ДЕРЕВЯННАЯ ДВУТАВРОВАЯ КЛЕЕНАЯ БАЛКА

Изобретение относится к области строительства зданий и сооружений и может быть использовано при опалубке межэтажных перекрытий, стен, колонн. Целью изобретения является улучшение физико-механических свойств балки (прочность, гибкость), несущей способности, равномерности распределения нагрузки по ее несущей поверхности и других ее параметров.
Балка является одним из древнейших строительных элементов. К нестоящему времени существует множество всевозможных видов балок, отличающихся друг от друга и функциональным назначением, и размерами, и формой, и материалом изготовления. Среди всего этого многообразия большое распространение получили деревянные, двутавровые, клееные балки (ДДКБ).
ДДКБ, используемые, как правило, для сооружения межэтажных и меж стенных бетонных перекрытий, содержат пять основных функциональных элементов, которые могут быть выполнены и соединены между собой различным образом. Это две идентичные друг другу полки, одна из которых является опорной, а другая несет на себе бетонную нагрузку; затем стенка, Соединяющая полки, элементы, соединяющие стенку с полками в одно целое, причем элементы эти могут быть как клеевыми, так и механическими, т.е. конструктивными; и наконец, водоотталкивающий и противогнилостный слой, покрывающий всю балку.
В зависимости от выполнения элементов балки разработчики подчеркивают тот или иной ее параметр, прежде всего стоимость, трудоемкость сборки, несущую способность, трещиностойкость и др. Как правило, улучшение какого-либо показателя достигается за счет ухудшения ряда других. Поэтому улучшения ДДКБ должно достигаться оптимизацией всех ее функциональных элементов.
В ряде работ, в частности в АС СССР №594275 «ДДКБ», принятым за аналог, основное внимание обращалось на качество стенки. Она имела волнистую форму и выполнялась из древесного волокна, чем достигалась повышение несущей способности и снижение стоимости изготовления. В АС СССР №505780 эти же цели достигались и улучшались выполнением стенки с круглыми отверстиями, диаметр которых убывал от центра к краю балки. Кроме того, для улучшения работы балки под нагрузкой отверстия располагались в шахматном порядке.
В АС СССР №1767123 рассмотрена ДДКБ, где достижение низких стоимости и трудоемкости достигалась сокращением числа клеевых операций и выполнением волнистой стенки из отдельных дощечек. Стенку
составляли доски, устанавливаемые под углом к поясам. Дощечки имеют асимметричные выступы на пластях и скошенные торцы, а пояса, выполняются с пазами вдоль внутренних границ. При этом доски размещены торцами в пазах поперек поясов, а торец каждый последующей доски установлен с упором в выступ предыдущей доски с образованием ступенчатой в плане сетки. Более подробные сведения о балках, в которых достижение качества достигалось в основном за счет совершенствования стенок, можно найти в сборнике «Обзор современного состояния и перспектив развития строительных конструкций за рубежом», 1969 г.
Выполнение волнистой стенки из дощечек позволило улучшить фиксацию стенки. При этом выполнение дощечек с переменной длинной от опоры к центру позволяет добиться повышения устойчивости балки при работе на косой изгиб за счет повышения критического момента. И тем не менее, изготовление ДДКБ с усложненной структурой стенки связано с большим количеством операций по склеиванию и запрессовованию элементов балки, хотя это и позволяет использовать короткометражные дощатые отходы. Конструкция балки получается сложной и дорогой, т.к. требует, помимо всего прочего, выполнения волнистых пазов в полках, что снижает их несущую способность вследствие сложного соединения стенки и полок.
Более перспективным с точки зрения достижения высокой несущей способности, что является наиболее важным для балок опалубочного назначения, является совершенствование полок. Одна из таких конструкций балки, принятая за прототип, описывается в материалах к патенту Р.ф. №2052043 (Е 04 С 3/12 Бюл. №1 от 10.01.1961) автор А.А.Денисенко «Клеефанерная балка двутаврового сечения и способ ее изготовления». Сущность устройства заключается в наличии плоской фанерной стенки и соединенных с ней двух полок (поясов), из склеенных по пластам досок или цельных брусьев. Сечение каждого пояса (полки) выполнены в виде направленного вершиной внутрь сечения балки прямоугольного равнобедренного треугольника. Причем, один катет приклеен к стенке, а другой лежим на прямой, проходящей через точки, наиболее отдаленные от оси симметрии сечения балки. Каждый пояс (полка) изготовлен из общей заготовки прямоугольного поперечного сечения, выполненной из клееной или цельной древесины путем распиливания заготовки на две одинаковых части вдоль по диагонали сечения.
