ДЕРЕВОМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАЛКА Российский патент 2024 года по МПК E04C3/292 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущей конструкции покрытий и перекрытий различных зданий и сооружений.

Известна металлодеревянная двутавровая балка, состоящая из верхнего и нижнего поясов из древесины, металлическую плоскую стенку с поперечными гофрами, для крепления которой к поясам в последних выполнен продольный паз и цилиндрические углубления, в которые вставлены на клею плоские и гофрированные участки кромок стенки, при этом гофры дополнительно зафиксированы в углублениях цилиндрическими нагелями (патент РФ №2382855 от 12.12.2008 г., МПК Е04С 3/29, бюллетень № 6 от 27.02.2010). Известная балка относительно проста по конструкции и обладает достаточно высокой прочностью соединения стенки и поясов, но она имеет малую изгибную жесткость из плоскости изгиба, при работе балки на поперечный изгиб нормальные напряжения воспринимают только пояса, а стенка работает на восприятие касательных напряжений из-за малой изгибной жесткости в своей плоскости.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является деревометаллическая балка коробчатого поперечного сечения, в состав которой входят верхний и нижний пояса, выполненные из цельной или клееной древесины, ребра жесткости, соединенные с поясами, стенки из стальных профилированных листов, у которых гофры ориентированы вдоль пролета балки, при этом соединение стенки с поясами и ребрами жесткости решено на гвоздевом забое (Калинин С.В., Жаданов В.И. Экспериментальные исследования деревометаллических балок со стенкой из стального профилированного листа при поперечном изгибе // Вестник ТГАСУ. - 2012. - № 3, с. 117-125, рис. 2). Данное конструктивное решение балки отличается тем, что стенка из стальных профилированных листов включена в общую работу конструкции на восприятие нормальных напряжений и также обеспечивает восприятие касательных напряжений. Однако, несущая способность известной балки ограничена, т.к. из-за податливости гвоздей, внедренных в массив древесины, до 2,0 мм (СП 64.13330.2017, п. 7.33, таблица 17) эффективность участия стенки в общей работе балки снижается, что, соответственно, уменьшает геометрические характеристики расчетных поперечных сечений, особенно при длительном действии эксплуатационных нагрузок.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является увеличение несущей способности и жесткости деревометаллической балки.

Задача решается за счет того, что в деревометаллической балке, содержащей основной деревянный каркас, состоящий из верхнего и нижнего поясов и расположенных между ними ребрами жесткости, боковые стенки из стальных гофрированных тонких листов с ориентацией гофров вдоль продольной оси балки, соединение боковых стенок с поясами и ребрами жесткости выполнено при помощи самонарезающих винтов, которые через гофры боковых стенок, полки которых примыкают к ребрам жесткости и поясам, ввинчены в Т-образные металлические профили, вклеенные в боковые грани поясов и ребер жесткости вдоль их продольных осей, для чего в поясах и ребрах жесткости устроены продольные пазы и выемки, при этом Т-образных металлических профилей боковые грани находятся в одной вертикальной плоскости с боковыми гранями поясов и ребер жесткости.

Кроме этого, Т-образные металлические профили могут быть расположены в поясах только в наиболее напряженных зонах деревометаллической балки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен вид деревометаллической балки сбоку; на фиг. 2 - ее основной каркас с вклеенными Т-образными металлическими профилями; на фиг. 3 - поперечный разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 4 - узел А на фиг. 3 на фиг. 5 - фрагмент деревометаллической балки в процессе сборки в аксонометрии.

Деревометаллическая балка включает основной деревянный каркас, состоящий из верхнего 1 и нижнего 2 поясов и расположенными между ними ребрами жесткости 3, скрепленные с ним боковые стенки 4 из стальных гофрированных тонких листов, гофры которых расположены вдоль продольной оси деревометаллической балки, самонарезающие винты 5, которые через гофры боковых стенок, полки которых примыкают к ребрам жесткости 3 и верхнему 1 и нижнему 2 поясам, ввинчены в Т-образные металлические профили 6, вклеенные в боковые грани верхнего 1 и нижнего 2 поясов и ребер жесткости 3 вдоль их продольных осей, для чего в верхнем 1 и нижнем 2 поясах и ребрах жесткости 3 устроены продольные пазы 7 и выемки 8, при этом боковые грани Т-образных металлических профилей 6 находятся в одной вертикальной плоскости с боковыми гранями верхнего 1 и нижнего 2 поясов и ребер жесткости 3.

Для обеспечения целостности деревянных верхнего 1 и нижнего 2 поясов, ребер жесткости 3, оптимального процента армирования 2-4% этих деревянных элементов (Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. для вузов / Под ред. Г.Г. Карлсена. - М.: Стройиздат, 1986 г., с. 256), нормативной расстановки самонарезающих винтов 5 в соединениях рекомендуемые параметры Т-образных металлических профилей 6: ширина b_т = 30...50 мм, но не более 1/3 b_п; высота h_т = 30...50 мм; толщина δ_т = 2...4 мм (обозначения на фиг. 4).

Порядок сборки деревометаллической балки.

1. В подготовленных деревянных элементах основного каркаса (верхнем 1 и нижнем 2 поясах, в ребрах жесткости 3) на боковых гранях по середине их ширины выбирают, например, фрезерованием, продольные пазы 7 и выемки 8, при этом размеры продольных пазов 7 и выемок 8 соответствуют размерам Т-образных металлических профилей 6. Выбранные пазы 7 и выемки 8 обеспечивают размещение в них клея, например, эпоксидной клеевой композиции с учетом того, что после вклейки боковые грани Т-образных металлических профилей 6 должны находиться в одной вертикальной плоскости с боковыми гранями верхнего 1 и нижнего 2 поясов и ребер жесткости 3.

