СБОРНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗ ПРОДОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПРОДОЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ СБОРКИ ЭТОЙ КОНСТРУКЦИИ

Группа полезных моделей относится к строительным конструкциям из продольных элементов, выполненных из низкотеплопроводного материала, например, из дерева, предназначенным, в частности, для индивидуального жилищного строительства, и может быть широко использовано для возведения экономичных жилых домов, бань, хозяйственных построек или иных конструкций в различных климатических зонах. Предлагаемые сборная конструкция и продольные элементы могут быть использованы для возведения чистовых конструкций стен, перекрытий, полов, стропило-крыш, перегородок и других конструкций и/или их элементов, при этом все строительные конструкции могут быть использованы без обязательной дополнительной отделки.
Известны деревянные каркасные строительные конструкции для возведения малоэтажных каркасных домов и строений, состоящие из бруса нескольких типоразмеров для возведения каркасов, обрезной доски разной толщины и качества, соединительных элементов (см. «Деревянные конструкции и детали». Справочник строителя. - М. «Стройиздат», 1995 г., с.75, а также Интернет-ссылку: http://www.rusz.ru). При сборке дома возводят каркас из брусьев, который затем утепляется, обшивается досками с обеих сторон. Такие конструкции требуют отделки стен изнутри и снаружи.
Недостатками таких конструкций являются низкие теплофизические свойства вследствие продуваемости конструкций из досок, в результате чего необходимо применение дополнительных ветрозащитных и утеплительных материалов, что повышает трудоемкость сборки и стоимость конструкции, кроме того, закрепление досок на каркасе с помощью гвоздей повышает трудоемкость сборки и стоимость строительства, вследствие необходимости привлечения работников высокой квалификации.
Известны также каркасно-щитовые строительные конструкции, собираемые на каркасе из бруса, на котором закреплены специальные щиты или сэндвич-панели, состоящие из одного или нескольких слоев утеплителя (минеральной или базальтовой ваты, пенополистирола), обшитого плитами ОСП (ориентированно-стружечная плита), ЦСП (цементно-стружечная плита), влагостойкой фанерой или другими материалами. (см. «Деревянные конструкции и детали». Справочник строителя. - М. «Стройиздат», 1995 г., с.73-74, а также Интернет-ссылки: http://www.know-house.ru/avtor/tech15.html и http://www.scandichouse.ni/images/woodopen.gif) При использовании таких конструкций стены домов с внешней стороны отделываются штукатуркой, обшиваются сайдингом или обкладываются кирпичом. Внутренняя отделка каркасного дома обычно выполняется с использованием гипсокартона. Элементы полов и перекрытий также монтируются с применением специальных сэндвич-панелей.
Недостатком таких конструкций является большое разнообразие материалов, необходимых для их сборки. Кроме того, к недостаткам относится необходимость внешней и внутренней отделки поверхностей конструкции. Все это делает подобные конструкции не универсальными, трудоемкими в сборке и отделке. Еще одним недостатком является то, что часто материалы, используемые в таких конструкция, такие как плиты ОСП являются недостаточно экологичными из-за применения в них вредных для человека клеев и смол.
Известны также строительные конструкции из длинномерных материалов, например, бревен или бруса, плотно состыкованных между собой. (См. Интернет-ссылку: http://www.rusz.ru/catalog/16.html). Недостатками таких конструкций являются большая материалоемкость, а также большая трудоемкость изготовления таких материалов, связанная с необходимостью длительной сушки исходных толстостенных материалов из дерева, кроме того, такие конструкции имеют низкие теплофизические свойства, поскольку толщина применяемых бревен или бруса, составляющая 180-240 мм не обеспечивают необходимой по действующим строительным нормам теплозащиты.
Для устранения этого недостатка широко применяется клееный брус, собранный и склеенный под прессом из просушенных элементов небольшой толщины. (См. Интернет-ссылку: http://www.narhozstroy.ru) Недостатком такого материала и конструкций из него являются высокая стоимость; трудоемкость изготовления бруса и сборки конструкций из него; низкая универсальность, связанная с
нецелесообразностью возведения из одинаковых элементов любых конструкций дома: стен, перекрытий, крыш. Кроме того, недостатком строительных конструкций из бруса являются его недостаточные теплофизические свойства, что требует при эксплуатации дома повышенных энергозатрат на его отопление в холодных регионах в зимнее время.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению: «Сборная строительная конструкция» - (прототипом) является сборная строительная конструкция такого же назначения и со сходными существенными признаками, как у заявляемой полезной модели, а именно: сборная строительная конструкция из длинномерных элементов, плотно состыкованных между собой. В качестве длинномерных элементов для возведения домов и строений применяют клееный брус, при этом брус используется для возведения стен, а перекрытия и крыши собираются аналогично каркасным домам (См. журнал «Деревянные дома. Wooden Houses», 1999 г., №1, с.71).
Недостатками данной конструкции являются:
- недостаточная универсальность конструкции, поскольку она применяется только для возведения стен, и не применяется для возведения перекрытий, полов, стропил, крыш или иных строительных элементов;
- низкая экономичность конструкции вследствие высокой стоимости бруса с использованием дорогостоящего импортного оборудования, а также вследствие того, что стена из бруса толщиной 240 мм не обеспечивает достаточной защиты от холода в зимнее время на большей части территории России, и для повышения ее теплофизических свойств применяют дополнительное использование теплоизоляционного материала, что приводит к дополнительному удорожанию строительства;
- низкая технологичность конструкции, связанная с большим весом брусьев большой длины, необходимых для возведения стен или их участков, что приводит к необходимости применения технических подъемных устройств.
