МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННАЯ БАЛКА С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ

Полезная модель относится к области строительства - к конструкциям металлодеревянных двутавровых балок, используемых в качестве несущих элементов покрытий и перекрытий зданий и сооружений.
Известна клеефанерная балка двутаврового сечения, состоящая из деревянных поясов, выполненных из цельной или клееной древесины с синусоидальными пазами трапециевидной формы, и тонкой фанерной стенкой, волнистая преднапряженная форма которой получена протяжкой плоской фанерной заготовки вдоль пазов с последующей запрессовкой и склеиванием
Балку проектируют с одинарной или двойной стенкой из трехслойной фанерной полосы (Гринь И.М., Фурсов В.В., Бабушкин Д.М. и др. Проектирование и расчет деревянных конструкций [Текст]: Справочник / И.М. Гринь, В.В. Фурсов, Д.М. Бабушкин и др. - Киев: Будiвельник, 1988. - С. 80-85) [1].
Недостатки конструкции выражаются в сложности технологического процесса изготовления конструкции [2], связанного с приданием стенке волнистой формы и креплением ее к поясам, низкой надежности неплотных клеевых соединений, в возникновении в поясах и стенке опасных растягивающих усилий, направленных поперек волокон древесины и в использовании сложного и дорогостоящего технологического оборудования.
Известна составная клеефанерная двутавровая балка, включающая деревянные пояса с продольными пазами и плоскую фанерную стенку, вставленную в пазы и соединенную с поясами на клею. Стенка балки усилена поперечными ребрами жесткости, выполненными в виде парных листовых накладок с полуцилиндрическим гофром, а накладки расположены симметрично относительно срединной плоскости стенки, прикреплены к ней и расставлены по длине балки с переменным шагом, уменьшающимся по направлению к опорам. В поясах балки под ребрами жесткости, вырезаны углубления в виде кольцевых дорожек, в которые вставлены и закреплены на клею ребра (Патент РФ №159843 U1, от 17.03.2015, МПК Е04С 3/29, Бюллетень №5 от 20.02.2016) [3].
Недостатками этой конструкции является большое количество дополнительных деталей, необходимых для изготовления стенки, и сложность изготовления составной клеефанерной двутавровой балки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является металлодеревянная двутавровая балка, включающая деревянные пояса с продольными пазами, плоскую металлическую стенку с горизонтальными прорезями в поперечных гофрах, установленную и закрепленную в пазах поясов балки на клею с фиксацией гофр цилиндрическими вкладышами сплошного или полого трубчатого сечения, вставленными в полости между отогнутыми участками стенки и заведенными в гнезда поясов балки наполовину высоты их сечения (Патент республики Беларусь №9064 U, от 07.09.2012, МПК Е04С 3/29, Бюллетень №1 от 28.02.2013) [4].
Цилиндрические вкладыши, названные в патенте нагелями, выполняют функции ребер жесткости. В плоской заготовке стенки балки выполнены горизонтальные прорези длиной, равной половине длины окружности цилиндрического гофра и высотой 1/12 высоты стенки, а сами гофры цилиндрической формы образованы путем изгиба участков стенки между прорезями в разные стороны от оси балки.
Недостаток этой конструкции - сложность изгибания участков стенки между прорезями в разные стороны от оси балки, что увеличивает трудозатраты, а также низкая несущая способность конструкции из-за ослабления гофр стенки прорезями, а деревянных поясов посадочными гнездами (углублениями) для размещения вкладышей.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в уменьшении трудоемкости изготовления металлодеревянной двутавровой балки, в повышении ее несущей способности и прочности соединения стенки с поясами.
0
Технический результат достигается тем, что в известной металлодеревянной балке с гофрированной стенкой, включающей деревянные пояса с пазами, металлическую стенку с поперечно ориентированными гофрами, имеющими горизонтальные прорези, сопряженными между собой плоскими участками, расположенными в срединной плоскости балки, установленную и закрепленную с помощью клеевой композиции в пазах поясов, а также зафиксированные в гофрах ребра жесткости, особенность заключается в том, что использована стенка с односторонним расположением гофр, при этом горизонтальные прорези выполнены по продольным краям стенки с отступом от края не менее глубины паза в поясе, а плоские участки по линиям продольных прорезей загнуты на 180 с образованием замкнутых кольцевых шпонок в зоне гофр, в которые, в местах действия больших сосредоточенных сил и опорных реакций, вставлены ребра жесткости, при этом форма и поперечное сечение ребер жесткости соответствуют размерам и форме полостей кольцевых шпонок, а торцевые кромки ребер жесткости, изготовленные из тонкостенного металла, например, в виде труб или тонкостенных гнутых профилей, снабжены зубьями, одни из которых запрессованы в пояса, а другие загнуты под прямым углом внутрь и опираются на пояса.
