ДЕРЕВЯННАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области производства клееных деревянных конструкций и может быть использована для изготовления стеновых материалов, мелкоразмерных сборных конструкций, элементов строительных конструкций и самих конструкций, а также элементов различных покрытий, потолков, столярных и мебельных щитов. В частности, полезная модель рассматривает конструкцию деревянного строительного изделия, обладающего высокими прочностными свойствами и высоким сопротивлением изгибу и кручению.
Известно, что одним из явных минусов массивной древесины строительных и столярных изделий и конструкций является нестабильность формы и размеров при воздействии температурно-влажностных эксплуатационных нагрузок. Даже такой замечательный материал, как клееный брус, подвержен раскрытию межвенцовых зазоров к концу отопительного сезона (в помещениях приходится использовать увлажнители воздуха).
Так, например, конструкция столярных плит типа HP из не склеенных между собой реек древесины, оклеенных с обеих сторон шпоном (ГОСТ 13715-78. Плиты столярные, технические условия) обладают повышенной неоднородностью физико-механических свойств в разных направлениях. Например, предел прочности при статическом изгибе нормируется только в направлении поперек реек, так как показатели упругости и прочности значительно отличаются в зависимости от направления приложения нагрузок к материалу. Использование таких столярных плит для ограждающих конструкций, разграничивающих разные температурно-влажностные условия эксплуатации, например, А1 и ВЗ (СНиП П-25-80. Деревянные конструкции), приводит к деформациям, которые сопровождаются изменениями формы плит (покоробленность и волнистость) и возникновением критических напряжений, сокращающих срок их службы.
2
Из RU 21407, E04C 2/00, опубл. 20.01.2002, известно, что древесина ведет себя стабильно только в долевом (вдоль волокон) направлении при отсутствии пороков и обладает при этом удельными механическими свойствами, которые присущи хорошим инструментальным сталям. Поэтому проблема обеспечения стабильности размеров в двух главных направлениях (а этого в подавляющем большинстве задач достаточно) решается послойной переклейкой древесины - чаще всего под углом 90° в смежных слоях. В зависимости от толщины слоев различают: переклейку шпона, которую называют фанерой или переклейкой, и переклейку досок, склеенных по кромке, получившую название древесина переклеенная или переклейные плиты. Но в полной мере утверждение о стабильности размеров и формы щитовой или досочной переклейки справедливо только для условий эксплуатации с ограниченными колебаниями температурно-влажностного режима. С появлением в конце 1990-х годов технологичного влагостойкого клея для древесины, отвечающего экологическим требованиям и обеспечивающего клеевому соединению сопротивление скалыванию выше 300 кг/см, в западных странах стали изготавливать щитовую переклейку под разными названиями: KLH, Leno, Brettsperholz, Schicht-Platten и т.п. За ними закрепились аббревиатуры CLT (англ. Cross Laminated Timber, то есть древесина с перекрестным расположением волокон/клееная многослойная строительная плита), X-Lam. Некоторые производители набирают слои из отдельных ламелей. При этой технологии обязательно создается прессовое усилие в поперечных направлениях. Главное -обеспечить отсутствие зазоров между кромками пиломатериалов. Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы хотя бы частично компенсировать внутренние эксплуатационные напряжения в слоях материала.
Так известна Строительная конструкция деревянная клееная, состоящая из ряда слоев, склеенных между собой по толщине, при этом слои состоят из долевых пиломатериалов, выполненных в виде стержневых элементов, расположенных так, что они формируют из нескольких слоев решетки, из которых как минимум две плоские образуют смежную пару, долевые пиломатериалы скреплены с помощью столярных соединений, причем стрежневые элементы могут быть изготовлены из древесины разных пород и/или часть их из других конструкционных материалов (RU 21407, E04C 2/00, опубл. 20.01.2002). Принято в качестве прототипа.
В этом патенте описана конструкция деревянная клееная, которая изготавливается из долевых стержневых элементов, образующих из любого количества слоев, как минимум, две плоские решетчатые конструкции склеенные по толщине. Поэтому ее разбухание и усушка будут одинаковы во всех направлениях плоскостей слоев и будут равны продольным разбуханию и усушке, то есть будут минимальны для данной породы древесины. Если длина и ширина изделия из предложенного материала измеряются в плоскости слоев, то отсутствует корреляция между длиной, шириной изделия и усушкой, разбуханием в радиальном и тангентальном направлениях древесины, из которой оно сделано. Это гарантирует стабильность размеров в плоскостях двух главных направлений изделия при его экетшуатации. Следовательно, влияние анизотропии древесины значительно снижено. В результате, стержневую переклейку можно применять во внешних несущих ограждающих конструкциях с условиями эксплуатации А1 внутри и ВЗ снаружи помещений.
