ДЕРЕВЯННАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
WOODEN MULTILAYER STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при  жилищном строительстве.
Мировой опыт показывает, что деревянное домостроение считается одной из наиболее удобных,  экологичных  и дешевых технологий строительства жилых домов.
На сегодняшний день наиболее популярными среди населения, предпочитающего жить в деревянных домах, являются дома, построенные из клеёного бруса и  бруса массив. Причем, клеёный брус стал за последнее время очень востребованным и приобретает все больше сторонников. В деревянном домостроении более 30% домов возводятся по технологии с использованием клеёного бруса.
Кроме того, в последнее время всё большую популярность завоёвывает технология строительства из многослойных деревянных панелей.
Дом из многослойных деревянных панелей создаётся из досок, перекрёстно сшитых, которые соединяются, как правило,  при помощи клея и представляют собой большие панели, из которых формируются стены дома.
Технологии многослойных панелей – это технологии Cross Laminated Timber,  X-LAM, Унипанель,  Massiv-Holz-Mauer,  Naturi  (см. Интернет).
Главные достоинства многослойных деревянных панелей состоят в том, что дома, построенные из них, не подвержены усадке, у них нет проблемы с устранением щелей между многочисленными венцами, как в традиционных деревянных домах. Возможно получение панелей практически любой толщины. При всем этом, дом из таких панелей остается полностью деревянным, поскольку стены в нём состоят исключительно из деревянного массива.
Однако они обладают и недостатками,  заключающимися в том, что основные   отдельные блоки, из которых формируется дом, производятся только в заводских условиях и скрепляются уже на объекте;  при возведении дома требуется специальная техника и  профессиональные навыки строителей.  Кроме того, немаловажным является их высокая стоимость.
Известна конструкция  деревянной панели, содержащая уложенные один на другой элементы, образующие щит, и соединенные между собой крепежными элементами, установленными в совмещенных пазах, расположенных вдоль всей длины каждого элемента на заданном расстоянии друг от друга, при этом крепежные элементы выполнены в виде деревянных сплошных шпонок, несущих вертикальную нагрузку, а продольные оси пазов и шпонок расположены по отношению к продольной оси каждого элемента щита под углом, величина которого определена интервалом от 60 до 90° -  RU 56423 U1, 2006 г.
Недостатки  панели следующие:
- в данной конструкции возможна свободная усадка используемых материалов, это вызывает нестабильность плотности панели, то есть, при изменении влажности панель будет давать усадку, либо расширяться, что приведёт к возникновению щелей и мостов холода, снижая теплоизоляционные свойства всей конструкции;
- толщина панели ограничена шириной бруса, а размер доступного выпускаемого бруса - до 200 мм, что не обеспечивает необходимую теплоизоляцию в соответствии с современными требованиями.
Известна конструкция  здания,  включающая каркас, стены, перекрытия и крышу, выполненные из древесного материала и соединенные между собой, причем каркас здания выполнен из бруса, снабженного выступами и пазами, а стены и перекрытия  выполнены многослойными, каждый слой выполнен из досок, уложенных в одном направлении, при этом доски соседних слоёв уложены в различных направлениях и соединены между собой шкантами, расположенными под наклоном к поверхности досок, причем соседние шканты наклонены в противоположные стороны, при этом доски, соприкасающиеся с брусом, вставлены в паз или лежат на выступе бруса, а все слои дополнительно скреплены нагелями, наружные слои выполнены заподлицо с брусьями, при этом здание обшито снаружи и изнутри однослойной или многослойной обшивкой, выполненной из досок – RU 140295 U1, 2013 г.
Недостатки  многослойных перекрытий из досок в конструкции здания следующие:
- установка нагелей под углом не обеспечит плотности прилегания деталей и, тем самым, снизит ветро- и теплозащитные свойства всей конструкции;
- установка нагелей производится в натяг, что приводит к необходимости заколачивать нагели, это увеличивает трудозатраты и риск повреждения нагеля;
- изготовление нагелей для данной конструкции требует высокой точности в связи с необходимостью устанавливать нагели в натяг, что повышает требования к оборудованию по изготовлению нагелей.
Известна деревянная многослойная панель, содержащая корневой сегмент, выполненный из нескольких слоёв досок, сплочённых по рёбрам, и два наружных отделочных слоя, также выполненные из сплочённых по рёбрам досок, при этом, слои выполнены из шпунтованных досок, слои досок корневого сегмента панели скреплены между собой деревянными нагельными соединениями с определённым шагом, по меньшей мере, часть нагелей пересекает все слои досок корневого сегмента панели насквозь под углом к нормали слоёв, а корневой сегмент и наружные отделочные слои панели соединены при помощи шпоночных соединений, причем шпонки по форме соответствуют форме шпоночных пазов, выполненных на наружных поверхностях досок корневого сегмента и на внутренней поверхности наружного отделочного слоя, ориентированных перпендикулярно или параллельно направлению волокон досок и имеющих в поперечном сечении форму трапеции с большим основанием, расположенным в теле слоя - RU 92053  U1, 2010 г.
