ДЕРЕВЯННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СТЕНА ЗДАНИЯ, ВОЗВЕДЕННАЯ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
WOODEN BUILDING ELEMENT AND BUILDING WALL ERECTED WITH IT

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям деревянных стен, и может быть использовано при строительстве новых и реконструкции существующих небольших строений и малоэтажных зданий.
Известен деревянный строительный элемент, выполненный в виде клееной обрезной доски с продольно расположенным клиновидным выступом на верхней кромке и соответствующим ему пазом на нижней кромке (патент RU 28878, опубл. 20.04.2003). На лицевой стороне доски возле верхнего выступа и нижнего паза продольно расположены скосы, а на ее тыльной плоской стороне в верхней и нижней части продольно расположены глухие прорези прямоугольного сечения, предназначенные для размещения горизонтально расположенных верхнего и нижнего распорных элементов, выполненных в виде сплошных фанерных листов. Указанный выше строительный элемент позволяет изготовить коробчатый брус с использованием пары обрезных досок, где внутреннее пустотное пространство бруса, ограниченное установленными по его длине верхним и нижним распорными элементами, заполнено теплоизоляционным материалом в виде минеральной ваты, при этом торцы коробчатого бруса закрыты фанерными листами. С использованием указанных выше коробчатых брусьев, которые расположены продольно, один на другом, возводится стена малоэтажного деревянного дома, с размещением клиновидных выступов одного коробчатого бруса в клиновидных пазах другого бруса. Между нижним распорным элементом вышерасположенного бруса и верхним распорным элементом нижерасположенного бруса образован зазор, который заполнен уплотнительным теплоизоляционным материалом. Недостатками известного деревянного строительного элемента являются его невысокие прочностные характеристики из-за ослабленной стенки, расположенной в нижней части клееного элемента между продольным клиновидным пазом и продольной прорезью прямоугольного сечения, предназначенного для установки нижнего распорного элемента, дополнительные трудовые затраты, необходимые для его склеивания, а также опасность его рассыхания и коробления из-за перепада температур и влажности воздуха. Недостатки известного коробчатого бруса следуют из недостатков вышеуказанных строительных элементов, из которых он изготовлен, к тому же коробчатый брус обладает небольшой пространственной жесткостью и довольно высокой трудоемкостью при изготовлении, требующей в период его сборки специальной оснастки для фиксации в вертикальном положении неустойчивых деревянных строительных элементов. Недостатки известной стены малоэтажного дома следуют из недостатков вышеуказанных коробчатых брусьев, из которых она сложена, к тому же стена обладает несовершенной конструкцией, требующей придания ей дополнительной устойчивости в процессе возведения, применения большого количества клеящих веществ, крепежных изделий и уплотнительных материалов, располагаемых между распорными элементами коробчатых брусьев, а технология возведения стены отличается высокой трудоемкостью и многоступенчатостью, способствующей накоплению размерных погрешностей при ее изготовлении, что сказывается на качестве работ, при этом существует опасность разрушения стыков клееных строительных элементов под воздействием внешних климатических факторов.
Также известна панельная конструкция дома, в которой стеновая панель состоит из множества брусковых строительных элементов заданной длины, укладываемых друг на друга по высоте панели (патент СА 2541653, опубл. 09.10.2006). На торцах каждого брускового элемента выполнены шипы, которые при укладке брусьев друг на друга заходят в пазы вертикальных стоек, обрамляющих панель с обеих сторон. На шипах брусьев и в пазах стоек закреплены при помощи коротких шурупов металлические прокладочные вставки П-образной формы. На верхней стороне каждого бруса выполнен продольный гребень прямоугольного сечения, а на нижней стороне выполнен продольный паз соответствующего сечения, и при монтаже брусьев гребень входит в паз и образует сплошную стеновую конструкцию. В стыки установленных друг на друга брусьев уложены уплотнительные материалы, а сами брусья скреплены между собой по длине стыка длинными шурупами. Лицевая сторона бруса сверху и снизу имеет закругленную форму, а его тыльная сторона выполнена плоской. В брусьях просверлены совпадающие по высоте стеновой панели внутренние вертикальные каналы, через которые в панели пропущены натяжные стержни, нижние концы которых прикреплены к фундаменту, а на верхние резьбовые концы навинчены гаечные петли с отверстиями для вставки рычагов, необходимых для завинчивания петель и натяжения стержней. В стеновой панели также выполнены каналы для прокладки коммуникаций, в которых, по мере необходимости, размещают провода и трубы. Обрамляющие панель столбы прикреплены к опорному брусу, уложенному на фундамент. Недостатками известного деревянного брускового строительного элемента являются низкий уровень технологичности его изготовления, требующий большого объема ручного труда и примитивного оборудования, что отрицательно сказывается на времени и качестве сборки панели, необходимость применения выравнивающих металлических прокладочных вставок П-образной формы на шипах бруса из-за их больших погрешностях в размерах и форме. Недостатками известной панельной конструкции стены дома являются высокий уровень трудоемкости при монтаже большеразмерных брусковых строительных элементов, из которых собирается стеновая панель, несовершенная и громоздкая конструкция панели из-за наличия мостиков холода в вертикальных стыках стоек и применения большого количества крепежных изделий и уплотнительных материалов между верхними гребнями и нижними пазами брусьев, необходимость дополнительного утепления стеновой конструкции, а также проблемы при установке элементов кровли из-за выступающих верхних гаечных петель над стеновой панелью, опасность коробления сплошных брусьев по длине и их растрескивания из-за перепада температурно-влажностного режима между внутренней и наружной средой.