Для сборки строительных деревянных конструкций применяют различные длинномерные строительные элементы в виде тесаных бревен или оцилиндрованных бревен. (см. Камай В.И. «Дом» - М., Изд. Центр «ПРО», 1991 г., с.с.35-38.) Бревна - традиционный материал для строительства домов. Недостатками строительного бревна являются:
- низкая технологичность, связанная с необходимостью естественной сушки бревен, которая может продолжаться несколько месяцев;
- неравномерная толщина бревна, что снижает его теплофизические свойства, которые определяет минимальная толщина собранной конструкции;
- низкая экономичность вследствие длительности подготовки материала, сложности сборки строительных конструкций из него, а также необходимости применения дополнительных средств для повышения теплофизических свойств строительных конструкций из бревна;
- недостаточная универсальность, обусловленная тем, что бревна используют преимущественно для возведения стен, редко используют для чистовых конструкций перекрытий, не требующих дополнительной отделки, не используют для сборки чистового пола, возведения крыш и т.п.;
Для сборки строительной деревянной конструкции по вышеприведенному прототипу использованы продольные элементы в виде клееного бруса, выбранные в качестве прототипа для предлагаемой полезной модели: «Продольный элемент для сборки строительной конструкции». (См. журнал «Деревянные дома. Wooden Houses», 1999 г., №1, с.71).
Недостатками строительного клееного бруса являются:
- низкая экономичность вследствие дороговизны изготовления бруса, высокой материалоемкости, а также необходимости применения дополнительных средств для повышения теплофизических свойств строительных конструкций из бруса;
- недостаточная универсальность, обусловленная тем, что брус используют преимущественно для возведения стен, редко используют для чистовых конструкций перекрытий, не требующих дополнительной отделки, не используют для сборки чистового пола, возведения крыш и т.п.;
- высокая трудоемкость сборки конструкций из бруса, связанная с большим весом бруса, и как следствие - необходимостью применения средств механизации.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель: «Сборная строительная конструкция из продольных элементов» - заключается в следующем:
- в повышении универсальности сборной конструкции, вследствие использования ее для сборки, как стеновых конструкций, так и междуэтажных перекрытий, полов,
стропило-крыш, перегородок и других строительных конструкций, не требующих применения дополнительных несущих элементов;
- в снижении материалоемкости конструкции при одновременном повышении ее теплофизических качеств;
- в снижении себестоимости изготовления строительных конструкций и трудоемкости их сборки, вследствие применения простых и легких строительных элементов, простоты их сборки, а также вследствие обеспечения возможности использования данной конструкции без обязательной наружной и внутренней отделки.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель: «Продольный элемент (варианты) для сборки строительной конструкции» - заключается в следующем:
- в снижении материалоемкости продольного элемента при одновременном повышении его теплофизических качеств,
- в повышении универсальности конструкции продольного элемента, вследствие обеспечения возможности его применения для сборки различных элементов строения: стеновых конструкций, междуэтажных перекрытий, полов, стропило-крыш, перегородок и других строительных конструкций, не требующих применения при сборке дополнительных несущих элементов, а также не требующих обязательной отделки.
Поставленная техническая задача в предлагаемой полезной модели: «Сборная строительная конструкция из продольных элементов» - решается тем, что сборная конструкция из продольных элементов для строительства зданий и/или сооружений и/или их элементов, представляет собой плотно состыкованные между собой продольные элементы, выполненные в виде двутаврообразных балок, пояса которых состыкованы между собой по граням, параллельным соединяющей их стенке (стенке двутавра), при этом между поясами и стенками смежных двутаврообразных балок образовано замкнутое теплозвукоизоляционное пространство. Высота каждой балки не менее 150 мм, ширина - не менее 100 мм, толщина стенки двутавра - не менее 6 мм, толщина каждого пояса - не менее 25 мм.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что смежные двутаврообразные балки соединены между собой по принципу «выступ-паз» с помощью продольных выступов и пазов, выполненных на
обоих поясах балок на соответствующих состыкованных гранях. При этом выступы и пазы выполняют функцию обеспечения плотности соединения и его непродуваемости, а также дополнительную функцию обеспечения несущей способности собранной конструкции, что позволяет применять ее в конструкциях перекрытий, крыш и др. Для выполнения функции повышения несущей способности конструкции специально подобраны размеры выступов и пазов: глубина паза (высота выступа) не менее 8 мм, ширина - 8-30 мм.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что двутаврообразные балки соединены между собой посредством продольного нагеля, размещенного в пространстве-канале, образованном продольными пазами, выполненными на состыкованных гранях смежных балок, а размеры и форма поперечного сечения продольного нагеля соответствуют размерам и форме поперечного сечения пространства-канала, образованного продольными пазами смежных балок. При этом пазы и нагели выполняют функцию обеспечения плотности соединения и его непродуваемости, а также дополнительную функцию обеспечения несущей способности собранной конструкции, что позволяет применять ее в конструкциях перекрытий, крыш и др. Для выполнения функции повышения несущей способности конструкции специально подобраны размеры пазов и соответственно нагелей: глубина паза не менее 10 мм, ширина 6-16 мм.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что двутаврообразные балки соединены между собой посредством ряда шкантов, установленных в глухих отверстиях, выполненных на состыкованных гранях смежных балок. При этом шканты выполняют дополнительную функцию обеспечения несущей способности собранной конструкции, что позволяет применять ее в конструкциях перекрытий, крыш и др. Для выполнения функции повышения несущей способности конструкции рассчитывают размеры и количество нагелей.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что двутаврообразные балки соединены между собой посредством жестких закладных элементов-упоров, размещенных в указанном теплозвукоизоляционном пространстве между поясами смежных балок для предотвращения сдвига граней балок, образующих поверхности собранной конструкции. При этом указанные закладные элементы могут быть выполнены в виде
поперечных вставок, расположенных на расстоянии друг от друга и выполненных из твердых материалов, например из отходов древесины.