Но такая конструкция имеет развитые габариты, а ее прочность определена локальными зонами склейки, которые воспринимают напряжения, возникающие в решетках. Поэтому для сохранения одинакового по поверхности решеток сопротивления напряжениям и для обеспечения одинаковых по величинам разбухания и усушки во всех направлениях плоскостей слоев необходимо, чтобы в каждом стержневом элементе в виде долевого пиломатериала была сохранена одинаковая по толщине элемента и по его длине структура дерева или чтобы на каждом мерном отрезке долевого пиломатериала эта структура бала однородной со структурами других мерных участков этого же элемента. При этом все элементы так же должны иметь одинаковую структуру, чтобы проявлялись качества удлинения равные удлинениям других элементов. В реальности, этого нет. Даже из одного ствола получают доски с разной структурой и, следовательно, с разными показателями удлинений. В связи с этим созданная из таких длинномерных долевых пиломатериалов решетка на каждом участке склейки будет испытывать напряжения, отличные от напряжений на других участках склейки. А различные удлинение или усушка в разных длинномерных долевых пиломатериалов решетки всегда будут формировать напряжения в зонах склейки слоев решетки.
В связи с наличием этого явления слои решетки выполнены с пропилами, что позволяет снизить неравенство напряжений в зонах склейки. Но при таком исполнении не удается достичь высоких показателей сопротивления изгибу при минимизации веса. Это объясняется тем, что каждый слой решетки - это отдельная толстая по толщине конструкция, а решетка представляет собой слоистую фанеру, в которой каждый шпоночный слой заменен на такую толстую конструкцию с пропилами.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных свойств строительных клееных конструкций для придания им повышенного сопротивления изгибу при минимизации веса.
Указанный технический результат достигается тем, что в деревянной строительной конструкции, представляющей собой одинаково ориентированные по длинной стороне и связанные между собой длинномерные долевые пиломатериалы, толщина каждого из которых меньше ширины, в ряду каждые два смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов склеены между собой сторонами, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, при этом в ряду каждый второй длинномерный долевой пиломатериал выполнен шириной меньшей ширины смежно расположенного длинномерного долевого пиломатериала.
Указанный технический результат достигается тем, что в деревянной строительной конструкции, представляющей собой одинаково ориентированные по длинной стороне и связанные между собой длинномерные долевые пиломатериалы, толщина каждого из которых меньше ширины, в ряду каждые два смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов склеены между собой сторонами, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, при этом в ряду каждый второй длинномерный долевой пиломатериал выполнен шириной меньшей ширины смежно расположенного длинномерного долевого пиломатериала, а одни стороны всех долевых пиломатериалов, по которым определяется толщина каждого их этих долевых пиломатериалов, расположены в общей плоскости, образующей плоскую поверхность склеенной конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в деревянной строительной конструкции, представляющей собой одинаково ориентированные по длинной стороне и связанные между собой длинномерные долевые пиломатериалы, толщина каждого из которых меньше ширины, в ряду каждые два смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов склеены между собой сторонами, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, при этом в ряду каждый второй длинномерный долевой пиломатериал выполнен шириной меньшей ширины смежно расположенного длинномерного долевого пиломатериала, а стороны каждого второго из всех долевых пиломатериалов, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, расположены в общей плоскости, проходящей параллельно общей плоскости, в которой расположены стороны других долевых пиломатериалов, по которым определяется ширина каждого их этих других долевых пиломатериалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в деревянной строительной конструкции, представляющей собой одинаково ориентированные по длинной стороне и связанные между собой длинномерные долевые пиломатериалы, толщина каждого из которых меньше ширины, в ряду каждые два смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов склеены между собой сторонами, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, а длинномерные долевые пиломатериалы выполнены одинаковой ширины, при этом в ряду каждый второй длинномерный долевой пиломатериал расположен со смещением по ширине относительно смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид деревянной строительной конструкции по первому примеру исполнения;