В качестве прототипа принята разборная стеновая панель, выполненная из деревянных строительных элементов, имеющих структуру многослойного кирпича, составленного из двух симметрично расположенных дощатых пакетов, отделенных друг от друга распорными элементами (патент KR 20060025321, опубл. 21.03.2006). Один из вариантов выполнения стеновой панели предусматривает использование строительного элемента, в котором параллельно расположенные пакеты состоят из установленных на ребро и скрепленных между собой плоскими сторонами двух отрезков досок. Верхние, нижние и торцевые кромки досок в обоих пакетах смещены таким образом, что в верхней части и на одном из торцов строительного элемента образуют стыковочное приспособление в виде двойного продольного гребня, а в нижней части и на другом торце образуют стыковочное приспособление в виде общего продольного паза (см. фиг. 1а, 1b и 1с). При помощи стыковочных приспособлений строительный элемент в панели соединяется с другими строительными элементами. Распорные элементы, отделяющие пакеты друг от друга, изготовлены из коротких обрезков досок и неподвижно прикреплены к внутренней поверхности пакетов, образуя между ними узкое внутреннее пустотное пространство. В распорных элементах выполнены сквозные отверстия для установки во внутреннем пустотном пространстве горизонтальных натяжных устройств. С наружной стороны пакетов выполнены открытые каналы для установки наружных вертикальных натяжных устройств. Натяжные устройства изготовлены в виде металлических стержней с резьбовыми концами, на которые, после установки в каналы, навинчиваются обжимные гайки. С использованием указанного выше строительного элемента, выполненного в виде многослойного деревянного кирпича, собирается стеновая панель, при возведении которой строительные элементы укладываются по нижнему ярусу последовательно один за другим, а по верхним ярусам один над другим, с размещением гребней одного элемента в пазе другого. Крайние верхние и нижние ярусы строительных элементов, уложенных в панели, а также их боковые ряды соединены натяжными устройствами, которые проходят через всю панель и стягиваются при помощи обжимных гаек, сплачивая ярусы и ряды кладки в конструкцию стеновой панели. Недостатками известного деревянного строительного элемента, выполненного в виде многослойного дощатого кирпича, являются его невысокое качество и низкий уровень технологичности, характеризующийся высоким процентом отходов древесины при его изготовлении, осуществляемом на примитивном оборудовании с большими затратами ручного труда, сложности в выдерживании требуемых установочных размеров и формы элемента, вызывающие необходимость подгонки каждого строительного элемента при установке в стеновую панель, что отрицательно сказывается на времени и качестве сборки панели, опасность их коробления и расслаивания из-за неоднородной структуры материала и перепадов температуры и влажности, необходимость применения клеящих и крепежных материалов при соединении обрезков досок в пакеты. Недостатки известной разборной стеновой панели следуют из недостатков вышеуказанных строительных элементов, из которых она собирается, к тому же технология возведения стены отличается высоким уровнем трудоемкости, так как стеновая панель обладает громоздкой конструкцией, в которой отсутствует монолитность и пространственная жесткость, поэтому в период сборки ей необходимо обеспечение дополнительной устойчивости и/или укладки конструкции в горизонтальное положение, что создает трудности для работающих, также существует опасность коробления и образования щелей в строительных элементах и деформация стеновой панели в процессе эксплуатации из-за перепада температурно-влажностного режима между наружной и внутренней средой, что вызовет необходимость применения большого количества уплотнительных материалов для заделки щелей и наружных каналов под натяжные устройства, а также выполнения теплоизоляционных и отделочных работ.
