КОНСОЛЬНАЯ КЛЕЕНАЯ БАЛКА ПЕРЕКРЫТИЯ С УСИЛЕНИЕМ
CANTILEVER LAMINATED CAPPING BEAM WITH REINFORCEMENT

Изобретение относится к строительству, а именно к балочным несущим конструкциям перекрытий зданий, предназначенным также для устройства балконов, эркеров, террас, веранд, мансард, крылец и иных видов выступающих за наружные стены частей здания или пристроек к нему.
Известен балкон по патенту на изобретение RU №2247197 (Е04В 1/00, патентообл.: АлтГТУ им. И.И. Ползунова, опубл. 27.02.2005), содержащий площадку рамной конструкции из горизонтального и вертикальных элементов, прикрепленную к передней стене здания связями, пропущенными через отверстия в стене, с ограждением, причем стороны этой площадки, примыкающие к стене, выполнены клиновидной формы.
Такое устройство способствует относительному улучшению теплотехнических характеристик здания, однако не является универсальным и не может быть рекомендовано в силу своей сложности и трудоемкости, недостаточной работоспособности и ненадежности ни для проектирования новых, ни для реконструкции существующих зданий.
Известен балкон здания по патенту на изобретение RU №2070256 (Е04В 2/00, патентообл. Букшук А.А., опубл. 10.12.1996), включающий дверной проем, опорные балки, плиту основания, перила и крепления при помощи скоб и захватов в стене или на стене и(или) оконном проеме, а также посредством анкеров, размещенных в стене здания и(или) при помощи болтов и стержней, размещенных в отверстиях и в стене здания, а также с использованием растяжек.
Такая система, по мнению автора, обеспечивает расширение полезной площади, комфортность и эксплуатационные возможности введенных в эксплуатацию зданий, однако она также является весьма сложной, перенасыщенной конструктивными элементами и малоудобной в эксплуатации.
Известна несущая конструкция балконов или подобных элементов зданий по свидетельству на полезную модель RU №12156 (Е04В 1/00, патентообл.: Макаров И.Н., опубл.: 16.12.1999), состоящая из удерживающей и несущей частей, причем первая из них выполнена в виде двух пар распорных анкерных устройств, закрепляемых в стене здания и двух оттяжек, а вторая часть - двух балок, расположенных под углом к стене, у которых примыкающие к стене концы закреплены на одной паре распорных анкерных устройств, а свободные части балок связаны с другой парой распорных анкерных устройств посредством оттяжек.
Известная конструкция обладает достаточной работоспособностью и надежностью, однако она также не характеризуется ни универсальностью, ни рациональностью в изготовлении, ни эргономичностью.
Известна деревянная шпренгельная балка по авторскому свидетельству на изобретение SU №1789628 (Е04С 3/12, патентообл.: ЦНИиОЭИ комплексных проблем строительных конструкций и сооружений, опубл. 23.01.1993), включающая корпус, шпренгель(и), стойки, анкеры, опорные и соединительные детали.
Известной балкой обеспечивается повышение несущей способности при снижении расхода материалов, ее можно использовать в качестве консольной конструкции для устройства балконов, эркеров, террас, веранд, мансард, крылец и иных видов выступающих за наружные стены частей или пристроек зданий, однако она также не обладает ни универсальность, ни простотой и удобством в изготовлении, ни эргономичностью, ни надежностью.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение универсальности, эргономичности, простоты и удобства изготовления, повышение жесткости, прочности и устойчивости балки.