На фиг. 1 изображена металлодеревянная балка с гофрированной стенкой с полуцилиндрическими односторонними гофрами в аксонометрии:
а) - в разобранном виде; б) - в собранном виде.
На фигурах показаны: верхний пояс 1, нижний пояс 2, паз 3, стенка 4, прорезь 5, ребро жесткости 6, линия перегиба 7, кольцевая шпонка 8.
На фиг. 2 изображена металлодеревянная балка с гофрированной стенкой по фиг. 1 в фронтальной проекции с продольным разрезом «1-1» стенки и средним продольным ее сечением «В-В», где показаны: верхний пояс 1, нижний пояс 2, стенка 4, ребро жесткости 6, кольцевая шпонка 8.
На фиг. 3 изображена металлодеревянная балка с гофрированной стенкой по фиг. 1 в поперечном разрезе «2-2» с узловой деталью «А» сопряжения гофрированной стенки с деревянным поясом, где: верхний пояс 1, нижний пояс 2, стенка 4, ребро жесткости 6, кольцевая шпонка 8.
На фиг. 4 показана поперечно гофрированная стальная стенка:
а) заготовка металлической гофрированной стенки с линиями продольных прорезей, по которым загибают края стенки на 180°, стрелками указаны направления загиба относительно линии продольных прорезей, где: прорезь 5 и линия перегиба 7;
б) металлическая гофрированная стенка с загнутыми продольными краями на 180°, с образованием замкнутых кольцевых шпонок, где: стенка 4, кольцевая шпонка 8.
На фиг. 5 изображена металлодеревянной балка с гофрированной стенкой с трапециевидными гофрами в аксонометрии:
а) в разобранном виде; б) в собранном виде, где: верхний пояс 1, нижний пояс 2, паз 3, стенка 4, прорезь 5, ребро жесткости 6, линия перегиба 7, кольцевая шпонка 8.
Металлодеревянная балка с гофрированной стенкой состоит из верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, которые изготовлены из качественной цельной или клееной древесины класса прочности не ниже К24, металлической стенки 4 из поперечно гофрированного листа с полуцилиндрическими или трапециевидными гофрами и ребер жесткости 6, которые зафиксированы гофрами и расположены в местах действия больших сосредоточенных сил и опорных реакций. Ребра жесткости 6 установлены в кольцевые шпонки 8, которые образованы путем загиба продольных краев стенки на 180°, по линиям продольных прорезей и линии перегиба 7, после выполнения прорезей в зоне гофр, не затрагивающих плоские участки между гофр. Загиб продольных краев выполняют в противоположную гофрам сторону. В поясах выбраны пазы 3, повторяющие форму продольных краев стенки 4, в которые вставлены и закреплены на клеевой композиции продольные края стенки 4. Прорези 5 расположены на одинаковом удалении от края стенки 4, не менее глубины паза 3 деревянных поясов.
п
ст
ст
ш
Оптимальная длина металлодеревянная балка с гофрированной стенкой составляет  высота балки определяется соотношением  Высота сечения деревянных поясов h=(1/6-1/8) h. Толщина стенки t относится к внутреннему диаметру кольцевой шпонки как t/ d=1/33-1/51.
ш
п
п
Например, при d=58 мм минимальные размеры поперечного сечения пояса составят b⋅h=80×35 мм, а минимальный шаг гофр 85 мм.
Сборку металлодеревянной балки с гофрированной стенкой выполняют в следующей последовательности.
В брусчатых поясах балки выбирают пазы 3, повторяющие форму отогнутых продольных краев стенки 4 со шпонками 8.
Поперечно гофрированную стенку 4 можно изготавливать из плоской металлической полосы двумя способами: вначале поперечно гофрируя полосу, а потом разрезая ее, или, наоборот, сначала просекая металл на длине участков формирования гофр, а потом поперечно гофрируя.