фиг. 2 - общий вид деревянной строительной конструкции по второму примеру исполнения;
фиг. 3 - общий вид деревянной строительной конструкции по третьему примеру исполнения;
фиг. 4 - общий вид деревянной строительной конструкции по четвертому примеру исполнения;
фиг. 5 - общий вид деревянной строительной конструкции по пятому примеру исполнения;
фиг. 6 - общий вид деревянной строительной конструкции по шестому примеру исполнения;
фиг. 7 - общий вид деревянной строительной конструкции по седьмому примеру исполнения;
фиг. 8 - общий вид деревянной строительной конструкции по восьмому примеру исполнения;
фиг. 9 - общий вид деревянной строительной конструкции по девятому примеру исполнения;
фиг. 10 - общий вид деревянной строительной конструкции по десятому примеру исполнения;
фиг. 11 - общий вид деревянной строительной конструкции по одиннадцатому примеру исполнения;
фиг. 12 - общий вид панели из конструкций по фиг.2;
фиг. 13 - общий вид панели из конструкций по фиг.1 и 2;
фиг. 14 - общий вид панели из конструкций по фиг.1;
фиг. 15 - первый пример исполнения конструкции из слоистых длинномерных долевых пиломатериалов;
фиг. 16 - второй пример исполнения конструкции из слоистых длинномерных долевых пиломатериалов
фиг. 17 - третий пример исполнения конструкции из слоистых длинномерных долевых пиломатериалов;
фиг. 18 - пример исполнения погонажа типа плинтуса;
фиг. 19 - другой пример исполнения погонажа.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция деревянного строительного элемента, используемой в качестве строительного и декоративно отделочного материала и обладающей малым весом при высоких показателях сопротивления изгибу и кручению и несущей способности.
Особенностью рассматриваемой решетчатой деревянной строительной конструкции 1 является то, что она выполняется из одинаково ориентированных по длинной стороне и связанных между собой длинномерных долевых пиломатериалов 2 и 3, толщина каждого из которых меньше ширины. При этом в ряду каждые два смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериала склеены между собой сторонами, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов. В качестве длинномерного долевого пиломатериала используют планку или доску из дерева или деревосодержащего материала. Возможно исполнение, при котором длинномерный долевой пиломатериал представляет собой планку или доску, выполненную по крайней мере из двух склеенных между собой слоев одинакового или разного материала. Планки или доски могут быть в сечении прямоугольными (четырехугольными). Форма планок или досок и их размеры определены технологией получения планки из ствола дерева.
Заявленное решение рассматривается применительно к структуре, в которой каждый второй долевой пиломатиериало отличается по размеру от смежного. Возможны варианты иного числового исчисления взаимного положения долевых пиломатериалов: возможны варианты: каждый 3-ий, 4-ый, 5-ый и т.д.
На фиг. 1 представлен пример исполнения, в котором в деревянной строительной конструкции в ряду по крайней мере каждый второй длинномерный долевой пиломатериал 1 выполнен шириной меньшей ширины смежно расположенного длинномерного долевого пиломатериала 1. При этом толщина каждого долевого пиломатериала может быть как одинаковой, так и разной по величине (фиг. 4 и 5). В этом примере одни стороны всех долевых пиломатериалов, по которым определяется толщина каждого их этих долевых пиломатериалов, расположены в общей плоскости, образующей плоскую поверхность склеенной конструкции. А на фиг. 2 показан другой пример, принципиально повторяющий пример по фиг. 1 по принципу соединения долевых пиломатериалов, но отличающийся тем, что стороны каждого второго из всех долевых пиломатериалов, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, расположены в общей плоскости, проходящей параллельно общей плоскости, в которой расположены стороны других долевых пиломатериалов, по которым определяется ширина каждого их этих других долевых пиломатериалов. На фиг. 1 показан пример длинномерной погонной конструкций типа рейки или плинтуса, а на фиг. 3 показан пример выполнения панели путем увеличения количества склеенных долевых элементов.
Одни долевые пиломатериалы могут выступать над другими на одинаковую или разную высоту. При соединении и указанном расположении выступания между пиломатериалами образуются длинномерные пазы или гнезда. Величина выступания может быть различной, что будет определять глубину пазов. Вертикальное смещение планок относительно друг друга позволяет получать различную толщину щита при малом весе.