Кроме того, указанные закладные элементы-упоры могут быть выполнены из теплозвукоизоляционного материала высокой плотности, например, пенополистирола. Указанные элементы-упоры должны иметь размеры, обеспечивающие размещение их в указанном пространстве, образованном поясами смежных балок, для предотвращения сдвига граней смежных балок относительно друг друга, иными словами, указанные элементы-упоры должны плотно заполнять пространство между поясами смежных балок и быть достаточно твердыми для выдерживания нагрузок.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается также тем, что она дополнительно содержит, по крайней мере, одну дополнительную балку, по крайней мере, один из поясов которой имеет толщину, превышающую толщину другого пояса балки или поясов других балок конструкции в 1,5-3 раза, для образования выступа-опоры для укладки на него балок междуэтажного перекрытия и/или пола, а также иных горизонтальных или наклонных перегородок.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемого полезной модели решается также тем, что указанное теплозвукоизоляционное пространство заполнено теплозвукоизоляционным материалом.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается также тем, что, по крайней мере, один из поясов двутаврообразных балок имеет наружную по отношению к стенке двутавра грань с фигурной поверхностью в виде части цилиндрической поверхности, имитирующей оцилиндрованное бревно.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается также тем, что, по крайней мере, один из поясов двутаврообразных балок выполнен с поперечным сечением в виде прямоугольной трапеции, ориентированной таким образом, что противоположная стенке двутавра грань пояса наклонна для отекания дождя.
Поставленная техническая задача в предлагаемой полезной модели: «Продольный элемент (вариант 1) для сборки строительной конструкции» - решается тем, что продольный элемент выполнен в виде двутаврообразной балки, содержащей два пояса, соединенные стенкой (стенкой двутавра), размещенной по оси симметрии балки, причем на обоих поясах балки на гранях, параллельных упомянутой стенке двутавра,
по одну сторону от этой стенки выполнен, по крайней мере, один продольный выступ, а по другую сторону от стенки выполнены соответствующие выступам продольные пазы. Высота балки не менее 150 мм, ее ширина - не менее 100 мм, толщина стенки не менее 6 мм, толщина каждого пояса - не менее 25 мм. При этом размеры выступов и пазов обеспечивают дополнительную несущую способность собранной конструкции для стен, надподвальных или междуэтажных перекрытий и крыш. Пазы и выступы имеют размеры: глубина паза (высота выступа) не менее 8 мм, ширина - 8-16 мм.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что указанные пазы и выступы выполнены прямоугольными, или трапециевидными, или в форме «ласточкин хвост».
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что указанные выступы и пазы выполнены многошиповыми.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что выступы и пазы выполнены в форме «выбранная четверть», прилегающими к внутренним по отношению к стенке двутавра граням поясов.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что, по крайней мере, один из поясов балки имеет наружную, по отношению к стенке, соединяющей пояса балки (стенке двутавра), грань с фигурной поверхностью в виде части цилиндрической поверхности, имитирующей оцилиндрованное бревно.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что, по крайней мере, один из поясов балки выполнен с поперечным сечением в виде прямоугольной трапеции, ориентированной таким образом, что противоположная стенке грань пояса наклонна относительно этой стенки, при этом упомянутые выше продольные пазы расположены на более широкой грани пояса.
Поставленная техническая задача решается также тем, что любой элемент балки может быть выполнен или из сухой строганной древесины, или из клееной древесины, или из древесных материалов, или из полимерных материалов, или из комбинации этих материалов.
Поставленная техническая задача в предлагаемой полезной модели: «Продольный элемент (вариант 2) для сборной строительной конструкции» - решается тем, что продольный элемент выполнен в виде двутаврообразной балки, содержащей
два пояса, соединенные стенкой, причем на обоих поясах балки на гранях, параллельных стенке двутавра, выполнены продольные пазы. Высота балки не менее 150 мм, ее ширина - не менее 100 мм, толщина стенки не менее 6 мм, толщина каждого пояса - не менее 25 мм. Пазы имеют размеры: глубина паза не менее 8 мм, ширина - 6-16 мм.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что указанные пазы выполнены прямоугольными, или трапециевидными, или в форме «ласточкин хвост».
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что, по крайней мере, один из поясов балки имеет наружную, по отношению к стенке, соединяющей пояса балки, грань с фигурной поверхностью в виде части цилиндрической поверхности, имитирующей оцилиндрованное бревно.
Поставленная техническая задача в частном случае предлагаемой полезной модели решается тем, что, по крайней мере, один из поясов балки выполнен с поперечным сечением в виде прямоугольной трапеции, ориентированной таким образом, что противоположная стенке грань пояса наклонна относительно этой стенки, при этом упомянутые выше продольные пазы расположены на более широкой грани пояса.
Поставленная техническая задача решается также тем, что любой элемент балки может быть выполнен или из сухой строганной древесины, или из клееной древесины, или из древесных материалов, или из полимерных материалов, или из комбинации этих материалов.
Сборная строительная конструкция по предложенной полезной модели собранная из двутаврообразных балок, выполненных из материала с низкой теплопроводностью, пояса которых состыкованы между собой по граням, параллельным стенке двутавра так, что между поясами и стенками смежных двутаврообразных балок образовано замкнутое теплозвукоизоляционное пространство, - это универсальная конструкция, пригодная для сборки стен, надподвальных и междуэтажных перекрытий, конструкций крыш и других элементов зданий, при этом все элементы дома могут быть собраны из двутаврообразных балок одного типоразмера без применения дополнительных несущих элементов конструкции.