Недостатки известной панели:
- соединение корневого сегмента с наружными отделочными слоями при помощи шпоночных соединений усложняет конструкцию панелей, т.к. требуется особая форма шпонок, соответствующая форме шпоночных пазов наружных поверхностей досок корневого сегмента и  внутренней поверхности наружного отделочного слоя;
- технологическая сложность и удорожание конечного продукта, т.к. формирование панелей требует больших трудозатрат.
Наиболее близким аналогом является устройство в соответствии со способом формирования деревянной многослойной панели или многослойного бруса, выполненных из нескольких слоёв досок, при котором слои формируют путём последовательного наращивания слоёв досок, сверлят отверстия под углом к нормали слоёв, а затем через отверстия фиксируют слои досок при помощи нагелей, которые располагают под углом к нормали сквозь слои, сверлят отверстия под углом 3-70 град. к нормали слоёв, после чегочерез отверстия фиксируют слои досок при помощи нагелей - RU 2742531  С1, 2021 г.
Недостатки известной конструкции панели:
В попарно-перекрёстном расположении нагелей в прототипе необходимо установление длинных нагелей, что приводит к большему износу инструмента по изготовлению отверстий, т.к. возможно заклинивание инструмента на широких брусах  и, в результате,   увеличение материальных и финансовых затрат, т.к. нагели делаются большего размера, чем отверстие и  идут в натяг,  поэтому их установка возможна с помощью кувалды или иного механизированного инструмента, что не исключает появления сколов и трещин.
В прототипе невозможно выполнение конструкции многослойной панели или бруса с воздушными зазорами, что позволяет увеличить тепловые характеристики и сэкономить на материале,  т.к. это может привести к появлению неустойчивости конструкции, и, в конечном счёте, не позволяет в последующем профилировать получаемый брус.
В связи с указанными недостатками, техническая задача, решаемая изобретением, состоит в  создании надёжной деревянной многослойной конструкции, выполненной в виде панели или бруса, содержащей слои с повышенной фиксацией досок за счёт использования дополнительных нагелей, а также – повышение тепловых характеристик, экономии материала и уменьшения трудозатрат.
Эта задача решена в деревянной многослойной конструкции, выполненной в виде панели или бруса, содержащей нескольких слоёв досок, уложенных один на другой и соединённых между собой основными нагелями, установленными в совмещённых отверстиях, расположенных в каждом слое, назаданном расстоянии друг от друга, при этом, основные нагели фиксированы дополнительными нагелями, установленными перпендикулярно основным нагелям и проходящими  основные нагели насквозь в каждом слое или в части слоёв.
Предлагаются частные решения конструкции, заключающиеся в следующем:
- слои досок уложены плотно;
- использованы профилированные доски;
- слои досок уложены с зазорами;
- зазоры между слоями досок заполнены мягкой древесноволокнистой плитой МДВП;
- отверстия в наружных досках выполнены не сквозными.
Устройство проиллюстрировано рисунками,  где  на фиг. 1 показан вид сверху панели из слоёв деревянных досок, уложенных плотно;  на фиг. 2, 3  - вид сбоку этой панели в сечениях мест установки основных нагелей и их фиксации дополнительными нагелями; на фиг. 4 – увеличенное изображение крепления (Е по фиг.2);  на фиг. 5 – изображение послойного сечения панели из плотно уложенных досок;  на фиг. 6  - изометрия бруса из слоёв с использованием  профилированных досок;  на фиг. 7 показан вид спереди этого бруса;   на фиг. 8 показан вид  в сечениях А-А (по фиг. 7) мест установки основных нагелей и их фиксации дополнительными нагелями в брусе с профилированными досками; на фиг. 9  - изометрия многослойного бруса с укладкой  слоёв с зазорами;  на фиг. 10  показан вид сверху бруса  с зазорами;   на фиг. 11 - вид  в сечениях Б-Б, В-В, Г-Г (по фиг. 10) мест установки основных нагелей и их фиксации дополнительными нагелями бруса с зазорами.
Деревянная многослойная панель 1 содержит нескольких слоёв досок 2, уложенных один на другой и соединённых между собой основными нагелями 3, установленными в совмещённых отверстиях, расположенных в каждом слое, назаданном расстоянии друг от друга.  Основные нагели 3 проходят слои  досок 2  всей панели 1, плотно и надёжно фиксируя их с помощью дополнительных нагелей 4,  установленных перпендикулярно основным нагелям 3 и проходящих  основные нагели 3 насквозь. Аналогично производится соединение в многослойном брусе 5.