Такой результат достигается тем, что в консольной клееной балке перекрытия с усилением, включающей корпус, шпренгель(и), стойки, анкерные болты, опорные и соединительные детали, ее корпусу с помощью прямоугольных ламелей придана коробчатая форма, разделенная на 5…7 секций длиной от 1 до 3 м каждая, с оборудованием их концевых участков стойками с проходными отверстиями, в которые вставляются металлические стержневые шпренгели, обеспечивающие посредством анкерных болтов или талрепов поэтапную натяжку каждой секции, начиная от середины балки и заканчивая ее консольными выступами, причем последняя является несущим конструктивным элементом зданий с внешними габаритами в ряду типоразмеров от 5×5 м до 15×15 м с выпуском консольных выступов балки за внешнюю границу стен на 1…3 м. Кроме того, в качестве шпренгелей принимаются не только металлические стержни, но и катанка, и тросы, а также ленты и канаты, выполненные из синтетики, стекло- и металлопластика либо иных видов прочных композиционных материалов, соединение которых с анкерными болтами или талрепами на выходе из стоек производится встык либо внахлест с использованием сварки, резьбовых фитингов или кольцевых разъемников; в конструктивной схеме балки принимается не менее семи комбинаций наклонного, горизонтального, параллельного и (или) перекрестного расположения шпренгельных связей для каждой секции, причем количество и размеры секций, консолей и самой балки следует выбирать согласно таблице,
Параметры
L<sub>CT</sub>, м
5
6
8
10
12
15
Варианты
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
L<sub>б</sub>
7
9
11
7
10
12
10
12
14
12
14
16
14
16
18
17
19
21
l<sub>0</sub>
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
l<sub>к</sub>
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
n
7
7
7
5
5
5
6
6
6
7
7
7
6
6
6
7
7
7
CT
где L - длина несущей стены здания, параллельной балке, м;
б
L - длина балки, м;
0
l - длина секции, м;
к
l - длина консоли, м;
n - количество секций; а в случае применения в качестве шпренгельных связей тросов, лент и канатов, эти средства могут усиливать балку не только в каждой ее секции, но и группировку по 2…7 секций, связывая их одной, двумя либо тремя сплошными нитями.
Особенности конструктивного исполнения заявляемой балки показаны на чертежах, где на фиг.1 описывается устройство консольного выступа и примыкающей к нему секции в разрезе, а также увеличенный узел А - место вхождения соседних шпренгелей в стойку и их соединение с анкерными болтами. На фиг.2 представлены семь возможных комбинаций компоновки всех секционных шпренгельных связей в единую шпренгельную систему балки.
Из фиг.1 видно, что предлагаемая балка состоит из (двух горизонтальных и двух вертикальных длинномерных) прямоугольных ламелей (1); коробчатая конструкция которых пересекает поперечные для нее несущие ограждающие стены (3) здания; стоек (2); шпренгелей (4) или шпренгельных связей; верхней ламели (5), корпуса (6) и консольных выступов (7) балки. На этом же чертеже выделен узел А - место вхождения соседних шпренгелей (4) в проходные отверстия (9) стойки (2) и их соединения с анкерными болтами (11). На фиг.1 выделен и увеличенный узел А, где приведены вкручиваемые в анкерные болты (11) натяжные гайки (8) и компенсирующие шайбы (10).
Таким образом, заявляемая конструкция балки представляет собой корпус (6) коробчатой формы, выполненный из 4-х длинномерных ламелей (1, 5) в том числе 2-х горизонтальных, верхней и нижней и двух вертикальных боковых. Так как такие балки предназначены в качестве несущих конструкций перекрытий зданий, а также их внешних узлов, таких как балконы, эркеры, террасы, веранды, мансарды, крыльца и так далее, то корпус (6) каждой балки заканчивается одним или двумя консольными выступами (7). Кроме того, в состав балки входят образующие ее секции стойки (2) и шпренгели (4), связанные с помощью анкерных болтов (11) в единую шпренгельную систему балки. Причем для усиления балки путем натяжки ее секций шпренгелями (4) используются анкерные болты (11), компенсирующие шайбы (10) и натяжные гайки (8), а для введения анкерных болтов (11) в стойки (2) применяются выполненные в последних проходные отверстия (9). Как видно из фиг.1, опорными деталями при этом являются сам корпус (6) балки и ее стойки (2), а соединительными деталями и одновременно элементами усиления - шпренгели (4) в комплекте с анкерными болтами (11), натяжными гайками (8) и компенсирующими шайбами (10). В качестве стоек (2) следует использовать широкие деревянные бруски, либо более узкие металлические