В данном описании применяется термин «двутаврообразная балка», в отличие от термина «двутавровая балка», который в сфере металлообработки применяется к прокатным профилям, т.е. к цельно-прокатанным металлическим балкам. Балки, предложенные в настоящей полезной модели, в своей основе имеют форму двутавра, но при этом не являются цельными, поскольку стенка двутавра вклеена в пазы, выполненные по центру (по оси симметрии) обоих поясов. Кроме того, указанные балки имеют дополнительные элементы на поясах в виде пазов и выступов, или только пазов, или глухих отверстий, чем отличаются от классических двутавровых балок, поэтому термин «двутаврообразная балка» более точно, по мнению заявителя, определяет конструкцию предложенных продольных элементов.
Расчет, сделанный для двутаврообразной балки с поясами из сухой древесины и стенкой из фанеры, при предпочтительных размерах балки: высота - 180 мм, размеры пояса в поперечном сечении - 40 мм × 150 мм, толщина стенки - 10 мм - обеспечивает с многократным запасом как несущую способность, необходимую для стеновых конструкций, конструкций перекрытий, конструкций крыш, так и необходимые теплофизические свойства для этих конструкций для Урало-Сибирской климатической зоны при заполнении теплозвукоизоляционного пространства теплоизоляционным материалом. Двутаврообразные балки и конструкции из них обладают следующими преимуществами перед конструкциями из других пиломатериалов: высокая удельная прочность балок позволяет использовать их в пролетах большой длины при сохранении прямолинейности и точных размеров конструкций; высокая экономичность балок обеспечивает экономию материалов и трудозатрат при изготовлении балок и при сборке конструкций из них; высокая универсальность балок позволяет использовать их в любых конструкциях зданий или сооружений.
Сборка предлагаемых строительных конструкций из двутаврообразных балок не требует больших трудозатрат вследствие небольшого веса балок, простоты их сборки. Так, один погонный метр деревянной двутаврообразной балки весит около 7 кг, что в 2 раза меньше веса клееного бруса с такими же габаритными размерами, и в 4 раза меньше веса клееного бруса с равноценными теплофизическими свойствами. При сборке конструкций перекрытий и крыш нет необходимости в дополнительных несущих конструктивных элементах: так конструкция перекрытия по предлагаемой полезной модели обладает необходимой несущей способностью, а конструкция крыши не требует применения стропил, поскольку сами двутаврообразные балки являются и элементами стропил и элементами собственно крыши одновременно. Все это
обеспечивает высокую универсальность, простоту сборки и низкую себестоимость предлагаемых строительных конструкций. Теплозвукоизоляционное пространство, образованное поясами и стенками смежных состыкованных балок является теплоизолятором, и в теплых климатических районах предложенные конструкции могут использоваться без дополнительного утеплителя, что позволяет дополнительно снизить себестоимость конструкции по сравнению с прототипом и другими известными конструкциями. При этом предлагаемые сборные строительные конструкции могут быть использованы без дополнительной чистовой отделки с внутренней и внешней стороны.
Соединение смежных балок в описанной конструкции по типу «выступ-паз» с помощью продольных выступов и пазов, выполненных на обоих поясах балок на соответствующих состыкованных гранях, обеспечивает простоту и прочность соединения балок в конструкциях любых элементов здания, высокую несущую способность всей конструкции. При этом размеры выступов и пазов обеспечивают дополнительную несущую способность собранной конструкции для стен, надподвальных или междуэтажных перекрытий и крыш. Пазы и выступы имеют размеры: глубина паза (высота выступа) не менее 8 мм, ширина - 8-16 мм. Нижние пределы размеров балки и пазов и выступов выбраны из условия сохранения таких свойств балки, как универсальность и низкие материалоемкость и себестоимость. Верхние пределы размеров определяются в конкретных случаях с учетом сохранения этих же свойств, а также технической целесообразности.
Соединение смежных балок в описанной конструкции посредством продольного нагеля, размещенного в пространстве-канале, образованном продольными пазами, выполненными на состыкованных гранях смежных балок, также обеспечивает простоту и прочность соединения балок в конструкциях любых элементов здания. При этом размеры указанного нагеля и пазов обеспечивают несущую способность собранной конструкции для стен, надподвальных или междуэтажных перекрытий и крыш. Размеры прямоугольных пазов: глубина не менее 10 мм, ширина 6-16 мм. Размеры и форма поперечного сечения продольного нагеля соответствуют размерам и форме поперечного сечения пространства-канала, образованного продольными пазами смежных балок. При этом полученная строительная конструкция сохраняет свои универсальность и низкую себестоимость.
Соединение смежных балок в описанной конструкции посредством ряда шкантов, установленных в глухих отверстиях, выполненных на состыкованных гранях
смежных балок так, что половина длины шканта размещена в глухом отверстии одной из смежных балок, а другая половина шканта размещена в аналогичном глухом отверстии смежной балки, также обеспечивает простоту и прочность соединения балок в конструкциях любых элементов здания. Количество и размеры шкантов рассчитываются в зависимости от условий эксплуатации конструкции. Полученная строительная конструкция сохраняет свои универсальность и низкие материалоемкость и себестоимость.
Соединение смежных балок в описанной конструкции посредством закладных    элементов-упоров, размещенных в указанном теплозвукоизоляционном пространстве между поясами смежных балок, для предотвращения взаимного сдвига наружных граней балок, образующих поверхности собранной конструкции, также обеспечивает простоту и прочность соединения балок в конструкциях любых элементов здания. Используемые при этом двутаврообразные балки без пазов и выступов более простые и экономичные, чем балки с пазами и выступами или только с пазами. Применение в качестве закладных элементов поперечных вставок из отходов древесины не приводит к усложнению и удорожанию конструкции, в то же время уменьшая отходы производства. Применение в качестве закладных элементов твердого теплозвукоизоляционного материала высокой плотности, например, пенополистирола, позволяет сделать процесс сборки еще более простым, поскольку твердый теплозвукоизоляционный материал выполняет одновременно две функции: функцию предотвращения сдвига граней смежных балок, образующих поверхности собранной конструкции, относительно друг друга, и функцию теплозвукоизоляции собранной конструкции. При этом полученная строительная конструкция сохраняет свои универсальность и низкие материалоемкость и себестоимость.
