Решетчатый строительный элемент
LATTICE BUILDING ELEMENT

Изобретение относится к области строительства, в частности к несущим комбинированным, металлодеревянным строительным элементам, используемым в несущих конструкциях каркасов, балках покрытий и перекрытий малоэтажных зданий, а также как элементы опалубочных комплектов.
Известна составная металлодеревянная балка двутаврового сечения, включающая деревянные пояса-полки и решетчатую стенку, выполненную из проволоки или полосового элемента, изогнутого зигзагообразно. Участки перегиба полосы прикреплены к полкам. По меньшей мере, одна полка содержит продольную секцию, выполненную из другого материала. Секция заделана в полку и залита в ней для образования единого элемента вместе с полкой и углами перегиба. [Журнал «Изобретения за рубежом» №23, 1985 г. Международная заявка РСТ №85/02878 Е 04 С 3/292].
Недостатком этой балки является сложность и высокая трудоемкость изготовления, требующая формирование срединных секций, выполненных из другого конструкционного материала путем заливки пазов вместе с полкой и углами перегиба зигзагообразной решетки.
Известна ферма решетчатого типа, содержащая верхний и нижний пояса из древесного материала, непрерывную решетчатую стальную стенку в основном зигзагообразной конфигурации из гнутого прутка, расположенную между поясами и образующую наклонные стойки (ферма Уоррена - Warren truss), причем изогнутые части стенки утоплены в углубления в поясах и закреплены в углублениях отвердевающим и связующим веществом, например, полиуретановым или эпоксидным компаундом, которое образует слой, заменяющий древесный материал, удаленный для образования углублений, причем указанное вещество имеет прочность, по меньшей мере, равную прочности древесного материала указанных поясов. Углубления в поясах в одном из вариантов сделаны со стороны внутренних граней, обращенных друг к другу, а в другом исполнении - на боковых гранях. [Patent US No 4,372,093 (serial NO 06200497) Grant Date Feb 8, 1983 US cl. 52/694; 52/642; Current CPC Class: E04C 3/292 (20130101) Current International Class: E04C 3/29 (20060101); E04C 3/292 (20060101); E04C 002/24 (http://www.patentbuddy.com/Patent/US-4372093- A;jsessionid=D2463D649449E8F12605CA726DB741DA?ft=true)]
Недостатком известного конструктивного решения является большая потеря конструкционного материала поясов, высокая сложность и трудоемкость изготовления глубоких и широких посадочных гнезд-углублений. От точности расположения и изготовления углублений напрямую зависит осуществимость сборки, надежность узловых соединений и качество фермы. Геометрия изогнутых участков зигзагообразной решетки не обеспечивает надежности клеевых узловых соединений, поскольку древесина имеет наиболее низкие показатели прочности при растяжении и скалывании в направлении поперек ее волокон.
Наиболее близким техническим решением является решетчатый строительный элемент в виде металлодеревянной балки. Балка составлена из поясов, представляющих собой деревянные брусья и соединительную решетку, выполненную из зигзагообразно изогнутого металлического прута. Каждый пояс склеен из двух продольных брусьев. На склеиваемой поверхности, по крайней мере, одного из брусьев имеются углубления, соответствующие по форме изгибам металлического прута, который и помещается в эти углубления. [Журнал «Изобретения за рубежом» №2, 1984 г.Япония, заявка №58-21052 Е 04 С 3/292, В 27М 3/00 публикация 1983 г.Приоритет Швеции 1976 г.]. Данное изобретение принято за прототип.
К основным недостаткам известной конструкции относятся сложность и высокая трудоемкость изготовления, нерациональное использование конструкционного материала. Низкая надежность узловых соединений, в которых древесина испытывает скалывание и растяжение поперек волокон древесины.