Длинномерные долевые пиломатериалы представляют собой деревянные планки (тонкие длинномерные дощечки или пластинки) или доски, полученных из древесины - части ствола дерева определенных размеров и качества, являющихся конечным продуктом лесозаготовительного производства или используемых как полуфабрикаты для дальнейшей механической, термической, или химической переработки. Для деревянных планок или досок может использоваться как деловая древесина, так и низкосортная древесина. Пиломатериал может иметь различную геометрию, длину и толщину и их количество как по ширине или толщине, так и по длине между планками так же может быть различным.
Соединение долевых пиломатериалов осуществляется склейкой клеем или адгезивом или иным полимеризирующимся составом, хорошо сцепляющимся со структурой дерева. Возможно применение полимерного слоя, обеспечивающего скрепление при нагреве. Возможны применения и других известных способов жесткого соединения деревянных плоских конструкций. При склеивании пиломатериалы, собранные в ряд, прессуют для ликвидации зазоров между долевыми пиломатериалами и для обеспечения плотного прилегания смежно располагаемых пиломатериалов по широкой стороне. При сохранении прессования достигают полной полимеризации склеивающего состава.
Для получения строительной конструкции раскладывают пиломатериалы в ряд, наносят клеевой состав или адгезив на контактирующие поверхности и стягивают или сжимают всю конструкцию в направлении поперек направления планок. После полимеризации клеевого состава или адгезива образуется силовая пространственно жесткая плоская конструкция повышенной пространственной жесткости и повышенного сопротивления изгибу и кручению. Это определено тем, что склеивание происходит по достаточно развитой поверхности и с тем, что каждая единица пиломатериала (за исключением крайних) имеет контакт с двумя смежными пиломатериалами. То есть каждая единица пиломатериала является опорой для смежной единица пиломатериала, обеспечивающей перераспределение локальной нагрузки с одной единица пиломатериала на рядом расположенные долевые пиломатериалы.
В принципе, такого соединения достаточно для того, чтобы вся конструкция считалась монолитной и не разрушалась по дереву или по зонам склейки от нагрузки. Но возможно усиление склеивания за счет стягивания ряда долевых пиломатериалов стяжками 4, как это показано на фиг. 6. Однако, такое скрепление не является единственно возможным примером исполнения жесткой сборки плоской конструкции. Например, для стягивания пакета планок можно использовать стеклопластиковую арматуру или карбоновые стержни 4, концы которой заневолены спецзажимами с упругими элементами, стягивающими всю сборку. В качестве армирующих стержней можно использовать штапик-шкант изготовленный из твердых пород древесины или бамбука, у которого предел упругости на растяжение выше, чем у металла.
На фиг. 8 представлен пример исполнения деревянной строительной конструкции, в которой в ряду каждые два смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов склеены между собой сторонами, по которым определяется ширина каждого их этих долевых пиломатериалов, длинномерные долевые пиломатериалы выполнены одинаковой ширины, при этом в ряду каждый второй длинномерный долевой пиломатериал расположен со смещением по ширине относительно смежно расположенных длинномерных долевых пиломатериалов.
В любом из рассмотренных примеров долевые пиломатериалы могут быть выполнены в виде прямоугольников в сечении с постоянной шириной (фиг. 7). Но возможен пример исполнения (фиг. 9 и 10), согласно которому одна из сторон, по которой определяется толщина пиломатериала, может быть выполнена волнообразной или декоративно оформленной.
Углубления между выступающими пиломатериалами может использоваться в качестве гнезд или пазов для укладки каната или декоративных элементов 5 или утеплителя (фиг. 11). Наличие гнезд или пазов между длинномерными долевыми пиломатериалами позволяет использовать эту особенность конструкций при создании панелей особо высокой прочности и несущей способности. На фиг. 12 показана панель, составленная из одинаковых конструкций 1, исполненных по фиг. 2. Одна конструкция вставляется в другую и за счет трения и упругих свойств выступающих частей происходит защемление выступающих частей пиломатериалов одной конструкции в пазах другой конструкции. Усиление соединения конструкций может быть осуществлено за счет склеивания их. На фиг. 14 показан пример получения такой же панели, но с использованием конструкций по фиг. 1. А на фиг. 13 показан пример изготовления панели с использованием конструкции по фиг. 1, в которую вставляется конструкция по фиг. 2.
