БАЛКА-ФЕРМА

Полезная модель относится к области строительства, а именно к несущим деревянным балочным конструкциям, которые могут использоваться в зданиях и сооружениях различного назначения, а также в качестве технологической оснастки при производстве строительно-монтажных работ, например опалубочных работ.
Известна деревянная балка-ферма с соединительной решеткой из раскосов (заявка Франции 2572759, опубликованная в 1986 г.), включающая параллельные пояса, составленные из двух слоев досок, и соединительную решетку, размещенную в промежутке между слоями поясов и соединенную с ними с помощью клеевого соединения.
Недостатком этой конструкции является низкая жесткость и прочность, обусловленные как открытостью сквозных сечений поясов, так и низкой надежностью клеевых соединений раскосов с поясами.
Известна также деревянная опалубочная балка (заявка Франции 2185735, опубликованная в 1974 г.), имеющая двухслойные пояса со сквозными пазами в одном из слоев, соединенные решеткой из деревянных раскосов.
Недостатком этой конструкции является низкая технологичность вследствие ее сложности, обусловленной наличием сквозных гнезд в поясных элементах балки, а также вследствие необходимости применения двухслойных поясов для обеспечения требуемых прочностных свойств балки-фермы. Несущая способность такой балки в сильной степени зависит от точности разметки и качества изготовления гнезд и шипов сложной формы.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является деревянная балка-ферма (заявка ФРГ 1817718, опубликованная в 1972 г.), имеющая верхний и нижний пояса, выполненные из цельной древесины и соединенные решеткой, состоящей из соединенных между собой раскосов. Раскосы соединены между собой и с поясами при помощи шиповых соединений на клею. При этом угловые части решетки из раскосов, соединяемые с поясами имеют форму трапеции. На этих трапециевидных угловых частях решетки из раскосов выполнены 2 шипа прямоугольной в поперечном сечении формы. В поясах балки-фермы выполнены соответственно два паза для упомянутых шипов угловой части решетки из раскосов. Пазы в поясах в поперечном сечении имеют прямоугольную форму, как и шипы в угловых частях соединительной
решетки из раскосов. Данные пазы в поясах выполняются с помощью круглой фрезы, соответственно на виде спереди такой паз имеет полукруглую форму. При сборке шипов угловых частей раскосов в форме трапеции с полукруглыми пазами поясов образуются неравномерные зазоры, что приводит к вероятности появления непроклеенных мест, к снижению прочности соединения, а также к увеличению расхода клея. При этом описанная конструкция соединения осуществима лишь при применении прямоугольных в поперечном сечении шипов и пазов, которые требуют максимальной точности нарезки. Выполнение более технологичных трапециевидных в поперечном сечении шипов и пазов в данной конструкции неосуществимо.
Таким образом, недостатками конструкции балки-фермы по прототипу являются:
- низкая технологичность узла соединения раскосов с поясами вследствие высоких требований к точности нарезки прямоугольных пазов и шипов и невозможности применения соединения с шипами трапециевидной формы в поперечном сечении;
- низкое качество проклейки соединения вследствие неравномерности зазора при сборке трапециевидных угловых частей решетки из раскосов с полукруглыми пазами поясов;
- нет гарантии высоких прочностных свойств конструкции из-за возможности некачественной проклейки;
- низкая экономичность процесса изготовления балки-фермы вследствие высокого расхода клея, связанного с неравномерностью зазора в соединении.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, заключается в следующем:
- в повышении технологичности конструкции, путем обеспечения возможности применения трапециевидных в поперечном сечении шипов и пазов, что позволит снизить требования к высокой точности нарезки шипов и пазов и упростить сборку балки-фермы;
- повышение прочностных свойств конструкции вследствие повышения качества сборки и проклейки соединений балки-фермы;
- повышение экономичности конструкции вследствие снижения расхода клея.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в балке-ферме, содержащей продольные пояса, соединенные решеткой из раскосов, в соответствии с предлагаемой полезной моделью угловые части решетки из раскосов
выполнены полукруглой формы в виде части цилиндрической поверхности, при этом на указанных цилиндрических поверхностях угловых частей решетки из раскосов эквидистантно этим цилиндрическим поверхностям выполнены шипы трапециевидной в поперечном сечении формы, а в поясах балки-фермы выполнены пазы, соответствующие по форме и размерам упомянутым шипам угловых частей.