2. Вклеивают Т-образные металлические профили 6 в выбранные пазы 7 и выемки 8 в верхнем 1 и нижнем 2 поясах, а также в ребрах жесткости 3 с применением, например, эпоксидной клеевой композиции.

3. Выполняют сборку основного деревянного каркаса, соединяя верхний 1 и нижний 2 пояса с ребрами жесткости 3, например, при помощи вклеенных арматурных стержней или зубчатых шипов так, чтобы боковые грани соединяемых элементов находились в одной вертикальной плоскости.

4. При помощи самонарезающих винтов 5 выполняют крепление боковых стенок 4 из стальных гофрированных тонких листов, гофры которых расположены вдоль продольной оси деревометаллической балки, к верхнему 1 и нижнему 2 поясам, а также к ребрами жесткости 3.

Деревометаллическая балка работает следующим образом. При действии вертикальной нагрузки происходит поперечный изгиб деревометаллической балки, при этом возникающие нормальные напряжения воспринимаются верхним 1 и нижним 2 деревянными поясами. Также в работу на восприятие нормальных напряжений включаются Т-образные металлические профили 6, жестко соединенными с верхним 1 и нижним 2 поясами при помощи клея. Кроме этого за счет жесткого крепления к Т-образным металлическим профилям 6 боковых стенок 4 из стальных гофрированных тонких листов через гофры, которые расположены вдоль продольной оси деревометаллической балки и полки которых примыкают к ребрам жесткости и поясам, при помощи самонарезающих винтов 5 боковые стенки 4 тоже полностью включаются в работу на восприятие нормальных напряжений. Тем самым достигается повышение несущей способности и жесткости деревометаллической балки.

Поясним сказанное примером. Для балки-прототипа высотой поперечного сечения 1000 мм, с размерами верхнего 1 и нижнего 2 деревянных поясов 150×100(h) мм, с боковыми стенками 4 из стальных гофрированных листов типа НС35-1000-0,6 приведенный момент инерции, определенный с учетом того, что боковые стенки включаются в общую работу конструкции только на 85% из-за податливости гвоздевых соединений при кратковременном действии нагрузки, обеспечивающих их крепление к поясам (Калинин С.В., Жаданов В.И. Экспериментальные исследования деревометаллических балок со стенкой из стального профилированного листа при поперечном изгибе // Вестник ТГАСУ. - 2012. - № 3, с. 1247-125), составляет J_пр = 275⋅10⁴ см⁴, а соответствующий момент сопротивления W_пр = 5,5⋅10⁴ см⁴. При аналогичных параметрах предлагаемой деревометаллической балки с вклеенными Т-образными металлическими профилями 6 шириной 50 мм, высотой 50 мм, толщиной профиля 3 мм (рекомендуемые размеры) её геометрические характеристики поперечного сечения составят J_пр = 375⋅10⁴ см⁴, W_пр = 7,5⋅10⁴ см⁴.

Таким образом, по сравнению с прототипом достигается увеличение несущей способности и жесткости предлагаемой деревометаллической балки в 1,36 раза. При действии длительных нагрузок за счет увеличения величины податливости гвоздевых соединений и, соответственно, уменьшения доли участия боковых стенок 4 в общей работе конструкции достигаемый эффект от предложенного технического решения еще более увеличится.

Дополнительное сокращение расхода материалов на деревометаллическую балку может быть достигнуто за счет размещения в верхнем и нижнем поясах Т-образных металлических профилей только в наиболее напряженных зонах - в середине пролета в зоне действия максимальных растягивающих и сжимающих напряжений и в опорных частях в зоне действия максимальных касательных напряжений.

Изобретение относится к области строительства, а именно к деревометаллической балке, используемой в качестве несущей конструкции покрытий и перекрытий различных зданий. Техническим результатом изобретения является увеличение несущей способности и жесткости балки. Деревометаллическая балка включает деревянный каркас, состоящий из верхнего и нижнего поясов и расположенных между ними ребер жесткости, скрепленные с ним боковые стенки из стальных гофрированных тонких листов, гофры которых расположены вдоль продольной оси балки, самонарезающие винты, которые через гофры боковых стенок, полки которых примыкают к ребрам жесткости и верхнему и нижнему поясам, ввинчены в Т-образные металлические профили, вклеенные в боковые грани верхнего и нижнего поясов и ребер жесткости вдоль их продольных осей. В верхнем и нижнем поясах и ребрах жесткости устроены продольные пазы и выемки, при этом боковые грани Т-образных металлических профилей находятся в одной вертикальной плоскости с боковыми гранями верхнего и нижнего поясов и ребер жесткости и расположены по всей длине деревометаллической балки или только в ее наиболее напряженных зонах. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Деревометаллическая балка, содержащая основной деревянный каркас, состоящий из верхнего и нижнего поясов и расположенных между ними ребер жесткости, скрепленные с ним боковые стенки из стальных гофрированных тонких листов, гофры которых расположены вдоль продольной оси деревометаллической балки, отличающаяся тем, что соединение боковых стенок с поясами и ребрами жесткости выполнено при помощи самонарезающих винтов, которые через гофры боковых стенок, полки которых примыкают к ребрам жесткости и поясам, ввинчены в Т-образные металлические профили, вклеенные в боковые грани поясов и ребер жесткости вдоль их продольных осей, для чего в поясах и ребрах жесткости устроены продольные пазы и выемки, при этом боковые грани Т-образных металлических профилей находятся в одной вертикальной плоскости с боковыми гранями поясов и ребер жесткости.

2. Деревометаллическая балка по п.1, отличающаяся тем, что Т-образные металлические профили расположены в верхнем и нижнем поясах только в наиболее напряженных зонах балки.