Технической задачей, для решения которой предлагается данное изобретение, является повышение качества деревянного строительного элемента и надежности его стыковых соединений в кладке стен, обеспечение прочности и монолитности стеновой конструкции, снижение трудоемкости изготовления строительного элемента и стены с полной заводской готовностью по безотходной технологии, позволяющей в короткие сроки собирать на строительной площадке декоративные стеновые конструкции, не требующие дополнительных, в том числе и отделочных, работ и обладающие средствами регулирования собственных деформаций, унификация размеров и формы строительных элементов и создание на их основе единой базы данных типовых деталей, при помощи которой возможно осуществление автоматических методов конструирования индивидуальных проектов небольших строений и малоэтажных зданий с комфортной планировкой.
Указанная техническая задача решается предлагаемым деревянным строительным элементом, на верхней, нижней и торцевых сторонах которого выполнены стыковочные приспособления, при этом стыковочные приспособления, выполненные на верхней и одной торцевой стороне, состоят по меньшей мере из одного продольного гребня, а стыковочные приспособления, выполненные на нижней и другой торцевой стороне, состоят по меньшей мере из одного продольного паза. Новым является то, что торцевые стороны строительного элемента выполнены в виде волнообразно изогнутых совпадающих между собой поверхностей с наклонными верхними и нижними участками, где изогнутые поверхности расположены обратно симметрично относительно продольной оси элемента, а их наклонные участки ограничены его высотой Н, при этом на одной изогнутой поверхности, сопрягаемой с верхней стороной элемента, выполнены продольные гребни, а на другой изогнутой поверхности, сопрягаемой с нижней стороной элемента, выполнены продольные пазы. Качество строительного элемента лучше, если он будет изготовлен в цеховых условиях из однородной древесины естественной сушки. В зависимости от величины возводимой стены, размеры строительного элемента могут составлять: длина L - от 300 мм до 600 мм, высота Н - от 80 мм до 150 мм, ширина В - от 40 мм до 60 мм. Оптимально, если волнообразно изогнутые торцевые поверхности элемента будут содержать по меньшей мере одну вершину и одну впадину, что позволит обеспечить их полное совпадение. Вершины и впадины волнообразно изогнутых поверхностей могут быть смещены относительно продольной оси элемента на расстояние е, которое может составлять не более чем 1/22 его высоты Н, что позволит избежать скалывания волнообразных поверхностей строительного элемента при изготовлении. Предпочтительно, если угол α наклона наклонных участков волнообразно изогнутых поверхностей будет составлять от 30° до 90°. На верхней стороне и на сопрягаемой с ней изогнутой поверхности торцевой стороны может быть выполнено два продольных гребня с наклонными стенками, а на нижней стороне и на сопрягаемой с ней изогнутой поверхности торцевой стороны может быть выполнено два продольных паза с наклонными стенками, что позволит обеспечить их надежное замковое соединение. Целесообразно, если угол β наклона стенок гребней и пазов будет составлять от 30° до 60°. В одной из боковых сторон строительного элемента может быть выполнено гнездо для установки конца распорного элемента. Стена здания возведена на бетонном фундаменте с использованием предлагаемого деревянного строительного элемента, на верхних, нижних и торцевых сторонах которого выполнены стыковочные приспособления в виде продольных гребней и пазов, при этом в кладке строительные элементы уложены в два ряда на ребро, где продольные гребни, расположенные на верхней и одной торцевой стороне строительных элементов, состыкованы с продольными пазами, расположенными на нижней и другой торцевой стороне элементов, все стыки кладки обжаты натяжными устройствами, а ряды кладки отделены друг от друга распорными элементами и между ними расположено внутреннее пустотное пространство. Новым является то, что в качестве деревянных строительных элементов для кладки стены использован строительный элемент по любому из п.