Сущность изобретения - повышение несущей способности и надежности узловых соединений решетчатого строительного элемента, за счет лучшей анкеровки ее узлов в древесине и на наружных гранях поясов с восприятием наиболее опасных растягивающих усилий в древесине, направленных поперек волокон, расширение технологических возможностей конструирования решетчатого строительного элемента, формирования боковых углублений в поясах, имеющих простую геометрическую форму поперечных элементов соединительной решетки, возможность поточной технологии изготовления.
Технический результат изобретения - повышение несущей способности и надежности решетчатого строительного элемента с одновременным упрощением его изготовления за счет простоты конструктивного решения.
Технический результат изобретения достигается тем, что известный решетчатый строительный элемент с составными верхним и нижним деревянными поясами из клееной древесины и соединительной решеткой, закрепленной в поясах между их продольных брусьев с углублениями, которые соответствуют по форме геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки, объединен в единую конструкцию посредством запрессовки после нанесения на него клеевой композиции, при этом брусья поясов выполнены многослойными с внутренними слоями однородной структуры, прошедшими пластификацию перед созданием в них углублений, полученных механической запрессовкой непрерывной или составной соединительной решетки, изготовленной крестового или раскосного типа, которая снабжена продольными элементами.
Соединительная решетка изготовлена из непрерывного гнутого прута в форме трапециевидного зигзага снабжена продольными элементами в местах перегибов, вынесенных за внешние грани поясов.
Соединительная решетка составлена из поперечных элементов в виде отрезков металлического прута и продольных элементов в виде металлических пластин, вынесенных за внешние грани поясов, между которыми натянуты и к которым жестко прикреплены концы поперечных элементов соединительной решетки, при этом поперечные элементы наложены друг на друга крестообразно и жестко соединены в местах контакта, а опорные зоны решетчатого строительного элемента усилены дощатыми стойками на парных накладках, скрепленных механическими связями.
Открытые поперечные элементы раскосной соединительной решетки, расположенные между поясами и, по меньшей мере, испытывающие сжатие, усилены парными досками с пазами вдоль оси досок, соответствующей геометрической формы, вставленными враспор между поясами и соединенными с ними, при этом парные доски склеены между собой, а поперечные элементы соединительной решетки заключены и вклеены в пазы парных досок.
Соединительная решетка крестового типа, изготовленная из непрерывного гнутого прута в форме трапециевидного зигзага и образована из двух гнутых V-образных поперечных элементов с притупленной вершиной, при этом продольные участки составных частей, обращенные друг к другу, жестко соединены между собой.
Поперечные элементы крестовой решетки расположены в одной плоскости, с переменной формой и размерами сечения в местах взаимной нахлестки.
Соединительная решетка крестового типа составлена по высоте из двух гнутых непрерывных решеток, жестко объединенных по продольным участкам, обращенным друг к другу, при помощи электродуговой сварки с наплавкой металла.
Составная соединительная решетка раскосного или крестового типа, образована из гнутых поперечных элементов, пропущенных через отверстия в продольных элементах в виде металлических пластин и жестко закрепленных на них.
По внешним границам вклеивания соединительной решетки в брусья верхнего и нижнего пояса конструктивно установлены механические связи, работающие на растяжение и обеспечивающие запрессовку многослойных поясов.
Повышение несущей способности и надежности решетчатого строительного элемента достигнуто за счет создания жесткого клеевого и механического соединения разнородных материалов (деревянных и металлических частей) с одновременным упрощением изготовления, повышением устойчивости сжатых поперечных элементов раскосной решетки, заключенных в обойму между парными отрезками досок, использованием крестовой решетки, повышенной жесткости с рациональной силовой работой на растяжение, расширением технологических возможностей формирования простых прямолинейных углублений, в том числе без удаления конструкционного материала, и перекрестных нахлесточных сварных соединений с обеспечением контролируемой точности и возможностью совмещения операций в поточном производстве.
