ДЕРЕВОМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАЛКА

Полезная модель относится к области строительства, в частности к несущим балкам перекрытия и покрытия зданий и сооружений.
Известна балка, выполненная в виде расположенных горизонтально и параллельно друг другу пары швеллеров, стенки которых соединены друг с другом перекладинами. В пространство, ограниченное с боков швеллерами, а снизу верхней перекладиной, установлен продольный деревянный брус. Для облегчения конструкции балки в перекладинах выполнены отверстия (Великобритания, патент 2198468 от 1986 г., НКИ E1S).
Известен также металлодеревянный строительный элемент, содержащий деревянные обкладки, между которыми смонтирована металлическая часть двутаврового сечения с полками и стенкой, и крепежные детали. Полки двутавровой металлической части выполнены в зоне растяжения в виде жестко закрепленных на стенке горизонтальных утолщений, а в зоне сжатия - в виде полосовых накладок, также жестко закрепленных на стенке. Высота металлической части меньше высоты деревянных обкладок, поэтому металлическая часть обжата с боков этими обкладками посредством крепежных деталей, расположенных горизонтально и пропущенных сквозь деревянные обкладки и металлическую часть. Деревянные обкладки обработаны антисептиком и антипиреном, а металлическая часть защищена антикоррозионным покрытием. Стыки деревянных обкладок между собой и с металлической частью закрыты герметиком. Стенка металлической части может быть снабжена выступающими из ее плоскости вертикальными выпуклостями замкнутого профиля. Горизонтальное утолщение стенки металлической части может быть выполнено в виде уголков (Россия, патент 2109893 от 1998 г., МКИ E04C 3/292).
Известна деревянная балка составного сечения, составленная по высоте из двух или нескольких элементов, соединенных на пластинчатых нагелях из твердых пород дерева (В.Е.Шишкин. Деревянные конструкции. - М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре и строительным материалам, 1958. - С.104, рис.54). Балки состоят по высоте из двух или трех брусьев или окантованных бревен, плотно прилегающих друг к другу и соединенных в швах при помощи пластинок. Соединительные элементы выполняют в основном функцию элементов местной жесткости и, в современных условиях эксплуатации, недостаточно эффективно передают поток нагрузок (перерезывающие силы и моменты, как в плоскости нагрузки, так и от возмущающих сил, действующих из плоскости основных потоков нагрузки). Соответственно, недостатком данного технического решения является малая прочность конструкции. Кроме того, установка соединительных элементов имеет высокую трудоемкость и увеличивает стоимость монтажных работ.
Известна также балка, выполненная в виде профилированной конструкции, состоящей из А-образных стоек, наверху которых образован лоток прямоугольного поперечного сечения с размещенным в нем деревянным брусом; низ стоек и верх стенок лотка снабжены горизонтальными участками для крепления балки к смежным конструктивным элементам (Великобритания, патент 2133450 от 1984 г., НКИ E1S).
Прототипом разработанной балки может являться деревометаллическая балка (патент №2365716, E04C 3/292 от 07.03.2008, опубл. 27.08.2009), авторы Ковалев В.Д., Гимбатов В.П., Русанов Г.Г., Шипилов С.В., Напалков А.В. Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытия, прогонов покрытия и поясов металлодеревянных ферм. Деревометаллическая балка выполнена из обработанных антисептиком и антипиреном деревянных продольных накладок, металлического сердечника, двух наружных швеллеров, соединенных воедино с помощью металлических полых нагелей и заклепок точечной сварки. Сердечник состоит из двух металлических швеллеров, соединенных между собой точечной сваркой. Металлический сердечник и наружный швеллер соединены между собой заклепками точечной сварки.
Недостатком деревометаллической балки составного сечения является сложность выполнения соединения металлических швеллеров с деревянными накладками при помощи заклепок.
Задача предлагаемого изобретения заключается в создании балки с минимальным количеством сборочных элементов, обладающей высокой прочностью и жесткостью.
Техническим эффектом предложенной полезной модели является повышение их несущей способности на 47…66% и уменьшение деформативности на 54…62% по сравнению с деревянными. Это позволяет использовать их для повышенных нагрузок, расширяет область применения и сокращает расход древесины при производстве балок. При выполнении данного армирования исключается возможность хрупкого разрушения балок и появляется возможность использования низких сортов древесины для производства таких балок.
Технический результат достигается тем, что в деревометаллической балке соединение швеллера с брусом выполнено при помощи наклонных стержней из арматуры, вклеенных в брус при помощи эпоксидного клея, при этом соединение швеллера со стержнями выполнено при помощи сварки.
Основными элементами разработанной деревометаллической балки служат цельнодеревянный брус 1, прокат в виде металлического швеллера 2 и арматурные стержни - наклонные 3 и вертикальные 4. Швеллер устанавливается в верхней (сжатой) зоне балки, номер проката выбирается по ширине сечения бруса. Крепление швеллера к телу балки выполняется при помощи наклонно вклеенных арматурных стержней класса А-400 периодического профиля. Расположение их принимается по главным растягивающим, либо сжимающим напряжениям под углом 45° с шагом 1/16 от пролета балки.
В результате экспериментально-теоретических исследований армированных балок, проведенных во Владимирском университете, что в предложенной конструкции деревометаллических балок уменьшено поперечное сечение на 20-30%, монтажная масса на 30-40% по сравнению с обычными деревянными балками. Был определен характер размещения наклонной арматуры по траекториям главных растягивающих либо сжимающих деформаций, что в свою очередь обеспечивает прочность балки на действие сдвигающих усилий.