п.1-10, торцевые стороны строительных элементов состыкованы в кладке путем наложения совпадающих между собой волнообразно изогнутых поверхностей друг на друга, гребни и пазы которых соединены в замки, в которых отсутствуют зазоры и пустоты, при этом замковые соединения одного яруса кладки смещены относительно замковых соединений другого яруса кладки, под нижним ярусом кладки уложены опорные брусья, а поверх верхнего яруса кладки уложены прижимные брусья, на которых установлены опорные пластины натяжных устройств, расположенных в вертикальном положении во внутреннем пустотном пространстве между рядами кладки, что делает кладку стены прочной и монолитной. Перевязка строительных элементов надежнее, если замковые соединения в ярусах кладки будут смещены относительно друг друга на половину длины элемента. Вертикальные натяжные устройства могут быть выполнены в виде тросовых тяг, нижним концом прикрепленных к анкерам фундамента, а верхним концом соединенных с опорными пластинами, что позволит обеспечить уплотнение стыковых соединений кладки. Для регулирования деформации стены оптимально, если концы распорных элементов будут установлены в гнездах на внутренних боковых сторонах строительных элементов с возможностью их вертикального обратно-поступательного перемещения. В зависимости от условий эксплуатации, кладка стены может быть выполнена с возможностью использования в качестве наружной стены, и/или внутренней стены, и/или перегородки, во внутреннем пространстве которых может быть выполнена прокладка коммуникаций, а в качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала могут быть использованы древесные опилки и/или мелкая стружка, являющиеся отходом после обработки строительных элементов. Стена соответствует своему назначению, если она будет содержать дверные и/или оконные проемы, а также угловые стыки со стенами и перегородками. В проемах и угловых стыках, расположенных со стороны улицы, торцевые соединения могут быть выполнены в виде «ласточкина хвоста», а в угловых стыках, расположенных со стороны помещения, торцевые соединения могут быть выполнены впритык с двойными гребнями и пазами на стыкуемых поверхностях, что позволит обеспечить стене пространственную жесткость и прочность. Целесообразно, если перекрывающие проемы перемычки будут выполнены из бруса соответствующего размера с торцевыми стыковочными приспособлениями, согласующимися с торцевыми стыковочными приспособлениями строительных элементов, что позволит сохранить узор кладки. На видимых сторонах строительных элементов может быть выполнен декоративный резьбовой орнамент, усиливающий эстетическое восприятие от узора кладки стены.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан вид сверху деревянного строительного элемента, на фиг.2 показан его вид с торца, на фиг.3 показан его вид с внутренней боковой стороны и гнездом для установки распорного элемента, на фиг.4 показан вид сверху элемента плана стены, на фиг.5 показан ее фронтальный вид.
Данное техническое решение поясняется примером конкретного выполнения деревянного строительного элемента 1, изготовленного в цеховых условиях на высокоточном деревообрабатывающем оборудовании из однородной древесины хвойных пород, высушенной в естественных условиях (см. фиг.1, 2 и 3). Размеры строительного элемента 1, предназначенного для кладки стены приусадебной бани, составляют: длина по ребру L=450 мм, высота Н=110 мм и ширина В=50 мм. На верхнем и нижнем ребрах и торцевых сторонах строительного элемента 1 выполнены стыковочные приспособления, где верхнее стыковочное приспособление состоит из двух продольных гребней 2 с наклонными стенками, а нижнее стыковочное приспособление состоит из двух продольных пазов 3, также имеющих наклонные стенки. Угол β наклона стенок верхних продольных гребней 2 и нижних продольных пазов 3 в данном случае составляет 45°. Торцевые стороны строительного элемента 1 выполнены в виде волнообразно изогнутых совпадающих между собой поверхностей с наклонными верхними и нижними участками, где изогнутые поверхности расположены обратно симметрично относительно продольной оси элемента 1, а их наклонные участки ограничены его высотой Н=110 мм. Угол α наклона наклонных участков волнообразно изогнутых поверхностей в данном случае составляет 60°. На одной изогнутой торцевой поверхности, сопрягаемой с верхней стороной элемента 1, выполнено два продольных гребня 4, а на другой изогнутой торцевой поверхности, сопрягаемой с нижней стороной элемента 1, выполнено два продольных паза 5, что позволяет им создать надежное замковое соединение в кладке стены 6. На одной из боковых сторон деревянного строительного элемента 1 выполнено гнездо 7 глубиной 25 мм с вертикальной прорезью, предназначенной для установки распорного элемента 8. Обе волнообразно изогнутые торцевые поверхности элемента 1 содержат по одной вершине и по одной впадине, что позволяет обеспечить их полное совпадение при установке в кладку стены 6. Вершины и впадины волнообразно изогнутых торцевых поверхностей смещены от продольной оси элемента 1 на расстояние е=5,0 мм, которое в данном случае составляет 1/22 часть его высоты Н. Деревянная стена 6 строящейся по индивидуальному проекту приусадебной бани возведена на опорных брусьях 9 по бетонному фундаменту 10, с использованием деревянных строительных элементов 1, уложенных по опорным брусьям 9 в