Брусья поясов выполнены из клееной однородной древесины, углубления созданы в каждом из брусьев без удаления или с частичным удалением материала поясов, например, предварительной накаткой или запрессовкой поперечных элементов металлической соединительной решетки в процессе склеивания с локальным упрочнением древесины путем ее уплотнения и пропитки смолой под давлением при запрессовке.
Линейные углубления в брусьях поясов с удалением материала могут быть созданы фрезерованием или поперечной рассверловкой по кондуктору предварительно сплоченных брусьев, что повышает точность изготовления и упрощает сборку строительного элемента. Подобные технологические операции с частичным удалением древесины могут быть использованы при необходимости доводки углублений, созданных предварительной разметкой, выполненной методом запрессовки соединительной решетки в брусья поясов.
Жесткие узлы соединительной решетки перекрестной формы обеспечивают надежную анкеровку с брусьями поясов, а вынесенные за наружные грани поясов продольные элементы в виде гнутого непрерывного прутка, снабженные металлическими пластинами или в составном исполнении соединительной решетки в виде прямоугольных металлических пластин, на которых натянуты и жестко закреплены концы поперечных элементов, исключают ослабления поперечных сечений поясов, снижают в них опасные усилия скалывания и растяжения поперек волокон древесины, заставляя ее работать под ними на смятие поперек волокон.
Механические связи (болты, винты, шпильки), установленные по внешним границами или вблизи узлов имеют двойное назначение, во-первых, они могут быть использованы как запрессовочные устройства, а, во-вторых, как устройства, обеспечивающие необходимую проектную надежность при неблагоприятных условиях эксплуатации.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображены: фрагмент решетчатого строительного элемента в двух проекциях с раскосной (фиг. 1, А) и крестовой (фиг. 1, B) соединительной решеткой, а также разрезы 1 - 1 и 2 - 2.
На фиг. 1, А показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; соединительная решетка 3 раскосного типа, изготовленная из непрерывного гнутого прута в форме трапециевидного зигзага с продольными элементами в местах перегиба, снабженными и прикрепленными к ним металлическими пластинами 4, вынесенными за внешние грани поясов; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки 3, полученные предварительной запрессовкой с последующей доводкой, при необходимости, и склеиванием участков поперечных элементов между брусьями поясов; открытые поперечные элементы раскосной соединительной решетки 3, расположенные между поясами и, по меньшей мере, испытывающие сжатие, усилены парными досками 6 соответствующей геометрической формы с пазами 7 вдоль оси досок, вставленными враспор между поясами и соединенными с ними, при этом парные доски 6 склеены между собой, а поперечные элементы соединительной решетки 3 заключены и вклеены в пазы 7.
На фиг. 1, В показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; крестовая соединительная решетка 3, составленная из поперечных элементов в виде отрезков металлического прута и продольных элементов в виде металлических пластин 4, вынесенных за внешние грани поясов, между которыми натянуты и к которым жестко прикреплены концы поперечных элементов, при этом поперечные элементы наложены друг на друга и жестко соединены в местах контакта; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки 3, полученные без удаления или с частичным удалением материала поясов.
Жесткое нахлесточное соединение поперечных элементов, например, созданное контактной сваркой, на фасаде условно отмечено кружком, а на разрезе 2 - 2 - жирной сварной точкой.
Опорные зоны решетчатого строительного элемента с крестовой решеткой, используемого как балка, усилены дощатыми стойками на парных накладках, скрепленных механическими связями.
Механические связи (на фиг. 1 не показаны), работающие на растяжение, конструктивно могут быть установлены по внешним границам вклеивания поперечных элементов соединительной решетки между брусьями поясов и использоваться как в процессе запрессовки, так и после - для повышения эксплуатационной надежности клеевого соединения.
На фиг. 2 изображены: фрагмент решетчатого строительного элемента в фронтальной проекции с раскосной (фиг. 2, А) и крестовой (фиг. 2, B) соединительной решеткой, а также разрезы 3 - 3 и 4 - 4.
