Дощатая балка
PLANK BEAM

Изобретение относится к области строительства, в частности к балкам перекрытий и покрытий зданий, выполненным из досок.
Из уровня техники известны деревянные балки составного сечения на пластинчатых нагелях, разработанные В.С. Деревягиным в 1932г., состоящие из двух или трех брусьев, которые сплачиваются по высоте пластинчатыми нагелями, изготовленными из древесины твердых пород (https://helpiks.org/6-37874.html, дата просмотра 29.07.2022).
Также известна деревянная балка составного сечения на наклонно вклеенных связях, обеспечивающих сплачивание соединяемых между собой элементов таким образом, чтобы они работали как одно целое. При этом используемые в качестве соединительных элементов металлические стержни установлены под углом в пределах от 30° до 45° и заглублены в нижнем элементе балки (патент РФ № 2173376 С1, дата приоритета 08.06.2000, дата публикации 10.09.2001, авторы: Меркулов А.Т. и др., RU).
Известна комбинированная опорная балка, состоящая из двух деревянных балок, которые обработанной поверхностью с зазором или непосредственно прилегают друг к другу, а для их соединения используются соединительные элементы, которые проходят насквозь одну балку и входят во вторую балку, а также используются гвоздевые плиты (патент РФ № 2093647 С1, дата приоритета 25.02.1994, дата публикации 20.10.1997, автор Йоханн Вольф, АТ).
Общим недостатком аналогов деревянных балок составного сечения является то, что в качестве основных элементов в них используется брус, получение которого из бревна определенной длины и диаметра в количественном отношении ограничено.
В настоящее время с учетом ряда достоинств основным видом деревянных балок, рекомендуемых к применению в зданиях различного назначения, являются дощатоклееные балки, известный арсенал которых достаточно широк.
Известна деревянная балка, состоящая из пакета клееных досок и вклеенной в него арматуры, при этом в нижней растянутой зоне клееного пакета установлена горизонтальная арматура с отгибами в приопорных зонах, а в верхней сжатой зоне установлена горизонтальная арматура с обрывами в сечениях, проходящих через точки перегиба арматуры растянутой зоны (патент РФ № 117474 U1, дата приоритета 19.12.2011, дата публикации 27.06.2012, авторы: Рощина С.И. и др., RU).
Недостатком аналога является повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная выполнением пазов в составных частях балки и обеспечением точного совпадения конфигурации стальных арматурных стержней, имеющих отгибы, с положением пазов, предназначенных для их вклейки.
Известна деревянная балка в виде пакета клееных досок, опирающаяся по концам на опоры, снабженная нижними и верхними пазами, выбранными со стороны боковых граней балки, в которые на клеющем компаунде запрессованы соответственно гибкие жгуты и стальные стержни, а пазы заклеены деревянными планками. При этом нижние пазы имеют по своей длине очертание, близкое по конфигурации к очертанию эпюры главных растягивающих напряжений от действия расчетной нагрузки, верхние пазы имеют ориентацию, совпадающую с продольной осью деревянной балки, а на приопорных участках балки через сквозные отверстия, расположенные наклонно к продольной оси с уклоном в сторону середины балки, пропущены гибкие жгуты с разрезанными на полосы концами, которые приклеены к нижней и верхней граням пакета клееных досок веерообразно (патент РФ № 168412 U1, дата приоритета 23.08.2016, дата публикации 02.02.2017, авторы: Алексашкин Е.Н. и др., RU).
Недостатком аналога является повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная выполнением пазов сложной конфигурации со стороны боковых граней балки.
Известна клееная деревянная балка, состоящая из пакета клееных досок, объединенных между собой клеевыми швами. Пакет клееных досок снабжен в клеевых швах армирующими элементами в виде фибры из композитного материала, причем армирующие элементы равномерно распределены по ширине пакета клеевых досок и неравномерно - по пролету и высоте сечения клееной деревянной балки (патент РФ № 197463 U1, дата приоритета 14.11.2019, дата публикации 29.04.2020, авторы: Веселов В.В. и др., RU).
Недостатком аналога является трудоемкость изготовления, связанная с применением в клеевых швах армирующих элементов в виде фибры из композитного материала и со спецификой ее распределения в сечениях и по высоте клееной балки.