Дополнение конструкции, по крайней мере, одной балкой, по крайней мере, один из поясов которой имеет толщину, превышающую толщину поясов других балок конструкции, для образования выступа-опоры для укладки балок междуэтажного перекрытия и/или пола или иных горизонтальных или наклонных перегородок повышает простоту сборки стеновой конструкции в месте укладки перекрытия, поскольку при этом не требуется дополнительных несущих элементов и операций по их установке. При этом снижается трудоемкость и стоимость установки любых перекрытий или иных горизонтальных или наклонных перегородок.
Заполнение теплозвукоизоляционного пространства между поясами и стенками смежных балок любым известным теплозвукоизоляционным материалом повышает
теплофизические свойства конструкции. При этом материал не требует дополнительного крепления, а просто закладывается в указанное пространство. При указанных выше размерах балки и применении любых известных для этих целей материалов такая теплоизоляция полностью соответствует требованиям строительных норм для районов Урала и Сибири.
Выполнение, по крайней мере, одного из поясов двутаврообразных балок с наружной по отношению к стенке двутавра грани с фигурной поверхностью в виде части цилиндрической поверхности, имитирующей оцилиндрованное бревно, дополнительно к поставленным техническим задачам повышает декоративные свойства конструкции, сохраняя при этом все вышеуказанные положительные качества балки.
Выполнение, по крайней мере, одного из поясов двутаврообразных балок с поперечным сечением в виде прямоугольной трапеции, ориентированной таким образом, что противоположная стенке двутавра грань пояса наклонна, дополнительно к поставленным техническим задачам обеспечивает меньшее намокание стены во время дождя, вследствие отекания дождя по наклонным граням балок, а также увеличивает декоративные свойства конструкции, сохраняя при этом все вышеуказанные положительные качества балки.
Выполнение продольного элемента в виде двутаврообразной балки (вариант 1), содержащей два пояса, соединенных стенкой, таким образом, что на обоих поясах балки на гранях, параллельных стенке, по одну сторону от этой стенки выполнен, по крайней мере, один продольный выступ, а по другую сторону от стенки выполнены соответствующие выступам продольные пазы, позволяет получить более легкую, прочную и универсальную строительную балку по сравнению с клееным брусом такого же поперечного сечения. При сборке балок путем состыковки их по параллельным стенке двутавра граням обоих поясов получается строительная конструкция легкая, прочная, с высокими эстетическими свойствами без обязательной дополнительной отделки, из которой могут быть собраны различные строительные конструкции: стены, надподвальные и междуэтажные перекрытия, стропило-крыши, заборы, лестницы и другие. Выполнение на гранях, по которым стыкуются балки, пазов и соответствующих им выступов предназначено не только для плотного соединения балок, но и для обеспечения высокой несущей способности конструкции, собранной из предложенных балок. При одинаковых габаритных размерах
предложенная двутаврообразная балка в 2 раза легче клееного бруса из такого же материала, но при этом теплофизические свойства балки из дерева в 2 раза выше, чем у клееного бруса с такими же размерами. Предложенные двутаврообразные балки обладают следующими преимуществами перед конструкциями из других пиломатериалов: высокая удельная прочность балок позволяет использовать их в пролетах большой длины при сохранении прямолинейности и точных размеров конструкций; высокая экономичность балок обеспечивает экономию материалов и трудозатрат при изготовлении балок и при сборке конструкций из них, высокая универсальность балок позволяет использовать их в любых конструкциях зданий или сооружений.
Высота балки не менее 150 мм, ее ширина - не менее 100 мм, толщина стенки не менее 6 мм, толщина каждого пояса - не менее 25 мм. Расчет, сделанный для двутаврообразной балки с поясами из сухой древесины и стенкой из фанеры, при оптимальных размерах балки: высота - 180 мм, размеры пояса в поперечном сечении - 40 мм × 150 мм, толщина стенки - 10 мм - обеспечивает с многократным запасом как несущую способность, необходимую для стеновых конструкций, конструкций перекрытий, конструкций крыш, так и необходимые теплофизические свойства для этих конструкций для Урало-Сибирской климатической зоны при заполнении теплозвукоизоляционного пространства теплоизоляционным материалом. Двутаврообразные балки и конструкции из них обладают следующими преимуществами перед конструкциями из других пиломатериалов: высокая удельная прочность балок позволяет использовать их в пролетах большой длины при сохранении прямолинейности и точных размеров конструкций; высокая экономичность балок обеспечивает экономию материалов и трудозатрат при изготовлении балок и при сборке конструкций из них; высокая универсальность балок позволяет  использовать их в любых конструкциях зданий или сооружений.
Сборка предлагаемых строительных конструкций из двутаврообразных балок не требует больших трудозатрат вследствие небольшого веса балок, простоты их сборки. Так, один погонный метр двутаврообразной балки весит около 7 кг, что в 2 раза меньше веса клееного бруса с такими же габаритными размерами, и в 4 раза меньше веса клееного бруса с равноценными теплофизическими свойствами. Соответственно и стоимость двутаврообразной балки в 2 и более раз ниже, чем стоимость клееного бруса таких же размеров.
Таким образом, предложенный продольный элемент в виде двутаврообразной балки менее материалоемок, чем клееный брус, при этом имеет лучшие теплофизические свойства и высокую универсальность, что делает его пригодным для сборки различных элементов строения: стеновых конструкций, междуэтажных перекрытий, полов, стропило-крыш, перегородок, лестниц и других строительных конструкций без применения вспомогательных несущих конструктивных элементов, при этом получаемые конструкции не требуют обязательного применения дополнительных облицовочных материалов.