В любой из рассмотренных конструкций длинномерные долевые пиломатериалы могут быть выполнены в виде слоистых элементов, то есть из двух и более слоев 6 одинакового материала или разного материала, например, разных пород дерева. Или например, один из слоев (например, средний в трехслойной конструкции по фиг. 15 или 16) может представлять собой плитный материал (фанера, ДСП и т.д.). Наружные слои могут представлять собой шпон. На фиг. 16 показан пример, в котором в двухслойном пиломатериале волокна одного из слоев имею направление, отличное от направления волокон в смежном слое. Или один из слоев имеет направление под углом к линии длины пиломатериала. На фиг. 17 показан пример исполнения, в котором каждая единица пиломатериала выполнена склеенной из двух частей 7 и 8, образующих пиломатериал заданного сечения.
Применение склеенных по ширине пиломатериалов позволяет создавать пространственно развитые в заданном направлении структуры, обладающие при малом весе высокими механическими свойствами. Структура рядной панели или погонного длинномерного элемента хорошо воспринимает нагрузки в направлениях, совпадающих как с направлением волокна дерева, так и поперек этих волокон, а этот как раз нагрузки, поперечные к конструкции, что позволяет конструкции с такой структуры рассматривать в качестве строительного листовото материала с высокой несущей способностью. Такая панель обладает сниженным весом, который определяется, по сути, весом только весом пиломатериалов. Так как после обработки дерево и клеевые композиции практически не подвержены воздействию агрессивных сред и не обладают эластичностью, то после высыхания клея или полимеризации адгезива происходит монолитизация всей конструкции.
На конечную жесткость и сопротивление изгибу толщина единицы пиломатериала в таких конструкциях не влияет. В связи с чем рентабельным становится использование тонких планок, отличающихся от бруска: происходит серьезное облегчение структуры без снижения ее прочностных качеств. Конечная пространственная жесткость и сопротивление изгибу ячеистой системы определяется конфигурацией формируемых профилей и способность каждого отдельного элемента нести нагрузку в совокупной связи со смежно расположенными элементами структуры.
Предложенная конструкция строительно-отделочной решетчатой панели позволяет получить панели или конструкции любой толщины при малом весе, при этом конструкция получается достаточно жесткой для использования в качестве несущих плит, обеспечивающих защиту внутренних помещений от колебаний температур и внешнего шума, и тем самым повысить тепло и звукоизоляцию. Изготовление таких конструкций из дерева становится рентабельным и экономически выгодным, так как используется практически весь ствол в качестве исходного материала.
Из таких одноуровневых слоев можно образовывать многослойные конструкции панелей путем вложения одной плоской конструкции в другую, как это продемонстрировано на фиг. 12-14. Плоские конструкции между собой при этом могут скрепляться клеевым способом. В таких панелях конструкция может быть 2-х и более слойной путем наложения конструкций однонаправлено или встречно, одна на другую под углом или через армирующий слой.
Для усиления связей склейки между отдельными долевыми пиломатериалами можно использовать армированную прослойку (например, из сетки, стекловолокна, полотна или другого листового материала) (на фигурах не показана). Армирующий листовой слой может быть выполнен в виде тканного или нетканого полотна или в виде листового материала из полимерных материалов или растительного или минерального иди металлосодержащих материалов или их комбинации.
На фиг. 18 показано изделие, выполненное в виде погонажа (наличники, плинтуса, отделочные доски), длинномерные варианты. В таких изделиях крайние внешние планки могут иметь сечение равное и более ширина (высота), и эти планки имеют могут иметь профильную внешнюю грань (так называемый «планкинг»).
Для всех вариантов исполнения ребра выступающих планок (долевого пиломатериала) на «лицевой» стороне могут иметь радиусную и профилированную форму. А соседние выступающие планки на своей лицевой поверхности могут быть различного цвета (термообработка или окрашивание) или из различных сортов древесины, или иных материалов.
Кроме того, в свойствах такого материала нужно отметить акустические свойства, так как звук дробится в пазах или щелях. Такие панели обеспечивают гашение звуковой волны, что позволяет такими панелями корреквдромть направление звука.
Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что в настоящей полезной модели возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящая полезная модель охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема полезной модели, раскрытого в прилагаемой формуле.