Соединение нагелями 3, 4 показано на фиг. 2, 3,  и увеличенных изображениях сечений на  фиг. 4, 8, 11.  Здесь на фиг. 2 показано сечение А-А, Б-Б, В-В панели 1, на фиг. 3 – сечение Г-Г, Д-Д панели 1. Эти сечения показывают предпочтительное расположение основных нагелей 3: диагонально по отношению друг к другу, что увеличивает надёжность крепления.
Вариантами крепления основных нагелей 3 дополнительными нагелями 4 являются  крепления  как в каждом слое панели 1 или бруса 5,  так и в части слоёв.
Установка дополнительных нагелей 4  перпендикулярно основным нагелям 3 является оптимальной для достижения результата надёжности крепления, но возможна граница расположения дополнительных нагелей 4  по отношению к нагелям 3 например,  в пределах 80-100 град.  При этом  эффект надёжности крепления может сохраниться без    уменьшения прочности всей конструкции.
Как в случае перпендикулярного расположения нагелей 3 и 4, так в случае фиксации нагеля 3 дополнительным нагелем 4 под углом, его  частичное  вхождение в нагель  3 сохранит прочность конструкции.
На фиг. 1, 2, 3, 5 показана плотная укладка досок 2 в панели 1, на фиг. 6, 8, - использование профилированных досок в брусе 5, т.е. досок, выполненных с пазами 6.
Эта конструкция увеличивает теплоизоляционные свойства бруса (панели), сохраняя при этом конструктивную прочность изделия и минимизируя возможность появления конденсата внутри бруса.
На фиг. 9, 10, 11 показана конструкция и крепление нагелей 3, 4 в многослойном брусе 5  с укладкой  слоёв с зазорами 7. При  этом улучшаются тепловые характеристики конструкции: такая укладка слоёв досок 2 увеличивает теплоизоляционные свойства бруса 5,  позволяя повысить его тепловые характеристики и сэкономить на материале.
При укладке слоёв досок 2 с зазорами 7, последние могут заполняться мягкой древесноволокнистой плитой (МДВП),  что дополнительно повышает  тепловые характеристики панели 1 или бруса 5  при экономии материала конструкции – досок 2.
На фиг. 5, в изображении послойного сечения панели 1, показаны не сквозные отверстия в наружных досках 8 с лицевой стороны, что придаёт наружным сторонам панели 1 более эстетичный вид, без видимых выходов нагелей 3, которые закрывают верхним и/или нижним слоем досок 2.
В предлагаемых конструкциях   основной нагель 3 соответствует  размеру отверстия  для его фиксации,  здесь нет  необходимости делать нагель 3  большего размера,  чем отверстие для него,  поэтому установка нагеля 3 производится вручную без особых усилий,  а фиксация при помощи дополнительных нагелей 4, с последующим увеличением размеров нагелей 3, 4 за счет набора влаги из древесины досок, создаёт надёжность крепления панели.   Такая установка нагелей  3 и 4 уменьшает трудозатраты при сборке панели 1 и бруса 5, позволяя использовать нагели небольших размеров, что не приводит к быстрому  износу инструмента при изготовлении отверстий под нагели из-за возможности его заклинивания на широких брусах.
Например, при ширине бруса 20 см глубина сверления в предлагаемой панели
составляет 19,2 см,  в то время как при угловом или перекрёстном расположении нагелей глубина отверстия составляет более 30 см.
Такая жёсткая фиксация слоёв досок 2 совместно основными нагелями 3  и  дополнительными нагелями 4 увеличивает прочностные характеристики конструкции, т.к.   прочность панели уже меньше зависит от   изменения размеров нагелей 3, 4 и досок 2 в результате понижения и повышения влажности.
Предлагаемая деревянная многослойная конструкция  обладает следующими достоинствами.
Увеличенными прочностными характеристиками за счёт более жёсткой фиксации досок из-за применения дополнительных нагелей.
Улучшенными тепловыми характеристиками вследствие   возможности  установки досок в слоях  с воздушным зазором и при варианте заполнения  зазоров между слоями мягкой древесноволокнистой плитой МДВП. Это позволяет также  сэкономить на материале.
Пониженными материальными и финансовыми затратами вследствие возможности использования нагелей небольших размеров, что не приводит к быстрому  износу инструмента при изготовлении отверстий под нагели из-за возможности его заклинивания на  широких брусах.
Уменьшенными трудозатратами при установке нагелей, т.к. нагель идет того размера, что и отверстие, и его установка производится вручную без особых усилий.
Конструкция не требует  изготовления заданных размеров нагелей: здесь возможно использование фиксирующих нагелей, находящихся в свободной продаже.
Повышенная эстетика панели обусловлена возможностью её изготовления без «пятачков» - следов от нагелей, возникающих при выходе нагеля на поверхность бруса как с одной, так и с двух сторон. При изготовлении бруса по технологии перекрёстно расположенных нагелей это сделать невозможно.