два ряда на ребро (см. фиг.5 и 6). Продольные гребни 2 и 4, расположенные на верхней и одной торцевой стороне строительных элементов 1, состыкованы с продольными пазами 3 и 5, расположенными на нижней и другой торцевой стороне элементов 1, а торцевые стороны строительных элементов 1 состыкованы в кладке путем наложения совпадающих между собой волнообразно изогнутых поверхностей друг на друга, на которых гребни 2 и 4 и пазы 3 и 5 соединены в замки, не требующие применения клеящих веществ, крепежных изделий и уплотнительных материалов. Замковые соединения одного яруса кладки стены 6 смещены относительно замковых соединений другого яруса кладки на половину длины L=450 мм элемента 1, что составляет L/2=225 мм. Ряды кладки стены 6 отделены друг от друга распорными элементами 8 и между ними расположено внутреннее пустотное пространство 11. Поверх верхнего яруса на каждый ряд кладки уложены прижимные брусья 12, на которых установлены опорные металлические пластины 13 натяжных устройств 14, выполненных в виде шестипрядных тросовых тяг диаметром ⌀=14 мм. Натяжные устройства 14 установлены в вертикальном положении во внутреннем пустотном пространстве 11 стены 6 и расположены друг от друга на расстоянии 1000 мм. Устройства 14 нижним концом прикреплены к анкерам 15 бетонного фундамента 10, а верхним концом присоединены к резьбовому концу, пропущенному через опорную пластину 13 с резиновым амортизирующим элементом 16 и обжатому через шайбу натяжной гайкой 17, что позволяет уплотнить стыковые соединения элементов 1 и придать кладке стены 6 монолитность. Между опорными брусьями 9 и фундаментом 10 выполнена рулонная гидроизоляция 18 из трех слоев рубероида, уложенных друг на друга. Распорные элементы 8 выполнены из стальной трубы диаметром ⌀22 мм и расположены по высоте стены 6 через каждые два яруса кладки, а по длине через один строительный элемент 1. На концах распорных элементов 8 приварены перпендикулярно расположенные стальные пластины - 5×50×50, при помощи которых распорные элементы 8 вставлены в вертикальные прорези гнезд 7, расположенных на внутренних боковых сторонах строительных элементов 1. Концы распорных элементов 8 установлены в прорези гнезд 7 с возможностью ограниченного, в пределах высоты строительного элемента 1, вертикального обратно-поступательного перемещения в плоскости стены 6, происходящего под воздействием деформации уложенных в кладку стены 6 строительных элементов 1 из-за сезонных изменений температурно-влажностного режима между наружной и внутренней средой. Перемещение распорных элементов 8 компенсирует внутренние напряжения, накапливающиеся в конструкции стены 6, и равномерно распределяет их по ярусам и рядам кладки. Во внутреннем пространстве между рядами кладки стены 6 смонтированы трубопроводы систем водоснабжения и отопления, а также проложены кабели электроснабжения (не показаны). В качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала использованы древесные опилки и/или мелкая стружка, которые являются экологически чистыми отходами обработки деревянных строительных элементов 1. В зависимости от места расположения стен 6 в здании, строительные элементы 1 используются для возведения наружных стен, в которых выполняются оконные и дверные проемы, или внутренних стен и перегородок, в которых выполняются только дверные проемы. Для предотвращения образования в теплоизоляционном слое конденсата в пустотном пространстве наружных стен выполнена пароизоляция из алюминиевой фольги. Стена 6 имеет угловые соединения с другими стенами и перегородками, при этом в угловых соединениях, расположенных со стороны улицы, а также в оконных и дверных проемах торцевые угловые стыки выполнены в виде «ласточкина хвоста», а в угловых соединениях, расположенных со стороны помещения, торцевые угловые стыки выполнены впритык к сопрягаемым стенам и перегородкам с двойными гребнями и пазами на стыкуемых поверхностях, что обеспечивает их надежное соединение (не показано). Оконные и дверные проемы перекрыты перемычками 19, выполненными из бруса соответствующей длины и сечения, обеспечивающими их надежное опирание на кладку стены 6, и торцевыми стыковочными приспособлениями, согласующимися с торцевыми стыковочными приспособлениями строительных элементов 1 и повторяющими узор кладки стены 6. В проеме установлена промежуточная стержневая тяга 20, дополнительно уплотняющая стыковые соединения строительных элементов 1 в кладке. На видимых сторонах деревянных строительных элементов 1 выполнен декоративный резьбовой орнамент, подобранный по вкусу и желанию заказчика (не показан) и усиливающий эстетическое восприятие от узора кладки стены 6, при этом глубина реза допускается до 20 мм без ущерба для прочностных характеристик стеновой конструкции.