СОСТАВНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ДВУТАВРОВАЯ БАЛКА

Полезная модель относится к области строительства, в частности к конструкциям комбинированных двутавровых балок, используемых в качестве несущих элементов покрытий и перекрытий малоэтажных зданий, а также в качестве балок опалубочных комплектов.
Известна составная металлодеревянная балка двутаврового сечения, включающая верхнюю и нижнюю полки, изготовленные из древесины хвойных пород, соединенных между собой при помощи накладок, расположенных по длине балки с возможностью обеспечения постоянства расстояния между полками. Полки выполнены составными из элементов с профилированными гранями, которыми они обращены друг к другу и скреплены между собой по длине балки, профилированная стенка в верхней и нижней части расположена между составными элементами. Между полками установлены опорные элементы, которые скреплены между собой [Патент на полезную модель РФ №96144, от 18.03.2010, МПК Е04С 3/292, Бюллетень №20 от 20.07.2010].
Недостатками такой конструкции является большое количество деталей, требующихся для изготовления балки, усложняющих технологический процесс. Отсутствие доступа к стенке балки и, в связи с этим, усложнение контроля состояния балки под накладками.
Известна металлодеревянная двутавровая балка, состоящая из металлической стенки, сшитой на нагелях или винтах двухсторонними деревянными поясами и параллельными двухсторонними ребрами [Патент на полезную модель РФ №129960, от 09.01.2013, МПК Е04С 3/292, Бюллетень №19 от 10.07.2013]. Ребра в балке уперты с равным шагом в пояса и выполнены восходящими от опор. Ребра с поясами в узлах стыка соединяются зубчатыми пластинами или металлическими пластинками на нагелях.
Недостатками такой конструкции является большое количество комплектующих деталей, требующихся для изготовления балки.
Наиболее близкой к полезной модели является составная комбинированная двутавровая балка, включающая конструктивные элементы - пояс и стенку, соединенные в жесткую конструкцию при помощи металлических нагелей, пояса выполнены из древесины, а стенка из волнистого стального листа [Патент на полезную модель РФ №151745, от 23.12.2013, МПК Е04С 3/12, Бюллетень №10 от 10.04.2015].
Недостатком этой балки является низкая несущая способность и жесткость конструкции, необходимость в большом количестве нагелей, обеспечивающих совместную работу стенки и поясов.
Технический результат полезной модели - повышение несущей способности и жесткости составной комбинированной двутавровой балки.
Технический результат достигается тем, что составная комбинированная двутавровая балка, состоящая из соединенных в жесткую конструкцию, при помощи механических связей, деревянных составных поясов, полученных роспуском бруса по длине по волнистой линии, и стенки из поперечно гофрированного стального листа усилена утолщением продольных краев стенки в зоне соединения с составными частями поясов, а также продольными диафрагмами жесткости уголкового сечения, расположенными с внутренней стороны составных частей поясов, соответствующими им по длине и ширине, жестко прикрепленными к утолщенной части стенки, полкой, прилегающей и совпадающей с ее волнистым контуром, при этом составные части поясов установлены между утолщенной частью стенки и отогнутой полкой диафрагм жесткости враспор.
Усиление краев стенки утолщением получено путем симметричной сборки и жесткого соединения пакета волнистых полос из того же или иного конструкционного материала с более высокими физико-механическими свойствами одинаковой или переменно ступенчатой ширины, постепенно сужающихся по мере удаления от стенки.
Усиление краев стенки утолщением также может быть получено прокаткой, сваркой или вальцовкой с загибом, не менее высоты пояса, на 180° продольных краев стального листа стенки до его гофрирования.
Механические связи, соединяющие балку в жесткую конструкцию, могут быть пропущены через отогнутые полки диафрагм жесткости, либо только через пояса и стенку.
Полезная модель поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 изображена составная комбинированная двутавровая балка в изометрии, где показаны: составная часть пояса 1, стенка 2, механическая связь 3, диафрагма жесткости 4, утолщение 5.
На фиг. 2 изображено поперечное сечение составной комбинированной двутавровой балки по фиг. 1, с утолщением, полученным при помощи симметричной сборки и жесткого соединения пакета волнистых полос, где показаны: составная часть пояса 1, стенка 2, механическая связь 3, диафрагма жесткости 4, утолщение 5.
На фиг. 3 изображено поперечное сечение составной комбинированной двутавровой балки по фиг. 1, с утолщением, полученным прокаткой, сваркой или вальцовкой до гофрирования стального листа стенки, где показаны: составная часть пояса 1, стенка 2, механическая связь 3, диафрагма жесткости 4, утолщение 5.
Составная комбинированная двутавровая балка состоит из верхнего и нижнего деревянных поясов. Каждый пояс распилен по длине по волнистой линии на две составные части, между которыми расположена поперечно гофрированная тонкая стенка 2 из стального листа. Составные части поясов 1 и стенка 2 комбинированной балки соединены между собой в жесткую конструкцию при помощи механических связей 3, например, выполненных в виде нагелей или тяжей. Деревянные пояса изготовлены из качественной цельной или клееной древесины хвойных пород класса прочности при изгибе не ниже К24, обработаны антисептиком или имеют защитное покрытие.
