БРУС СТРОИТЕЛЬНЫЙ

Предлагаемая полезная модель относится к строительству, а именно к элементам конструкции стен деревянных строений, и может быть использована при строительстве малоэтажных деревянных зданий и сооружений, таких как жилые деревянные дома, бани, хозяйственные постройки.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является оцилиндрованное бревно, изготовленное способом, согласно которому в указанном бревне выполнены в поперечном направлении равномерно просверленные сквозные диаметральные отверстия. Сверление всех отверстий в каждом бревне осуществляют под одинаковым углом наклона к горизонтали, а величину угла наклона выбирают из условия, при котором при возведении стен построек каждое последующее бревно перекрывает отверстия предыдущего. Далее производят конвективную сушку. Прохождения сушильного агента через сквозные в поперечном направлении отверстия способствует быстрому и равномерному нагреву бревна по сечению, что ускоряет процесс сушки. Кроме того, равномерность нагрева древесины отверстиями обеспечивает одновременную усушку волокон центральной и периферийной части бревна, что приводит к снижению внутренних напряжений, возникающих в бревне в процессе сушки, и устраняет образование трещин на его поверхности. [RU 2525821, F26B 3/06, 20.08.2014 г.]
Недостатком известного решения является то, что бревно, изготовленное известным способом, не предусматривает сушку оцилиндрованного бревна в естественных условиях, например, на строительной площадке. Сверление отверстий под углом к основанию бревна препятствует прохождению воздушных масс, например, в штабеле сложенном для просушки из оцилиндрованных бревен; каждое оцилиндрованное бревно будет перекрывать отверстие соседнего, движение воздушных масс через отверстия, сделанные под углом препятствует свободному прохождению воздушных масс.
Кроме того, избыточное количество сквозных отверстий в оцилиндрованном бревне может привести к потере прочности древесины на смятие. Недостаток же количества сквозных отверстий может привести к некачественной сушке материала либо увеличению времени на просушивание оцилиндрованного бревна.
Задачей заявляемого технического решения является создание бруса строительного высокого качества с возможностью сушки в естественных условиях и одновременным сохранением прочностных характеристик.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является возможность сушки бруса строительного в естественных условиях. Другим техническим результатом является уменьшение теплопроводности при сохранении прочностных характеристик.
Указанные результаты достигаются тем, что в брусе строительном, содержащем перфорационные отверстия, согласно заявленной полезной модели перфорационные отверстия выполнены перпендикулярно относительно продольной оси бруса, при этом диаметр перфорационных отверстий определяется по формуле
Д=Б×к1:2, где
Д - диаметр отверстия,
Б - ширина бруса,
к1 - коэффициент перфорации,
а толщина массива древесины между перфорационными отверстиями и между перфорационными отверстиями и наружными гранями бруса определяется по формуле
м
Т=(Б×к2):3, где
м
Т - толщина массива древесины между перфорационными отверстиями и между перфорационными отверстиями и наружными гранями бруса,
Б - ширина бруса,
к2 - коэффициент толщины массива по поперечным осям.
Для определения соотношения величины перфорации древесины бруса и определения площади массива по горизонтальной плоскости бруса было выполнено несколько эмпирических расположений перфорации на чертеже. Наиболее лучшим соотношением суммарной площади отверстий оказалось 35% (от общей площади горизонтальной поверхности бруса). Определен коэффициент перфорации - 0,35. Оставшиеся 65% массива оказалось возможным разделить между наружными гранями бруса и перфорационными отверстиями, а так же между перфорационными отверстиями с целью получения наиболее приемлемых значений толщины массива для исключения внутренних напряжений внутри древесины при сушке. Наиболее целесообразным определено размещение перфорационных отверстий в два ряда вдоль продольной оси бруса. Перфорационные отверстия, расположенные вдоль бруса строительного, делят (условно) последний на 3 слоя массива древесины. Поэтому деление на 3 включено в формулу определения толщины массива древесины между перфорационными отверстиями и между перфорационными отверстиями и наружными гранями бруса. Коэффициент к2 принят со значением 0,65. Аналогичный расчет принят для определения толщины массива по продольным осям и торцам бруса строительного. Из общеизвестных показателей прочности и теплопроводности в строительстве используется деревянный брус строительный с поперечным сечением в пределах от 15×15 сантиметров до 20×20 сантиметров.
Для изготовления бруса строительного, применимого для сушки в естественных условиях, рассматриваем брус с сечением 20×20 сантиметров (Фиг. 2)
1) Определение диаметров отверстий перфорации производится по формуле:
Д=(Б×к1):2,
где:
Д - диаметр перфорационного отверстия
Б - 20 (ширина бруса)
к1 - 0,35 (коэффициент перфорации)
Д=(20×0,35):2=3,5 см.
2) Определение толщины массива древесины между перфорационными отверстиями и между перфорационными отверстиями и наружными гранями бруса определяется по формуле:
м
Т=(Б×к2):3.
где:
м
Т - толщина массива древесины между перфорационными отверстиями и между перфорационными отверстиями и наружными гранями бруса,
Б - ширина бруса,
к2 - 0,65 (коэффициент толщины массива по поперечным осям).
м
Т=(20×0,65):3=4,33 см.
Искомую величину толщины массива принимаем по поперечным и продольным осям, а также торцевых частей из необходимости достижения равномерности высушиваемого массива древесины с целью исключения внутренних напряжений в древесине при сушке, что является одним из главных препятствий для получения качественной древесины. Для естественной сушки необходимо укладывать брус строительный таким образом, чтобы перфорационные отверстия имели горизонтальное направление. Брус можно укладывать в штабели на прокладках с учетом розы ветров. При естественной сушке за счет перфорирования с параметрами согласно приведенному выше расчету массива древесины и перфорационных отверстий обеспечивается равномерное высушивание всей толщины массива древесины, что позволяет упростить технологию сушки древесины, сократить сроки сушки и, в конечном итоге, уменьшить трудозатраты. Производить сушку изготовленного согласно полезной модели бруса строительного можно также иными способами, в том числе путем принудительной (например, конвекционной) сушки.