Прямоугольные пазы и выступы на стыкуемых гранях балок имеют простую форму и просты в изготовлении, обеспечивают минимальные отходы древесины, при этом необходима точность изготовления. Размеры выступов и пазов обеспечивают несущую способность собранной конструкции для стен, надподвальных или междуэтажных перекрытий и крыш. Пазы и выступы имеют размеры: глубина прямоугольного паза (высота выступа) не менее 8 мм, ширина - 8-16 мм. Нижние пределы размеров балки и пазов и выступов выбраны из условия сохранения таких свойств балки, как универсальность и низкие материалоемкость и себестоимость. Верхние пределы размеров определяются в конкретных случаях с учетом сохранения этих же свойств, а также технической целесообразности.
Пазы и выступы трапециевидной формы требует меньшей точности изготовления, обеспечивают самоцентровку собираемых элементов.
Пазы и выступы в форме «ласточкин хвост» обеспечивают надежное соединение с высокой несущей способностью, когда это необходимо достигнуть без применения дополнительной проклейки, например, в условиях с низкой температурой окружающей среды.
Многошиповые пазы-выступы обеспечивают высокую несущую способность при меньшей глубине пазов и высоте выступов, обеспечивают самоцентровку собираемых элементов, кроме того, они более сохранны при перевозке.
Пазы в форме «выбранная четверть» не требуют высокой точности изготовления, обеспечивают самоцентровку деталей при сборке.
Выполнение, по крайней мере, одного из поясов двутаврообразных балок с наружной по отношению к стенке двутавра грани с фигурной поверхностью в виде части цилиндрической поверхности, имитирующей оцилиндрованное бревно, повышает декоративные свойства конструкции.
Выполнение, по крайней мере, одного из поясов двутаврообразных балок с поперечным сечением в виде прямоугольной трапеции, ориентированной таким образом, что противоположная стенке двутавра грань пояса наклонна, обеспечивает меньшее намокание стены во время дождя, вследствие отекания дождя по наклонным граням балок, а также увеличивает декоративные свойства конструкции.
Выполнение продольного элемента в виде двутаврообразной балки (вариант 2), содержащей два пояса, соединенных стенкой, таким образом, что на обоих поясах балки на гранях, параллельных стенке двутавра, выполнены продольные пазы, позволяет получить легкую, прочную и универсальную строительную балку. При стыковке балок по граням с продольными пазами, указанные пазы смежных балок образуют продольное пространство-канал, в котором размещают продольный нагель для соединения балок и дополнительного повышения несущей способности собранной конструкции. Размеры прямоугольных пазов: глубина не менее 10 мм, ширина 6-16 мм. Нижние пределы размеров балки и пазов выбраны из условия сохранения таких свойств балки, как универсальность и низкие материалоемкость и себестоимость. Верхние пределы размеров определяются в конкретных случаях с учетом сохранения этих же свойств, а также технической целесообразности. Размеры и форма поперечного сечения продольного нагеля соответствуют размерам и форме поперечного сечения пространства-канала, образованного продольными пазами смежных балок. При такой сборке получается строительная конструкция легкая, прочная, с высокими эстетическими свойствами без обязательной дополнительной отделки, из которой могут быть собраны различные строительные конструкции: стены, надподвальные и междуэтажные перекрытия, стропило-крыши, заборы, лестницы и другие.
Выполнение балки с пазами на упомянутых гранях обоих поясов делает ее симметричной и удобной при сборке вследствие отсутствия необходимости ее специального ориентирования. При этом сохраняется ее универсальность и низкие материалоемкость и себестоимость.
Выполнение на гранях, по которым стыкуются балки, пазов с последующим размещением в пазах смежных балок продольного нагеля предназначено не только для плотного соединения балок, но и для обеспечения высокой несущей способности конструкции, собранной из предложенных балок. При одинаковых габаритных размерах предложенная двутаврообразная балка в 2 раза легче бруса из такого же
материала, но при этом теплофизические свойства балки из дерева в 2 раза выше, чем у деревянного бруса с такими же размерами.
Предложенные двутаврообразные балки обладают следующими преимуществами перед конструкциями из других пиломатериалов: высокая удельная прочность балок позволяет использовать их в пролетах большой длины при сохранении прямолинейности и точных размеров конструкций; высокая экономичность балок обеспечивает экономию материалов и трудозатрат при изготовлении балок и при сборке конструкций из них, высокая универсальность балок позволяет использовать их в любых конструкциях зданий или сооружений.
Высота балки не менее 150 мм, ее ширина - не менее 100 мм, толщина стенки не менее 6 мм, толщина каждого пояса - не менее 25 мм. Расчет, сделанный для двутаврообразной балки с поясами из сухой древесины и стенкой из фанеры, при оптимальных размерах балки: высота - 180 мм, размеры пояса в поперечном сечении - 40 мм × 150 мм, толщина стенки - 10 мм - обеспечивает с многократным запасом как несущую способность, необходимую для стеновых конструкций, конструкций перекрытий, конструкций крыш, так и необходимые теплофизические свойства для этих конструкций для Урало-Сибирской климатической зоны с учетом использования теплозащитных материалов в теплозвукоизоляционном пространстве конструкций.
Таким образом, предложенный продольный элемент в виде двутаврообразной балки описанной конструкции менее материалоемок, чем брус, при этом имеет лучшие теплофизические свойства и высокую универсальность, что делает его пригодным для сборки различных элементов строения: стеновых конструкций, междуэтажных перекрытий, полов, стропило-крыш, перегородок, лестниц и других строительных конструкций, не требующих обязательного применения дополнительных облицовочных строительных материалов.
Выполнение, по крайней мере, одного из поясов двутаврообразных балок с наружной по отношению к стенке двутавра грани с фигурной поверхностью в виде части цилиндрической поверхности, имитирующей оцилиндрованное бревно, повышает декоративные свойства конструкции.