На фиг. 2, А показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; соединительная решетка 3 раскосного типа, изготовленная из отрезков металлического прутка с жесткими узловыми соединениями нахлесточного перекрестного типа; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии поперечных элементов, сходящихся в узлах соединительной решетки 3, полученные предварительной запрессовкой с последующей доводкой, при необходимости, и склеиванием перекрестных участков соединительной решетки 3 между брусьями поясов; отрезки парных досок 6, соответствующей геометрической формы, заключающие в обойму открытые участки поперечных элементов соединительной решетки 3, по меньшей мере, испытывающих сжатие, расположенные между поясами, вставленные враспор и соединенные с поясами; пазы 7 вдоль осей парных досок 6, в которые вставлены и вклеены соответствующие поперечные элементы.
На фиг. 2, В показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; соединительная решетка 3 крестового типа, изготовленная из отрезков металлического прутка с жесткими узловыми перекрестными нахлесточными соединениями; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии поперечных элементов, сходящихся в узлах соединительной решетки 3, полученные предварительной запрессовкой с последующей доводкой, при необходимости, и склеиванием перекрестных участков соединительной решетки 3 между брусьями поясов.
Жесткое нахлесточное соединение поперечных элементов соединительной решетки 3, может быть создано как механическими средствами, так и при помощи известных видов сварки (кузнечной, плавлением, контактной, газовой и др.).
На фасаде решетчатого строительного элемента указанное выше место условно обозначено кружком, а на разрезах жирной точкой.
Поперечные элементы соединительной решетки 3 могут лежать друг на друге, а их участки, заключенные между брусьями поясов, размещаться в соответствующих боковых прямолинейных углублениях 5 одного из брусьев пояса, например, восходящие поперечные элементы - запрессованы в левом брусе, а нисходящие - в правом брусе. Такое взаимное размещение поперечных элементов более равномерно распределяет усилия на брусья поясов в узлах.
Возможен вариант расположения перекрестных поперечных элементов в одной срединной плоскости. Тогда в местах их взаимного пересечения и контакта при сохранении постоянства площади поперечного сечения они имеют переменные форму и размеры.
На фиг. 3 изображены в аксонометрии: фрагмент решетчатого строительного элемента по фиг. 1, В (фиг. 3, А) и фрагмент половины решетчатого строительного элемента после запрессовки в брусья поясов поперечных элементов.
Н физ.3, А показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; крестовая соединительная решетка 3, составленная из поперечных элементов в виде отрезков металлического прута и продольных элементов в виде металлических пластин 4, вынесенных за внешние грани поясов, между которыми поперечные элементы натянуты, а их концы жестко прикреплены, при этом поперечные элементы наложены друг на друга и жестко соединены в местах контакта.
На фиг. 3, В показаны брусья верхнего пояса 1 нижнего пояса 2, а также поперечные элементы соединительной решетки 3 нисходящего направления, запрессованные в отдельные брусья верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 с образованием боковых углублений 5, повторяющих геометрию половины соединительной решетки 3.
На фиг. 4 изображен: фрагмент решетчатого строительного элемента в фронтальной проекции с раскосной (фиг. 1, А) соединительной решеткой, а также поперечный разрез 5 - 5.
На фиг. 4 показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой: соединительная решетка 3 раскосного типа, изготовленная из непрерывного гнутого прута в форме трапециевидного зигзага с продольными элементами в местах перегиба, снабженными и прикрепленными к ним металлическими пластинами 4, вынесенными за внешние грани поясов: боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки 3, полученные предварительной запрессовкой с последующей доводкой, при необходимости, и склеиванием участков поперечных элементов между брусьями поясов: открытые поперечные элементы раскосной соединительной решетки 3, расположенные между поясами и, по меньшей мере, испытывающие сжатие, усилены парными досками 6 соответствующей геометрической формы с пазами 7 вдоль оси досок, вставленными враспор между поясами и соединенными с ними, при этом парные доски 6 склеены между собой, а поперечные элементы соединительной решетки 3 заключены и вклеены в пазы 7.