Широкий арсенал дощатоклееных балок, обладающих несущей способностью и долговечностью, подтверждается также в следующих публикациях: патент РФ № 171490 U1, дата приоритета 22.02.2017, дата публикации 02.06.2017, автор Веселов В.В., RU; патент РФ № 2022109 С1, дата приоритета 16.07.1991, дата публикации 30.10.1994, авторы: Прокопьев А.С. и др., RU; патент РФ № 2357054 С2, дата приоритета 26.12.2006, дата публикации 27.05.2009, автор Греков А.В., RU; патент РФ № 2728058 С2, дата приоритета 26.02.2018, дата публикации 27.08.2019, авторы: Замалиев Ф.С. и др., RU.
Общим недостатком указанных аналогов также является высокая трудоемкость изготовления.
В качестве прототипа принята деревянная балка, выполненная в виде пакета клееных досок, к боковым поверхностям которого при помощи С-образных зубчатых полос прикреплены парные каркасы, включающие в свой состав продольные верхние стержни, продольные нижние стержни и наклонные стержни. С-образные зубчатые полосы имеют зубья в зоне их крепления к боковым поверхностям пакета клееных досок и отверстия на их горизонтальных гранях для крепления нагелями к пакету клееных досок. Ширина С-образных зубчатых полос увеличивается от середины деревянной балки к ее опорам, а их шаг уменьшается от опор деревянной балки к ее середине (патент РФ № 2633721 С1, дата приоритета 24.08.2016, дата публикации 17.10.2017, авторы: Алексашкин Е.Н. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является сложная и трудоемкая технология изготовления, обусловленная конструктивной сложностью парных каркасов и их креплением к пакету клееных досок с помощью С-образных зубчатых полос и нагелей.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является необходимость расширения арсенала дощатых балок составного сечения, как разрезных однопролетных, так и неразрезных, обладающих высокой несущей способностью, прочностью и жесткостью, имеющих упрощенную технологию изготовления, основанную на применении гвоздевого соединения и стяжных элементов для сплачивания между собой элементов дощатой балки.
Для решения технической проблемы предложена дощатая балка, содержащая соединенные между собой в пакет доски. Новым является то, что балка выполнена составной, однопролетной или многопролетной, а в растянутой зоне между досками дополнительно содержит тонкий стальной лист. При этом соединение досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей, которые расположены в приопорных зонах и в верхней сжатой зоне. В приопорных зонах доски соединены гвоздями по всей высоте балки. А в верхней сжатой зоне гвозди расположены равномерно по длине балки для соединения досок сжатой зоны между собой и обеспечения их устойчивости. Кроме того, в приопорных зонах дощатая балка стянута по высоте посредством стяжных болтов для восприятия поперечных усилий.
Согласно изобретению, в составе дощатой балки использован тонкий стальной лист толщиной от 0,5 мм до 1,5 мм.
Согласно изобретению, однопролетная дощатая балка содержит тонкий стальной лист между крайними нижними слоями досок по всей длине балки.
Согласно изобретению, многопролетная дощатая балка содержит тонкие стальные листы в растянутых зонах между крайними нижними слоями досок пролета и крайними верхними слоями досок на опоре между пролетами.
Согласно изобретению, тонкий стальной лист прибит насквозь гвоздями к доскам, между которыми лист расположен.
Согласно изобретению, однопролетная дощатая балка содержит тонкие стальные листы между соседними нижними слоями досок по всей длине балки.
Согласно изобретению, многопролетная дощатая балка содержит тонкие стальные листы в растянутых зонах между соседними нижними слоями досок пролета и соседними верхними слоями досок на опоре между пролетами.
На фиг. 1 схематично изображена дощатая балка однопролетная (разрезная), опирающаяся на две опоры, общий вид.
На фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1.
На фиг. 3 изображен разрез Б-Б на фиг. 1.
На фиг. 4 изображена дощатая балка двухпролетная (неразрезная), общий вид.
На фиг. 5 изображен разрез В-В на фиг. 4.
На фиг. 6 изображен разрез Г-Г на фиг. 4.
На чертежах приведены следующие обозначения:
1 - дощатая балка однопролетная;
2 - дощатая балка двухпролетная
3 - деревянные доски, уложенные слоями в пакет;
4 - гвозди, соединяющие доски 3 между собой;
5 - стяжные болты в приопорных зонах, воспринимающие поперечные усилия;
6 - тонкий стальной лист в нижней растянутой зоне балки в пролете;
7 - тонкий стальной лист в верхней растянутой зоне балки на опоре между пролетами.