Выполнение, по крайней мере, одного из поясов двутаврообразных балок с поперечным сечением в виде прямоугольной трапеции, ориентированной таким образом, что противоположная стенке двутавра грань пояса наклонна, обеспечивает
меньшее намокание стены во время дождя, вследствие отекания дождя по наклонным граням балок, а также увеличивает декоративные свойства конструкции.
Предложенная группа полезных моделей поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображена часть дома, стены, перекрытие и крыша которого собраны из предложенных конструкций.
На фиг.2 схематично изображены конструкции стены и перекрытия с балкой, образующей опору для перекрытия.
На фиг.3 схематично изображено поперечное сечение двутаврообразной балки с прямоугольными пазами и выступами.
На фиг.4 схематично изображено поперечное сечение двутаврообразной балки с многошиповыми трапециевидными пазами и выступами.
На фиг.5 схематично изображено поперечное сечение двутаврообразной балки с пазами и выступами в форме «выбранная четверть».
На фиг.6 схематично изображено поперечное сечение двутаврообразной балки с наклонными гранями для отекания дождя.
На фиг.7 схематично изображено поперечное сечение двух состыкованных двутаврообразных балок с пазами для размещения в них продольного нагеля.
На фиг.8 схематично изображено поперечное сечение двутаврообразной балки с пазами в форме «ласточкин хвост».
На фиг.9 в изометрии изображена часть конструкции, в которой двутаврообразные балки выполнены с имитацией бревенчатой поверхности и соединены между собой посредством ряда шкантов.
На фиг.10 схематично изображено поперечное сечение двух состыкованных двутаврообразных балок с имитацией бревенчатой поверхности, соединенных между собой посредством закладного элемента-упора из твердого теплозвукоизоляционного материала.
На фиг.11 в изометрии изображена часть конструкции, в которой двутаврообразные балки выполнены с имитацией бревенчатой поверхности и соединены между собой посредством периодически размещенных закладных элементов-упоров, размещенных в теплозвукоизоляционном пространстве.
Сборная строительная конструкция, изображенная на фиг.1 представляет собой стену 1, перекрытие между этажами 2, крышу 3, образованные уложенными вплотную
друг к другу продольными двутаврообразными балками 4, соединенными между собой посредством соединения «выступ-паз». Указанные балки могут быть соединены и другими способами, описанными ниже. Смежные балки собранной конструкции образуют теплозвукоизоляционное пространство 5, в котором может быть размещен теплозвукоизоляционный материал, например, на основе базальтового волокна или любой другой, применяемый для этих целей.
Для установки балок междуэтажного перекрытия 2 в сборной конструкции стены 1 предусмотрены специальные балки 6, у которых пояса имеют толщину в 1,5-3 раза большую, чем пояса других балок конструкции. На фиг.2 показан вариант исполнения специальной балки 6 для образования опоры для перекрытия, у которой только один из поясов имеет толщину в 1.5-3 раза большую, чем толщина другого пояса и других балок стеновой конструкции. При этом образуется выступ, на который укладываются балки перекрытия. Таким же образом могут быть образованы выступы-опоры для иных горизонтальных или наклонных перегородок.
Двутаврообразные балки 4 могут быть изготовлены из сухой, строганной древесины, клееного щита, из древесных материалов марок ОСП (ориентированно-стружечная плита), LVL (laminated veneer lumber - материал, произведенный на основе клееного шпона хвойных пород древесины с продольным направлением волокон во всех слоях шпона), МДФ (Middle Density Fiberboard - среднеплотное волокнистое покрытие), ЛДСП (ламинированная древесно-стружечная плита), фанеры, современных полимерных материалов, например, полистирола или поликарбоната. Двутаврообразные балки могут быть изготовлены из комбинаций перечисленных материалов, например, пояса балки могут быть изготовлены из деревянной строганной доски или клееного щита, а соединяющая пояса стенка - из древесных материалов или пластика. Древесина балок может быть подвергнута антисептической, гидрофобной и антипиреновой обработке с обеспечением требуемой степени огнестойкости в соответствии со СНиП 21-01-97.
На фиг.3 представлена двутаврообразная балка, ориентированная таким образом, как она располагается в стеновой конструкции, при этом указаны размеры балки, где а - высота балки, b - ширина балки, с - толщина стенки. В предпочтительном варианте исполнения балки из строганной древесины со стенкой из фанеры, она имеет следующие размеры: а=180 мм; b=150 мм, с=10 мм. При этом толщина поясов равна 40 мм. Длина балки может быть до 18 метров.
Балки 4 указанной сборной конструкции могут быть соединены разъемно или неразъемно различными способами. На Фиг.1 изображены конструкции, в которой двутаврообразные балки 4 соединены между собой по принципу «выступ-впадина» с помощью продольных выступов 7 и пазов 8, показанных на фиг.3, 4 и 6. Пазы и выступы могут иметь различную форму. Размеры пазов и выступов рассчитываются по известным правилам в зависимости от предъявляемых к конструкции требований.
Двутаврообразные балки могут быть соединены между собой посредством продольного нагеля, размещенного в канале 9 (фиг.7), образованном пазами смежных балок. Продольный нагель выполнен в виде длинномерного элемента, размеры и форма поперечного сечения которого соответствуют размерам и форме поперечного сечения канала 9. Форма пазов может быть различной, например, в виде «ласточкиного хвоста», как показано на фиг.8.
Двутаврообразные балки 4 могут быть соединены между собой посредством ряда шкантов 10, установленных в глухих отверстиях 11, выполненных на состыкованных гранях смежных балок, при этом половина длины шканта размещена в глухом отверстии одной из смежных балок, а другая половина шканта размещена в аналогичном глухом отверстии смежной балки, как это показано на фиг.9.