Обычно высоту пояса (полки) определяют из условий обеспечения прочности клеевого шва между стенкой и полкой. Недостаток таких балок в том, что их пояса (полки) имеют прямоугольную форму. Это приводит к нерациональной работе древесины, расположенной ближе к нейтральной оси симметрии сечения при изгибе, поскольку при этом наиболее напряжены крайние волокна сечения.
Целью прототипа являлось повышения несущей способности балки за счет выбора определенной формы поперечного сечения, о чем было сказано выше.
Изготовление такой балки предполагает склеивание стенки с поясами (полками), причем перед соединением со стенкой заготовки поясов (полок), склеенные из досок или выполненные из цельного бруса, распиливают по диагонали его прямоугольного сечения. Момент инерции сечения данной балки увеличивается на 10%. Следовательно, увеличивается на 10% и несущая способность балки без дополнительного расхода древесины.
Прототип, безусловно, обладает рядом необходимых для опалубочных балок качеств. Однако, конструкция при выполнении требует большого числа обрабатывающих операций, осложняющих и удорожающих балку, что особенно важно при массовом жилищном строительстве. Все этом было учтено при конструировании предполагаемой балки. Для изготовления полок (поясов) была выбрана еловая древесина, отличающаяся от других не только доступностью, но и прекрасными физико-механическими свойствами, прежде всего, прочностью и гибкостью, что позволило компенсировать некоторое снижение несущей способности, вызванное простотой конструкции стенки. Повышенная сучковатость материала, свойственная ели, устраняется подбором дощечек из отходов производства еловой древесины, не имеющих в своем составе сучков, с последующим их склеиванием в одно целое и проточкой по всей длине сформированных полок двух параллельных пазов для фиксирования в них стенки. Стенка выполняется в виде двух склеенных между собой листов стандартной березовой фанеры, каждый из которых имеет во всю свою длину продольный шип, предназначенный для вхождения в соответствующий паз (см. фиг.1), что придает целостность и жесткость всей конструкции, особенно, если пазы (или шипы) смазываются клеевым раствором. Стенка из березовой фанеры не дорога в изготовлении и общедоступна, что весьма важно в серийном изготовлении. На фиг.1 представлена аксонометрическая проекция предлагаемой балки, дающая ясное представление о ее сущности и конструкции, причем ее геометрические размеры не имеют принципиального значения и м.б. выполнены практически любыми.
Преимущество предполагаемой балки заключается, прежде всего, в простоте выполнения ее основных элементов. Дополнительные качества, в частности, неподвижность ее составляющих друг относительно друга, обеспечивается средствами соединения элементов балки в единое целое механической и клеевой фиксации выступов стенки в пазах полок и склеивание листов стандартной фанеры водостойким фенольным клеем, изготовленным на основе формальдегидной смолы. Такой клей устойчив к воздействию окружающей среды и, в частности, кипящей воды. Листы фанеры облицованы с обеих сторон пленочным покрытием в виде бумаги, пропитанной фенольной смолой, причем торцы стенки покрываются акриловой краской, обеспечивающей износостойкость.
Предполагаемая балка обладает несомненными признаками новизны, т.к. обеспечивает высокие параметры не в ущерб каким-либо другим, а за счет улучшения всех характеристик балки, что достигается соответствующим
подбором и выполнением ее функциональных элементов и, следовательно, удовлетворяет критерию «Новизна».
Элементы, составляющие балку, выполнены из всем доступных и недорогих материалов, и могут быть легко освоены в производстве, не требуя для этого какого-либо сложного оборудования. Следовательно, предполагаемое изобретение соответствует критерию технической реализации.
Использованные источники
1. АС СССР №594275 (Е 04 С 3/12, Бюл. №7 от 25.02.78) «Деревянная двутавровая клееная балка».
2. АС СССР №505780 «Деревянная двутавровая клееная балка».
3. АС СССР №1767123 «Деревянная двутавровая клееная балка».
4. «Обзор современного состояния и перспективы развития строительных конструкций за рубежом», 1969 г.
5. Патент Р.ф «Клеефанерная балка двутаврового сечения» №2052043 от 10.01.1996 г, Бюл. №1 Е 04 С 3/12, Прототип.