Особенностью этой конструкции является то, что вынесенные за наружные грани верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 продольные элементы 4 соединительной решетки 3 в виде прямоугольных металлических пластин, с натянутыми и жестко закрепленными на них концами поперечных элементов, сверху и снизу усилены и защищены досками.
Доски имеют со стороны, обращенной к поясам, углубления. Они могут быть прикреплены к брусьям поясов посредством склеивания и (или) механических связей.
Помимо улучшения эстетических свойств решетчатого строительного элемента они увеличивают несущую способность пропорционально его высоте.
На фиг. 5 изображен: фрагмент решетчатого строительного элемента в двух проекциях с крестовой составной соединительной решеткой, составленной из двух гнутых зигзагообразных прутов (фиг. 5, А), образованной из гнутых V-образных поперечных элементов с притупленной вершиной (фиг. 5, B), а также разрезы 6 - 6, 7 - 7 и 8 - 8.
На фиг. 5, С изображен в аксонометрии процесс запрессовки крестовой соединительной решетки по фиг. 5, А в отдельные брусья поясов.
На фиг. 5, А показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; составная по высоте соединительная решетка 3 крестового типа, изготовленная из непрерывного гнутого прута в форме трапециевидного зигзага с продольными элементами в местах перегиба, снабженными и прикрепленными к ним металлическими пластинами 4, вынесенными за внешние грани поясов, при этом продольные участки составных частей, обращенные друг к другу, жестко соединены между собой; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки 3, полученные предварительной запрессовкой с последующей доводкой, при необходимости, и склеиванием участков поперечных элементов между брусьями поясов.
На фиг. 5, В показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой; крестовая соединительная решетка 3, составленная из гнутых поперечных элементов V-образной формы с притупленной вершиной и продольных элементов в виде металлических пластин 4, вынесенных за внешние грани поясов, между которыми натянуты и к которым жестко прикреплены концы поперечных элементов, при этом участки перегиба поперечных элементов жестко соединены в местах контакта; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки 3, полученные без удаления или с частичным удалением материала поясов.
На фиг. 5, С показаны: отдельные брусья верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 в процессе сборки и запрессовки; составная по высоте соединительная решетка 3 крестового типа, изготовленная из непрерывного гнутого прута в форме трапециевидного зигзага с продольными элементами 4 в местах перегиба, вынесенными за внешние грани поясов, при этом продольные участки составных частей соединительной решетки 3, обращенные друг к другу, жестко соединены между собой; боковые прямолинейные углубления 5 со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, соответствующие геометрии узлов и наклону поперечных элементов соединительной решетки 3, полученные предварительной запрессовкой.
На фиг. 6 изображены детали жесткого крепления поперечных элементов соединительной решетки на продольных элементах в виде прямоугольных металлических пластин.
На фиг. 6, А показаны: верхний пояс 1, составленный из клееных брусьев, склеенных между собой; составная соединительная решетка 3, изготовленная из отрезков прута круглого сечения, натянутых и жестко прикрепленных при помощи сварки к продольным элементам 4 в виде прямоугольных металлических пластин, вынесенных за внешние грани поясов; боковые прямолинейные углубления 5, расположенные со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1, соответствующие геометрии поперечных элементов. Поперечные элементы соединительной решетки 3 пропущены через отверстия в продольных элементах в виде прямоугольных металлических пластин 4, а их концы приварены электродуговой сваркой. На фиг. 6, А концы имеют выпуски за пределы толщины пластин.
Изображение на фиг. 6, В, отличается от фиг. 6, А только тем, что концы поперечных элементов соединительной решетки 3 отогнуты и приварены электродуговой сваркой к продольным элементам в виде прямоугольных металлических пластин 4.
Натяжение поперечных элементов соединительной решетки 3 по фиг. 6, А и 6, В достигается за счет температурного нагрева и усадки наплавленного металла в процессе сварки.
