СОСТАВНАЯ ДЕРЕВЯННАЯ БАЛКА НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ
COMPOSITE WOODEN BEAM ON METAL TOOTHED PLATES

Изобретение относится к области строительства, в частности к области изготовления и усиления деревянных конструкций, и может быть использовано для деревянных несущих конструкций зданий и сооружений.
В 1982 году были разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах (Рекомендации по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах / ЦНИИСК им. Кучеренко, М., 1983 г. - 40 с.). В рекомендациях рассмотрены основные вопросы изготовления, проектирования и эксплуатации конструкций на металлических зубчатых пластинах, приведена несущая способность пластин различных способов сопряжения узлов в несущих конструкциях.
Для малоэтажного домостроения не решены вопросы изготовления конструкций. При больших пролетах нужны большие сечения балок. Получить их можно с помощью составных конструкций. Соединения на металлических зубчатых пластинах увеличивают прочность составной балки по нормальным и касательным напряжениям, а также воспринимают опасные для древесины растягивающие напряжения, действующие под углом к волокнам древесины, что очень важно, учитывая анизотропные свойства древесины.
Известно техническое решение изготовления составной деревянной балки (авторское свидетельство СССР №919601, МПК Е04С 3/02, 1982 г. - аналог). Распил заготовки данной балки производят по синусоиде и взаимно смещают полученные брусья на половину длины волны синусоиды, а сплачивание брусьев производят зубчатыми пластинами, которые располагают по бокам балки в точках контакта гребней синусоидальных поверхностей брусьев с шагом, равным длине волны синусоиды.
Недостатком данного технического решения является сложность изготовления брусьев путем распила заготовок по синусоиде.
Известно техническое решение изготовления деревянной балки составного сечения на наклонно вклеенных связях (Патент RU 2173376 С1, МПК Е04С 3/14, 2001 г. - аналог). Изобретение направлено на создание деревянных балок составного сечения на наклонно вклеенных связях, обеспечивающих сплачивание соединяемых между собой элементов таким образом, чтобы они работали как одно целое. Соединительные элементы - металлические стержни установлены под углом ∠α в пределах от 30° до 45°, с шагом s, лежащим в интервале h≥s≥10d, где h - высота сечения балки, d - диаметр стержней, при этом стержни заглублены в нижнем элементе балки на глубину 1≥20d.
Недостатком данного технического решения является сложность установки металлических стержней под заданным углом, а также ослабление сечения балочного элемента.
Известно техническое решение изготовления деревянной балки, включающей в себя составленные по высоте с зазором или без него брусья, соединенные между собой по боковым граням крестообразными связями, выполненными из двух одинаковых взаимно перпендикулярных стержневых элементов, вклеенных в соответствующие им канавки, выбранные по поверхности боковых граней брусьев (авторское свидетельство СССР №1203215, МПК Е04С 3/12, 1986 г. - аналог).
Недостатком данного технического решения является сложность изготовления соединения и металлоемкость стержневых элементов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является деревянная балка, состоящая из двух ярусов древесины, соединенных металлическими зубчатыми пластинами, одинаковыми по размеру и равномерно расположенными по всей длине (Логинова К.В., Миронов В.Г. Результаты расчета составной балки на металлических зубчатых пластинах // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - №5-1. - С. 155-157 - прототип).
Недостатком прототипа, как и в предыдущем аналоге, является большая металлоемкость пластин.
Задачей изобретения является снижение металлоемкости пластин.
Это достигается путем рационального распределения металлических зубчатых пластин вдоль длины балки.
На фиг. 1 представлена модель составной деревянной балки на металлических зубчатых пластинах, на фиг. 2 - эпюра распределения сдвигающих усилий (Т) по длине балки.
Балка состоит из двух и более брусьев (ярусов) древесины (1), объединенных по высоте металлическими зубчатыми пластинами по боковым поверхностям. Изготовление балок выполняется из пиломатериалов I и II сорта влажностью 12%. Допускается применение пиломатериалов III сорта при условии отсутствия пороков в нижнем ярусе в средней половине длины балки. Металлические зубчатые пластины выполняются из оцинкованной стали.
Металлические пластины (2) установлены по межшовным границам объединяемых брусьев с шагом 0,2…0,6 м в пределах расстояния 0,4⋅L от опор, где L - пролет балки. Площадь пластин уменьшается по мере удаления от опор составной балки к середине, принимается в соответствии с величиной сдвигающих усилий в зоне их установки и определяется по формуле:
где Т - расчетная несущая способность металлического коннектора в шве, кН;
пл
R - расчетное сопротивление коннектора сдвигу, МПа.
В центральной части балки устанавливаются металлические зубчатые пластины наименьшего размера (3) не для работы на сдвиг, а для сплачивания ярусов древесины.
Предлагаемая модель балки позволяет упростить конструкцию и снизить металлоемкость пластин, следовательно, сократить стоимость всей балки в целом.