Кроме этого, балка снабжена продольными диафрагмами жесткости 4 уголкового сечения, расположенными с внутренней стороны каждой составной части пояса 1, которые соответствуют длине и ширине составной части пояса 1 и приваренные к стенке 2 прилегающей к ней полкой, край которой совпадает с волнистым контуром стенки 2.
Продольные края стенки 2, по меньшей мере, в зоне соединения с составными частями поясов 1 и диафрагмами жесткости 4, выполнены с утолщением 5.
По одному из вариантов утолщение 5 стенки 2 достигается загибом (вальцовкой) на 180° продольных краев тонкого стального листа заготовки, прокаткой или сваркой, выполненной до операции поперечного гофрирования стального листа.
По другому варианту утолщение 5 стенки 2 достигается путем симметричной сборки и жесткого соединения пакета волнистых металлических полос контактной сваркой, либо послойной склейкой из того же или иного конструкционного материала одинаковой или переменно ступенчатой ширины, сужающейся по мере удаления от стенки 2.
Утолщение 5 продольных краев тонкой металлической стенки 2 усиливает ее сопротивление местному смятию и срезу под механическими связями 3 и одновременно рационально распределяет более прочный и жесткий материал в местах наибольших продольных деформаций и напряжений, возникающих при поперечном изгибе.
Составные части деревянных поясов вставлены между утолщенным краем стенки 2 и отогнутой полкой диафрагм жесткости 4 враспор.
Продольные диафрагмы жесткости 4 ограничивают при изгибе балки развитие горизонтальных, раздвигающих деревянные пояса деформаций, вызванных волнистой формой поперечно гофрированной стенки 2, разгружая при этом механические связи 3, количество которых может быть уменьшено вдвое. В местах опирания балки и действия больших сосредоточенных сил тонкая поперечно гофрированная стенка 2 может быть дополнительно усилена поперечными ребрами жесткости, выполненными в древесине или металле.
Сборку составной комбинированной двутавровой балки выполняют на стенде в следующей последовательности.
Составные части поясов 1 балки выполняют распиловкой по длине по волнистой линии деревянного бруса, при этом ширина пропила в брусчатой заготовке должна соответствовать, заключенному между ними утолщенному участку стенки 2, обеспечивая при этом установку составных частей деревянных поясов враспор, например, при помощи запрессовки.
Сквозные отверстия под механические связи 3 в одной из составных частей пояса 1 могут быть высверлены заранее, чтобы в дальнейшем использовать их в качестве направляющих.
Для получения утолщения 5 стенки 2 по одному из вариантов изготовления балки, продольные края стального листа заготовки для стенки 2 загибают на 180° не менее чем на высоту деревянного пояса, затем производят поперечное гофрирование листа.
По другому варианту утолщения 5 могут быть получены путем симметричной сборки и жесткого соединения, например, при помощи контактной сварки или склейки пакета волнистых металлических полос из того же или иного конструкционного материала, одинаковой или переменно ступенчатой ширины, сужающейся по мере удаления от стенки 2. Переменность ширины полос снижает опасное влияние концентрации напряжений в переходной зоне от утолщения 5 к стенке 2 из тонкого стального листа.
Диафрагмы жесткости 4 уголкового сечения могут быть изготовлены, например, резкой по длине по волнистой линии стенки металлического гнутого швеллера или резкой прямоугольной полосы с последующим загибом (отбортовкой) на 90° одного из краев заготовки.
Продольные диафрагмы жесткости 4 уголкового сечения, расположенные с внутренней стороны составных частей поясов 1, соответствующие длине и ширине каждой из них привариваются к утолщенной части стенки 2 полкой, прилегающей к ней и совпадающей с ее волнистым контуром.
Соединение составных частей поясов 1 балки со стенкой 2 осуществляется при помощи механических связей 3 нагелей или тяжей пропущенных через отогнутые полки диафрагм жесткости, либо только через составные части поясов 1 и стенку 2, не захватывая диафрагмы жесткости 4. Пропуск механических связей 3 дополнительно через отогнутые полки диафрагм жесткости 4 увеличивает число срезов и несущую способность соединения.
Утолщение продольных краев стенки 2 повышает несущую способность механических связей 3 по опасным видам сопротивлений.
Благодаря утолщению 5 продольных краев стенки 2 и диафрагмам жесткости 4 повышается несущая способность и жесткость составной комбинированной двутавровой балки, при этом значительно сокращается требуемое количество механических связей 3, поскольку необходимость в них диктуется, главным образом, обеспечением монтажной целостности конструкции, частичным восприятием растягивающих усилий, возникающих в поясах при изгибе балки, а также из-за возможной усушки и разбухания древесины при эксплуатации, в условиях колебания температуры и влажности.
Концентрация материала стальной стенки за счет утолщений ее продольных краев, усиление продольными диафрагмами жесткости уголкового сечения, сдерживает опасные распорные деформации составных деревянных поясов, увеличивает приведенный момент инерции и момент сопротивления поперечного сечения конструкции, в целом повышает несущую способность и жесткость заявленной составной комбинированной двутавровой балки.