Изображение на фиг. 6, С отличается от фиг. 6 А и 6, В тем, что поперечные элементы соединительной решетки, по меньшей мере с одного из концов снабжены резьбой, механически натянуты и жестко закреплены на продольных элементах в виде прямоугольных металлических пластин 4 за счет использования клиновидных шайб (изображен отрезок уголка) и гаек. Контргайка условно не показана.
Крестовая форма соединительной решетки 3, благодаря внутренней статической неопределимости обеспечивает наилучшее использование конструкционной стали на растяжение, снижая влияния усилий сжатия в тонких поперечных элементах соединительной решетки 3.
Решетчатый строительный элемент состоит из верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, которые изготовлены преимущественно из клееной древесины. Толщина клееных брусьев не менее 50…60 мм. Рекомендуемая толщина слоев 33-40 мм. Применение в поясах клееной древесины решает несколько важнейших технологических задач, связанных с длинномерностью конструкции, однородностью строения и управлением качеством древесины. При использовании многослойной клееной древесины внутренний склеиваемый слой однородной структуры может быть изготовлен из древесины или древесных материалов с более низкой плотностью, что упростит предварительное формование боковых прямолинейных углублений 5 в брусьях верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 путем накатки или механической запрессовки соединительной решетки 3 на прессах проходного типа. Для снижения давления запрессовки оборудования и облегчения формования углублений в поясах могут быть применены известные химические составы, например, на основе аммиака, карбамида или другие традиционные приемы пластификации древесины или древесных материалов, например, путем регулирования температуры и влажности.
Соединительную решетку 3 изготавливают из отрезков металлического прутка круглой или иной формы поперечного сечения с созданием жесткого соединения за счет склеивания в боковых прямолинейных углублениях 5 брусьев поясов в момент сборки или использования сварки.
Дискретность поперечных элементов соединительной решетки снижает требования к точности устройства боковых прямолинейных углублений 5 в поясах, расширяет технологические возможности выбора способов их устройства, позволяет использовать прутки различных толщин.
Так, при раздельной сборке поперечных элементов соединительной решетки 3 с использованием в качестве сборочного кондуктора брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 с готовыми боковыми прямолинейными углублениями 5, последние могут быть получены с использованием различных технологий.
Например, по безотходной технологии или с частичным удалением материала при помощи накатки, запрессовки (технологической оправки, самой соединительной решетки 3 целиком или ее поперечных элементов) с последующей доводкой, при необходимости, до нужных размеров или традиционными приемами с удалением материала путем фрезерования, рассверловкой сплоченных брусьев и др.
При использовании заранее изготовленной соединительной решетки 3 требования к точности изготовления возрастают.
В этом случае наиболее рациональным способом разметки и формирования боковых прямолинейных углублений 5 является предварительная запрессовка соединительной решетки 3 в брусья поясов с последующей доводкой углублений 5 до нужных размеров, при необходимости.
Такая необходимость может возникнуть на участках с природными дефектами древесины, например, сучками. Поэтому при изготовлении брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 балки предпочтительно использование клееной древесины с исключением в местах контактного взаимодействия с соединительно решеткой 3 подобных пороков древесины или применением многослойной LVL-древесины, изготавливаемой из толстого шпона (толщиной 3-6 мм).
За счет уплотнения древесины или древесных материалов при запрессовки достигается ее модификация, улучшение природных физико-механических свойств с учетом последующего склеивания и пропитки клеевым составом.
Для лучшего механического зацепления поперечное сечение прутка может быть изготовлено периодического профиля с соответствующей нарезкой, рифами, кольцами или продольными ребрами на боковой поверхности.
Наиболее рациональными геометрическими схемами соединительной решетки 3, в которых достигается наилучшее использование прочностных свойств металла, являются геометрические решетки классических ферм типа Уоррена (Warren truss system) и Пратта (Pratt truss system).