элементы также прямоугольной формы. При этом каждый шпренгель (4) и анкерный болт (11) могут представлять собой сплошной стержневой элемент, либо элементы, соединенные друг с другом встык либо внахлест с помощью сварки или резьбовых фитингов, например муфт и гаек. Возможно также использовать шпренгельные связи из катанки и тросов. Кроме того, можно применять ленты и канаты, изготовленные из синтетических высокопрочных композиционных материалов, в том числе из стекло- и металлопластика. В таких случаях анкерные болты (11) следует соединять со шпренгелями (4) посредством кольцевых разъемников. Анкерные болты (11) можно также заменять более удобными при монтаже талрепами. Шпренгельные связи могут использоваться посекционно, то есть для усиления каждой отдельной секции, однако в случае применения для этой цели тросов, лент и канатов рекомендуются другие варианты усиления, в частности оснащение всей балки только одной сплошной нитью шпренгелей (4), либо двумя, тремя нитями, которые связывают отдельные секции нескольких (от 2 до 6) группировок согласно фрагментов в), г), д), е), ж), см. фиг.2. Из фиг.2 видно, что шпренгельные связи в каждой секции корпуса (6) балки согласно семи комбинациям от а) до ж) могут быть также одинарными и двойными, выполненными горизонтально, наклонно, либо параллельно и под углом друг к другу. Так, например, на фрагменте а) фиг.2 показано усиление первой и второй секций с левой стороны и первой и второй секций с правой стороны балки отдельными гибкими двойными шпренгельными связями, а серединной секции - обычной одинарной. На фрагменте б) показано усиление всех пяти секций одинарными связями; фрагменте в) - одинарной связью крайней левой и крайней правой секций, а трех серединных секций - отдельной тройной связью; фрагменте г) - одинарной связью серединной секции и отдельными двойными связями двух крайних левых и двух крайних правых секций с использованием установленных на верхних торцевых ребрах балки кронштейнов с роликами для шпренгельных лент или со шкивами - для шпренгельных канатов и тросов. На фрагменте г) показано усиление балки с помощью двух отдельных двойных шпренгельных связей и одной одинарной связи аналогично фрагменту а). На фрагментах е) и ж) показано использование для усиления балки двух одинарных шпренгельных связей, выполненных по ломанной линии, одна из которых усиливает (на фрагменте е)) четыре левых секции, а вторая - четыре правых секций, либо (на фрагменте ж)) каждая одинарная ломаная шпренгельная связь служит для усиления всех пяти секций балки. Одновременно каждый из всех семи описанных вариантов шпренгельной системы может представлять собой набор автономных гибких или жестких шпренгельных связей, предназначенных для усиления только одной, то есть каждой из пяти, шести или семи секций рассматриваемой балочной конструкции.
Для того чтобы смонтировать заявляемую балку в соответствии с ее конструктивной схемой и установить на отведенное ей место в перекрытии здания необходимо:
- собрать ее корпус (6) из трех (одной боковой и двух горизонтальных ламелей (1, 5);
- если шпренгели (4) каждой секции состоят из двух элементов, то соединять их следует в единый узел посредством сварки, фитингов или разъемников;
- ввести шпренгели (4) в проходные отверстия (9) стоек (2),
- вставить в участки анкерных болтов (11) компенсирующие шайбы (10) и вкрутить на несколько витков натяжные гайки (8);
- произвести натяжку всех секций, с помощью комплекта шпренгель (4), анкерный болт (11), натяжная гайка (8), начиная от центральной секции и заканчивая консольными выступами (7), поочередно и постепенно ввинчивая натяжные гайки (8) в анкерные болты (11);
- вклеить в корпус (6) балки четвертую ламель (1) и установить готовую балку в отведенное ей место в перекрытии здания.
При использовании одной сплошной нити либо двух или трех сплошных нитей шпренгельных связей с выделением для этого одной или нескольких группировок секций перечисленные выше сборно-монтажные операции сокращаются и упрощаются.
Испытание моделей балок в лабораторных условиях и балок, применяемых в строительстве домов каркасного типа в условиях постоянной эксплуатации, показали, что конструкции балок, изготовленных в соответствии с заявляемым техническим решением, отличаются от своих аналогов большей жесткостью, прочностью и устойчивостью, что обусловливает их высокую работоспособность, надежность и долговечность. Предлагаемый тип балок характеризуется также своей универсальностью, эргономичностью, относительной несложностью и удобством изготовления.