Двутаврообразные балки 4 могут быть соединены между собой посредством закладных элементов-упоров 12 (фиг.10), размещенных в указанном теплозвукоизоляционном пространстве между поясами смежных двутаврообразных балок для предотвращения взаимного сдвига наружных граней балок, образующих поверхности собранной конструкции. При этом указанные закладные элементы могут быть выполнены из теплозвукоизоляционного материала высокой плотности, например, пенополистирола. В другом частном случае исполнения указанные закладные элементы могут быть выполнены в виде поперечных вставок 13 (фиг.11) из древесины, отходов древесины, древесных материалов, расположенных на расстоянии друг от друга с возможностью размещения между ними теплоизоляционного материала.
Двутаврообразные балки 4 могут быть выполнены с фигурными наружными гранями 14, имитирующими бревно. Сборная конструкция из таких балок выглядит похожей на бревенчатую конструкцию, как это показано на фигурах 9 и 11. Фигурная грань 14 может быть выполнена только на одном поясе балки, тогда собранная конструкция снаружи будет похожа на бревенчатую конструкцию, а внутри - на конструкцию из бруса.
Двутаврообразные балки 4 могут быть выполнены с наклонными гранями поясов, ориентированных так, что наклонные поверхности граней 15 (фиг.6) направлены в одну сторону и обеспечивают отекание дождевой воды. Кроме того, такая поверхность собранной конструкции может быть выполнена с декоративными целями. Наклонная грань 15 может быть выполнена только на одном поясе балки.
Предложенная балка может быть изготовлена из древесины или древесных материалов на известных технологических линиях по известной технологии, соответствующей всем требованиям строительных ГОСТов и СНИПов. Кроме того, современное оборудование позволяет изготовить двутаврообразные балки из полимерных материалов, например, полистирола, поликарбоната, оргстекла по прочности не уступающих соразмерным балкам из древесины. Балки из пластиков могут быть цельными или склеенными, прозрачными или непрозрачными, разноцветными, с рисунком и пр., при этом они могут быть выполнены из пластика не поддерживающего горение.
Сборная стеновая конструкция собирается следующим образом.
На фундамент или подготовленную поверхность устанавливается первая двутаврообразная балка 4 пазами вниз с предварительно заложенным в пространство между поясами и стенками балки теплозвукоизоляционным материалом. В полость 5 между поясами и стенкой каждой балки укладывается теплозвукоизоляционный материал, например, плиты ПТБ-75 «Баск». В частных случаях использования балок с соединением «выступ-впадина» на первую балку, установленную пазом вниз, укладывается вторая балка, при этом обеспечивается совмещение выступов и пазов, которые могут быть дополнительно проклеены. В частном случае с использованием формы выступа и паза «ласточкин хвост» вторая балка вдвигается пазом на соответствующий выступ. При этом нет необходимости в проклейке соединения, что может быть целесообразно при сборке дома в холодное время года или иных случаях.
В частном случае выполнения балок с пазами и продольными нагелями в каналах 9 (фиг.6), образованных пазами смежных балок 4, после укладки балки в паз устанавливается продольный нагель, с поперечным сечением, соответствующим форме пазов. После установки нагеля устанавливается следующая балка. Возможна дополнительная проклейка соединения.
При сборке конструкции во внутренних полостях балок осуществляется монтаж необходимых инженерных систем: освещения, вентиляции, канализации и других.
После сборки конструкции необходимой высоты укладывается специальная балка 6 с более массивным одним (фиг.2) или обоими (фиг.1) поясами, образующими выступ. Балки перекрытия могут укладываться непосредственно на стеновые конструкции. Стеновая конструкция в случае необходимости собирается дальше до следующего междуэтажного перекрытия.
Для сборки междуэтажного перекрытия 2 (фиг.1) используются балки 4, такого же типоразмера, что и для сборки стен. Сборка перекрытия аналогична сборке стеновой конструкции. Возможно соединение балок с помощью стяжек. Предложенные перекрытия из деревянных двутаврообразных балок обладают высокой прочностью и жесткостью, т.е. не прогибаются под нагрузкой, а также высокой теплозвукоизоляцией.
Аналогично перекрытию собирается конструкция односкатной крыши с опорой на заранее собранные стены. Двускатные крыши собираются либо с опорой на подготовленные стены, либо с помощью одной вспомогательной стойки для установки первой наклонной балки крыши, после чего вторая парно-симметричная балка крепится к первой с помощью специального металлического крепления, образуя коньковый угол. После сборки первой пары балок вспомогательная стойка больше не нужна. Затем на первой паре балок последовательно-попарно собираются остальные балки крыши. Готовая крыша покрывается кровельным материалом. Предложенные стропило-крыши из деревянных двутаврообразных балок обладают высокой прочностью, жесткостью, высокой теплозвукоизоляцией, что делает чердачное помещение теплым.
Предлагаемая группа полезных моделей позволяет создать новый вид сборных строительных конструкций, имеющих оптимальное соотношение: цена - качество - сроки строительства - эксплуатационные расходы. При этом предлагаемые строительные конструкции обладают следующими преимуществами по сравнению с существующими технологиями домостроения:
- сборка любых элементов строения из двутаврообразных балок одного типоразмера;
- простота сборки любых элементов строения от стен до крыши без применения тяжелой подъемной техники, не требующая труда высокой квалификации;
- простота достижения высоких теплофизических свойств строения;
- применение балок с поперечным сечением открытого типа упрощает размещение инженерных коммуникаций;
- по внешнему виду строения похожи на строения из бруса или оцилиндрованного бревна, но в 2 раза дешевле и в 2 раза теплее;
- отсутствие необходимости во внутренней и внешней отделке: дом готов к проживанию сразу же после сборки;
- возможность применения предложенных балок для сборки лестниц, заборов, мостов и других несложных конструкций.