Как известно, решетка в системе Уоррена - раскосная в виде равнобедренного или равностороннего треугольника с нисходящими раскосами, испытывающими растяжение и восходящими раскосами, испытывающими сжатие. Решетка в системе Пратта - раскосно-стоечная с растянутыми нисходящими раскосами и сжатыми стойками.
По признаку центрирования узлов решетчатого строительного элемента в заявленном изобретении представлены два типа соединительных решеток 3.
Достоинство центрированной соединительной решетки 3 - отсутствие узловых изгибающих моментов. Недостаток - больший расход металла.
Достоинство расцентрованной соединительной решетки 3 снижение затрат металла, но недостаток - возникновение узловых изгибающих моментов, воспринимаемых поясами, а также продольными элементами.
Крестовый тип соединительной решетки 3 наиболее оптимален для центрированных и расцентрованных узлов, а раскосная соединительная решетка оптимальная при усилении сжатых поперечных элементов парными отрезками досок, вставленных между поясами враспор, который исключает податливость и создает натяжение поперечных элементов.
Шаг поперечных элементов соединительной решетки 3 может быть регулярным, постоянным и переменным. Постоянный шаг поперечных элементов соединительной решетки 3 упрощает изготовление.
В качестве конструкционного металла может использоваться малоуглеродистая сталь с защитными антикоррозионными покрытиями, например, оцинкованием или легированная, в том числе нержавеющая сталь.
Натяжение поперечных элементов соединительной решетки 3, выполненных из отрезков прутка, между продольными элементами в виде прямоугольных металлических пластин 4, снабженных отверстиями, потребует нарезки на их концах резьбы, использования гаек и клиновидных шайб (фиг. 6, С).
Другой способ натяжения основан на сварке концов поперечных элементов, пропущенных через отверстия в продольных элементах - металлических пластинах 4 (фиг. 6, А и 6, В).
В процессе сварки происходит усадка металла и создается натяжение.
Размеры продольных элементов в виде прямоугольных пластин 4 определяется из условия их работы их на изгиб, из условия прочности древесины под ними, испытывающей смятие поперек волокон, а также требованиями, диктуемыми технологией сварки. Толщина пластин должна быть не менее 5 мм. Конструктивные функции пластин 4 могут быть расширены приваркой к ним дополнительных соединительных элементов.
Открытые поперечные элементы соединительной решетки 3 раскосного типа, по меньшей мере, испытывающие сжатие, заключены и вклеены между отрезками парных досок 6 соответствующей геометрической формы, вставленных враспор между поясами и соединенных с ними, склеенных между собой и имеющих пазы 7 вдоль оси досок со стороны склеивания.
Такое конструктивное решение исключает податливость, создает натяжение поперечных элементов, повышает жесткость и устойчивость тонких элементов соединительной решетки 3.
Скошенная геометрическая форма отрезков парных досок 6 исключает осевое кручение составного сечения, а вклеивание обеспечивает совместность силовой работы древесины и металла.
Для повышения степени участия парных досок в силовой работе на сжатие могут быть применены известные приемы: склеивание торцов с поясами, частичная их врезка в пояса, устройство в местах контакта торцов с поясами клиновидных вставок, приклеенных к поясам и др.
С целью улучшения эстетического вида решетчатого строительного элемента, защиты металла от неблагоприятных условий окружающей среды возможно заключение в подобную деревянную обойму из парных досок 6 не только сжатых, но и растянутых поперечных элементов соединительной решетки 3.
Возможен вариант усиления открытых поперечных элементов соединительной решетки 3 раскосного типа путем заключениях их в обойму из отрезков труб, распущенных вдоль образующей, изготовленных соответствующей геометрической формы и размера из склеиваемого и (или) свариваемого материала с использованием натяжных хомутов.
