначенный для восприятия растягивающих усилий, соединение досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей, причем в приопорных зонах доски соединены гвоздями по всей высоте балки, а в верхней зоне гвозди расположены равномерно по длине балки для соединения досок между собой и обеспечения устойчивости досок сжатой зоны, кроме того, в приопорных зонах балка из досок стянута по высоте с использованием стяжных болтов, отличающаяся тем, что балка из досок стянута с помощью встроенных в нее раскосных ферм, предназначенных для восприятия усилий, действующих в приопорных зонах, при этом раскосные фермы расположены в приопорных зонах и образованы из поперечных вертикальных стяжных болтов и расположенных между ними продольных наклоненных к середине пролета стяжных болтов, пропущенных через выполненные в пакете соответствующие отверстия, а также объединенных между собой с помощью поперечных опорных элементов, снабженных отверстиями под указанные стяжные болты.

2. Балка из досок по п. 1, отличающаяся тем, что в ее составе использован тонкий стальной лист толщиной от 0,5 мм до 1,5 мм.

3. Балка из досок по п. 1, отличающаяся тем, что при выполнении однопролетной она содержит тонкий стальной лист между крайними нижними слоями досок по всей длине балки.

4. Балка из досок по п. 1, отличающаяся тем, что при выполнении многопролетной она содержит тонкие стальные листы в растянутых зонах между крайними нижними слоями досок пролетов, а между крайними верхними слоями досок на опоре между пролетами также содержит тонкий стальной лист.

5. Балка из досок по п. 1, отличающаяся тем, что тонкие стальные листы прибиты насквозь гвоздями к доскам, между которыми лист расположен.