Первый способ изготовления стенки, на наш взгляд, более предпочтителен. Согласно нему металлическую стенку 4 из поперечно гофрированной полосы после разметки временно закрепляют, далее, например, с помощью дисковой пилы прорезают гофры, образуя продольные прорези 5, расположенные на одинаковом удалении от продольных краев заготовки стенки 4, не менее глубины паза 3 при этом, не затрагивая плоские участки.
°
Для придания продольным краям стенки 4 необходимой формы продольные края заготовки загибают на гибочном станке на 180 по линиям прорезей 5 и перегиба 7 с образованием замкнутых кольцевых шпонок 8.
Ребра жесткости 6 могут быть изготовлены из древесины или древесных материалов. Возможен вариант изготовления ребер жесткости 6 из тонколистового металла, например в виде труб или тонкостенных гнутых профилей. Форма и размеры поперечного сечения ребер жесткости должны соответствовать геометрическим размерам и форме внутренних полостей кольцевых шпонок 8 с отрицательным допуском для фиксации и одновременно свободной посадки в их внутренние полости. Длина деревянных ребер жесткости 6 равна высоте стенки 4 балки, измеряемой в свету между поясами, в которые она вставлена. В тонкостенном металлическом исполнении ребра жесткости 6 могут быть выполнены длиннее. В этом случае их торцовые кромки должны быть снабжены зубьями. Часть зубьев предназначена для запрессовки в пояса, а другая часть, загнутая под прямым углом внутрь, служит упором в пояса, увеличивающим площадь опирания. Сборка балки начинается с установки ребер жесткости 6 в кольцевые шпонки 8 в местах, где по условиям работы балки действуют большие внешние нагрузки или реакции: на опорах и в местах монтажа на верхний пояс 1 балки, например, прогонов покрытия или перекрытия.
Затем стенку 4 последовательно вставляют в пазы 3 поясов и закрепляют с помощью компаунда (клеевой композиции, например, на основе эпоксидных смол).
Предложенная металлодеревянной балки с гофрированной стенкой позволяет упростить процесс соединения стенки с поясами благодаря пазам в поясах, совпадающим по форме с продольными краями стенки, и уменьшить трудоемкость изготовления балки за счет сокращения числа комплектующих деталей.
Снижение трудоемкости изготовления балки достигается также за счет упрощения процесса изготовления шпонок, которыми фиксируются ребра жесткости. Если в прототипе гофры, для фиксации ребер жесткости, образованы путем изгиба участков стенки между прорезями в разные стороны от оси балки, то в заявленной полезной модели ряд шпонок получают одним загибом продольного края стенки, при этом ребра жесткости проще и легче устанавливать в выступы шпонок, чем пропускать через систему из нескольких отогнутых в разные стороны участков стенки и, кроме того, еще вставлять в пазы поясов.
Увеличение несущей способности балки достигается благодаря концентрации металла в поясах балки и замкнутой кольцевой форме продольных краев гофрированной стенки в виде ряда кольцевых шпонок, что создает комбинированное шпоночно-клеевое соединение.
Кроме того, повышение несущей способности достигается локальным усилением тонкой металлической стенки балки ребрами жесткости на опорах, где действуют большие опорные реакции, а также в местах передачи на верхний пояс балки значительных сосредоточенных сил, например, от прогонов покрытия или перекрытия.
Литература:
1. Гринь И.М., Фурсов В.В., Бабушкин Д.М. и др. Проектирование и расчет деревянных конструкций [Текст]: Справочник / И.М. Гринь, В.В. Фурсов, Д.М. Бабушкин и др. - Киев: Будiвельник, 1988. - С. 80-85.
2. Атлас деревянных конструкций / К.-Г. Гётц, Д. Хоор, К. Мёлер, Ю. Наттерер; Перевод с немецкого Н.И. Александровой; Под ред. В.В. Ермолова. - Москва: Стройиздат, 1985. - С. 52-53.
3. Патент РФ №159843U1, от 17.03.2015, МПК Е04С 3/29, Бюллетень №5 от 20.02.2016.
4. Патент республики Беларусь №9064 U, от 07.09.2012, МПК Е04С 3/29, Бюллетень №1 от 28.02.2013.