Надежная анкеровка узлов соединительной решетки 3 с брусьями поясов в виде перекрестных, наложенных друг на друга и жестко соединенных между собой поперечных элементов, раздельно размещенных в боковых прямолинейных углублениях 5 каждого из брусьев, увеличивает площадь рабочей области соединения, воспринимающей усилия сдвига, выравнивает их, повышает несущую способность.
В зависимости от назначения, пролета балки, внешних нагрузок толщина прутка должна быть 6..14 мм. Увеличение толщины элементов решетки d напрямую связано с толщиной (шириной) брусьев b. Рекомендуемое соотношение b/d не менее 4.
Увеличение толщины прутка нерационально не только по расходу металла, но и по причине ослабления поперечного сечения брусьев поясов, высокой вероятности структурных разрушений, увеличения мощности прессов, снижения скорости процесса деформирования и производства при формировании боковых прямолинейных углублений 5 с помощью запрессовки.
В качестве клеевого состава целесообразно использовать эпоксидные компаунды, отличающиеся безусадочностью, технологичностью и хорошей адгезией к разнородным материалам, таким как сталь и древесина.
Возможно использование компаундов на основе других смол, например, полиуретановых, одним из достоинств которых является возможность использования древесины с повышенной влажностью, что ценно при формировании боковых прямолинейных углублений 5 с использованием принудительной запрессовки.
Изготовление решетчатого строительного элемента может осуществляться стендовым способом или на поточной линии.
На первом этапе, на участке деревообработки, изготавливаются клееные брусья для верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 (1-й поток), а на участке металлообработки - соединительную решетку 3 (2-й поток).
Для формирования соединительной решетки 3 нарезают отрезки прутьев мерной длины и на сборочном стенде изготавливают соединительную решетку 3, используя сварку в местах контакта прутьев.
После чего на поточной линии с прессовым оборудованием проходного типа осуществляется монтажная сборка брусьев верхнего пояса 1, нижнего пояса 2 и соединительной решетки 3 с использованием фиксирующих технологических приспособлений, а также монтажных скоб.
Следующий этап - совместная прокатка составной конструкции с использованием пресса проходного типа, совмещающая разметку и формирование боковых прямолинейных углублений 5.
Локальная доводка боковых прямолинейных углублений 5 в проблемных местах механическим способом.
Нарезка на участке деревообработки строганных парных досок 6 с пазами 7 вдоль оси досок соответствующей геометрии, обеспечивающей установку их враспор между поясами.
Завершающий этап - нанесение клеевой композиции, окончательная, сборка всех элементов конструкции решетчатого строительного элемента и запрессовка. Для ускорения процесса склеивания могут быть использованы токи высокой частоты.
При стендовом способе на участке деревообработки сначала изготавливают клееные брусья верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2. Затем сплоченные брусья проходят совместную механическую обработку по формированию боковых прямолинейных углублений 5 с использованием безотходной (накатка, запрессовка) или отходной (фрезерование, сверление) технологии. Сверлятся поперечные отверстия для механических связей (болты, винты).
На участке металлообработки нарезают отрезки прутьев мерной длины, при необходимости осуществляют гнутье, нарезку на концах резьбы.
Следующий этап сборки и склеивания осуществляют на стапеле, где в качестве сборочного кондуктора используют брусья поясов, снабженные боковыми прямолинейными углублениями 5. Завершающий этап - нанесение клеевой композиции, окончательная, сборка всех элементов в ансамбль и запрессовка.
Для ускорения процесса склеивания могут быть использованы токи высокой частоты, а также температурный нагрев от сварки в варианте с крестовой соединительной решеткой 3 и с приваркой концов поперечных элементов дискретной соединительной решетки 3 к продольным элементам - пластинам 4 (фиг. 6, А и фиг. 6, В).
Для повышения надежности клеевых соединений, предотвращения опасного расслоения из-за температурных и влажностных перепадов по внешним границам мест вклеивания соединительной решетки в брусья верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 конструктивно установлены механические связи, работающие на растяжение и обеспечивающие запрессовку.