Предлагаемая дощатая балка в примерах выполнена составной, разрезной однопролетной 1 (фиг. 1) или неразрезной, например, двухпролетной 2 (фиг. 4). Составная дощатая балка в обоих примерах содержит соединенные в пакет доски 3, между которыми в растянутой зоне расположен тонкий стальной лист 6, 7 с толщиной от 0,5 мм до 1,5 мм (фиг. 1, фиг. 4). При этом соединение указанных досок и стального листа в пакет выполнено посредством гвоздей 4, которые расположены в приопорных зонах и в верхней сжатой зоне. В приопорных зонах доски соединены гвоздями 4 по всей высоте балки, А в верхней сжатой зоне гвозди 4 расположены равномерно по длине балки для соединения досок сжатой зоны между собой с целью обеспечения их устойчивости. Кроме того, в приопорных зонах дощатая балка стянута по высоте стяжными болтами 5 для восприятия поперечных усилий.
Однопролетная дощатая балка 1 содержит указанный тонкий стальной лист 6 между крайними нижними слоями досок 3 по всей длине балки (фиг. 1), а также может содержать при необходимости дополнительные тонкие стальные листы между соседними (смежными) нижними слоями досок по всей длине балки (условно не показано).
Многопролетная, в частности, двухпролетная балка содержит указанные тонкие стальные листы 6, 7 в растянутых зонах, причем между крайними нижними слоями досок в пролетах содержит листы 6, а между крайними верхними слоями досок на опоре между пролетами содержит лист 7 (фиг. 4 - фиг. 6). Кроме того, многопролетная дощатая балка может содержать при необходимости дополнительные тонкие стальные листы в растянутых зонах между соседними (смежными) нижними слоями досок пролета и соседними (смежными) верхними слоями досок на опоре между пролетами (условно не показано).
Экспериментально установлено, что указанная толщина тонких стальных листов 6, 7 является оптимальной для пробивки гвоздями и восприятия растягивающих усилий при отсутствии проскальзывания листов, закрепленных прибитыми насквозь гвоздями к доскам, между которыми лист расположен.
Дощатая балка однопролетная 1 (разрезная), загруженная поперечной нагрузкой, работает следующим образом. При воздействии поперечной нагрузки в разрезной балке 1 возникает поперечное усилие с максимальным значением в приопорных зонах. Это поперечное усилие воспринимается стяжными болтами 5, расположенными в приопорных зонах. При этом между досками возникают касательные напряжения, которые воспринимаются гвоздями 4, соединяющими доски между собой в приопорных зонах по всей высоте балки.
При воздействии поперечной нагрузки в разрезной балке 1 возникает изгибающий момент с максимальным значением в середине пролета балки. При этом возникают растягивающие усилия в нижней части сечения балки, включающей указанный тонкий стальной лист 6. Эти растягивающие усилия воспринимаются тонким стальным листом 6. Для предотвращения проскальзывания тонкий стальной лист 6 прибит гвоздями 4 к доскам, между которыми лист расположен.
При изгибе в сжатой зоне в верхней части сечения балки доски сжимаются, для обеспечения их устойчивости доски сжатой зоны прибиваются гвоздями 4 равномерно по длине балки.
Дощатая балка двухпролетная 2 (неразрезная), загруженная поперечной нагрузкой, работает следующим образом.
При воздействии поперечной нагрузки в неразрезной балке 2 возникает поперечное усилие с максимальным значением в приопорных зонах. Это поперечное усилие воспринимается стяжными болтами 5, расположенными в приопорных зонах. При этом между досками возникают касательные напряжения, которые воспринимаются гвоздями 4, соединяющими доски между собой в приопорных зонах по всей высоте балки.
При воздействии поперечной нагрузки в неразрезной балке 2 возникают изгибающие моменты в середине пролетов балки и на опоре. При этом возникают растягивающие усилия в нижней части сечения балки в пролете и в верхней части сечения балки на опоре. Эти растягивающие усилия воспринимаются в пролете тонким стальным листом 6, а на опоре тонким стальным листом 7. Кроме того, при изгибе в сжатой зоне в верхней части сечения неразрезной балки 2 доски сжимаются, а для обеспечения их устойчивости доски сжатой зоны прибиваются гвоздями 4 равномерно по длине балки.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении арсенала дощатых балок составного сечения, как разрезных однопролетных, так и неразрезных, обладающих высокой несущей способностью, прочностью и жесткостью, работающих как одно целое и имеющих упрощенную технологию изготовления, основанную на применении гвоздевого соединения и стяжных элементов для сплачивания между собой элементов составной дощатой балки.