Прочностные характеристики получаем из расчета нижнего бруса на смятие от нагрузки, передаваемой на него от сруба двухэтажного жилого дома.
Исходные данные: высота этажа - 3,2 м, брус - 200×200 мм (сосна II сорт), перекрытие и покрытие деревянное, ширина грузовой площади, приходящей на стену - 3,5 м (пролет перекрытия - 7.0)
2
снег (IV) - Sg - 240 кгс/м
2
ветер (II)- Wo - 30 кгс/м
Сбор нагрузок:
1. Собственный вес стены.
g=3,2×2×0,2×600=768 кгс/м. g=768×1,2=921,6 кгс/м.
2. Собственный вес 1 п. м. перекрытия и покрытия (настил толщиной 100 миллиметров - средняя толщина конструкций для расчета).
g=0,1×3,5×600×2=420 кгс/м g=420×1,2=504 кгс/м.
3. Нагрузка от перегородок второго этажа.
(толщина досок - 50 мм.)
N=0,05×3,5×600×3,2=336 кгс.
N=336×1,2=403 кгс/м.
4. Полезная нагрузка на перекрытие.
2
g=200 кгс/м. g=200×3,5=700 кгс/м. g=700×1,2=840 кгс/м.
5. Снеговая нагрузка.
2
g=240 кгс/м. g=240×3,5=840 кгс/м.
см
6. N - Нагрузка, приходящаяся на 1 п.м. нижнего бруса,
g=921,6+504+840+840+403,2=3 508,8=3,5 тс/м.
Где: А = площадь сечения.
g = 3,5 тн - нагрузка на 1 п.м. нижнего бруса.
7. Нагрузка на перфорированный нижний брус.
Определяем несущую способность на смятие перфорированного нижнего бруса с перфорацией
отверстиями диаметром 50 мм через 40 мм по продольной оси бруса и (с запасом) принимаем
остаточную ширину бруса, работающего на смятие равное 100 мм.
2
Расчетное сопротивление смятию древесины сосны II сорта составляет 130 кгс/см.
Полученный показатель доказывает, что запас прочности древесины сруба из бруса строительного двухэтажного дома, выполненного из заявленного бруса строительного, соответствует установленным сводом правил «СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» требованиям.
Уменьшение теплопроводности происходит за счет заполнения воздухом перфорированных отверстий.
Сравнительный расчет сопротивления теплопередаче стен жилого дома, выполненных из соснового сплошного бруса с сечением 20×20 сантиметров и бруса строительного согласно заявленной полезной модели (с сечением 20×20 см, с отверстиями диаметром 3,5 сантиметра. Сравнительный расчет произведен согласно СП 50.13330-2012.
тр
2
Расчет выполнен по табличным значениям сопротивления теплопередаче стен жилого дома при требуемом сопротивлении теплопередаче R=3,36 м°C/Bm
1) Расчет для стены, выполненной из сплошного бруса произведен по формуле:
где
ст.с
- R- сопротивление теплопередаче стены из сплошного бруса.
- В - 0,2 ширина бруса в метрах.
- л - 0,14 теплопроводность сосны.
В нашем случае имеем:
2) Расчет для стены, выполненной из перфорированного бруса произведен по формуле:
ст.п
ст.с
ст.в
R=R+R,
где:
ст.п
- R - сопротивление теплопередаче стены из перфорированного бруса.
ст.с
- R - сопротивление теплопередаче стены из сплошного бруса (1,43)
ст.в
R - сопротивление теплопередаче воздушной прослойки (отверстий)
величиной 0,035 метра, (табличное значение - 0,14)
В нашем случае имеем:
ст.с
2
R=1.43+0,14=1,57 м°С/Bm.
ст.п.
ст.с.
В результате определено, что величина R. больше величины R (1,57>1,43), то есть стена из перфорированного бруса более эффективно сопротивляется теплопотерям.
Брус строительный иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен фрагмент бруса строительного с перфорационными отверстиями, на фиг. 2 - брус строительный, пояснение к расчету.
Брус строительный 1 содержит перфорационные отверстия 2 (фиг. 1, 2).
Брус строительный изготавливается следующим образом. Брус 1 (фиг. 1, 2) необходимого сечения перфорируют сквозными отверстиями 2. В экспериментальной модели был принят брус с размерами сечения 20×20 см. Перфорацию производят по длине бруса по два перфорационных отверстия 2 симметрично продольной оси. Согласно формулам определяют размер диаметра перфорационных отверстий и, соответственно, сверлят отверстия диаметром 3,5 сантиметров с расстоянием между перфорационными отверстиями и между перфорационными отверстиями и наружными гранями бруса 4,33 сантиметров. Далее производят сушку, которая может быть как принудительной, так и естественной. В случае естественной сушки брус 1 укладывают так, чтобы перфорационные отверстия 2 имели горизонтальное направление. Укладку можно производить на прокладках с учетом розы ветров.
При принудительной сушке нет необходимости в использовании пропаривания, инертных газов, облучения. Брус укладывают на прокладках в сушильную камеру с горизонтальным расположением перфорационных отверстий.
При принудительной и естественной сушке, за счет перфорирования массива древесины, обеспечивается равномерное высушивание всей толщины массива древесины, что позволяет упростить технологию сушки древесины, сократить сроки сушки и, в конечном счете, уменьшить трудозатраты.