Выполнение решетки из раскосов с угловыми частями полукруглой формы в виде части цилиндрической поверхности, обеспечивает плотность сборки данного соединения с гарантированным равномерным зазором между сопрягаемыми поверхностями, необходимым для качественной проклейки и экономного расходования клея.
Выполнение пазов и шипов на указанных цилиндрических поверхностях угловых частей решетки из раскосов и поясов эквидистантно этим цилиндрическим поверхностям позволяет применить пазы и шипы трапециевидной формы, которые менее требовательны к точности изготовления и упрощают процесс сборки и проклейки, что делает конструкцию более технологичной и позволяет применить более доступное оборудование, обеспечивая необходимые прочностные свойства соединения и балки-фермы в целом.
Геометрические формы шипов и пазов выбраны такими, чтобы при сборке и запрессовке соединения силы внутреннего трения, возникающие по клинчатым поверхностям, обеспечивали их автоматический зажим, предотвращающий самопроизвольное разъединение. При этом сокращается время выдержки собранного соединения в прессе, а также достигается равнопрочность клеевых соединений в древесине конструкции. Количество шипов и пазов, их размеры рассчитываются по известным закономерностям.
Применение предлагаемой полезной модели позволяет получить более монолитную конструкцию, а, следовательно, и более прочную по сравнению с прототипом. Отсутствие зазоров в собранном и проклеенном многошиповом узле соединения решетки из раскосов с поясами уменьшает концентрацию напряжений в узловых соединениях, что способствует увеличению прочности и жесткости всей конструкции.
Предложенная конструкция в большей мере отвечает расчетной модели фермы с жесткими узлами и способна воспринимать узловые изгибающие моменты. Кроме того, предложенная конструкция заявленного объекта позволит расширить технологические
возможности промышленного изготовления деревянных балок-ферм, в том числе на поточных линиях. Все это позволит освоить производство данных изделий в отечественной промышленности, а не закупать их из-за границы, как это делается в настоящее время.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображен общий вид заявленной балки-фермы и продольный разрез соединения решетки из раскосов с поясом балки-фермы.
На фиг.2 схематично изображен поперечный разрез соединения решетки из раскосов с поясом балки-фермы.
Предложенная балка-ферма включает поясные элементы 1, жестко связанные между собой посредством приклеенной к ним зигзагообразной соединительной решетки, состоящей из раскосов 2. Поясные элементы 1 могут быть выполнены склеенными как по длине, так и по ширине. Раскосы зигзагообразной соединительной решетки 2 соединены между собой с помощью мелких зубчатых шипов (на чертежах условно не показаны). Угловые части 3 склеенных раскосов 2 выполнены полукруглыми в виде части цилиндрической поверхности 4, на которой эквидистантно этой поверхности 4 нарезаны шипы 5 трапециевидной в поперечном сечении формы. В поясах 1 балки-фермы нарезаются соответствующие по форме и размерам шипам 5 пазы 6 для соединения с этими шипами 5.
Геометрические формы шипов и пазов выбраны такими, чтобы при сборке и запрессовке соединения силы внутреннего трения, возникающие по клинчатым поверхностям, обеспечивали их автоматический зажим, предотвращающий самопроизвольное разъединение.
Технология изготовления предложенной балки-фермы включает следующие технологические операции. Вначале изготавливают элементы поясов и раскосы из цельных или сращенных по длине строганых досок. При поточном производстве балок-ферм изготовление непрерывных поясных элементов 1 должно быть организовано на двух параллельных потоках с синхронной подачей их в основной поток, в рамках которого производится изготовление соединительной решетки из раскосов 2.
Далее в поясах за один проход соответствующей фрезой изготавливают полукруглые пазы 6 трапециевидной формы в поперечном сечении.
Угловые части 3 решетки из раскосов 2 закругляют, придавая им форму цилиндрической поверхности 4. На этой цилиндрической поверхности 4
соответствующей фрезой с использованием криволинейного копира нарезают эквидистантно указанной цилиндрической поверхности 4 трапециевидные шипы 5, соответствующие по форме и размерам пазам 6 поясов 1. Сопрягаемые поверхности промазывают клеем и запрессовывают.
Основные технико-экономические преимущества заявленного объекта:
1. Конструктивная и технологическая простота узловых соединений.
2. Возможность организации высокопроизводительного производства деревянных балок-ферм на поточной линии с совмещением в едином цикле проклеивания и запрессовки всей конструкции на прессах проходного типа.
3. Повышение прочности и жесткости конструкции за счет большей монолитности всех узловых соединений.
4. Повышение экономичности технологии изготовления за счет снижения расхода клея.