ШПРЕНГЕЛЬНАЯ БАЛКА
STRUT BEAM

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в производстве деревянных клееных составных балок.
Известно, что для улучшения прочностных характеристик строительных конструкций из дерева и, в частности, балок применяют шпренгели, нагели, тяжи и другие виды элементов усиления, в том числе вклеиваемые в древесину металлические стержни (см., например, Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник / Под ред. И.М. Гриня. - К.: БУДИВЭЛЬНЫК, 1988. - С.31-40; 68-87).
Многообразие таких элементов усиления дополняется, однако, сложностью изготовления упрочняемых балок, а также недостаточностью степени их универсальности, унификации, типизации и индустриальности.
Известна деревянная шпренгельная балка по авт.св. СССР на изобретение (№1789628, Е04С 3/12, заявит. ЦНИОЭИ строительных конструкций, опубл. 23.01.1993), включающая шпренгель, стенки, стойки, опорные и соединительные детали, а также вклеевыемые в древесину металлические стержни.
Такая конструкция позволяет повысить несущую способность балки, но в то же время, это изделие не отличается ни универсальностью, ни простотой изготовления, ни надежностью, ни работоспособностью, ни долговечностью.
Известны предварительно напряженная металлодеревянная балка и способ ее предварительного напряжения по авт. св. СССР на изобретение (№1761897, Е04С 3/18, Е04С 3/292, заявит. ЦНИОЭИ строительных конструкций, опубл. 15.09.1992), в которых используется набор клееных досок, армирующий элемент, концевые упоры, анкеры и связи усиления, а также задействованы операции по постановке, закреплению и напряжению арматурного элемента.
Однако известные устройство и способ его осуществления отличаются чрезмерной сложностью, лишены опций универсальности и не вписываются в конструктивные схемы и технологические наработки, применяемые в современном строительстве.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению являются шпренгельные балки по патенту Российской Федерации на изобретение (№№2276240 и 2276241, Е04С 3/12, патентобл. Казанская ГАА, опубл. 10.05.2006), состоящие из корпуса и шпренгеля с боковыми креплениями.
Известные балки обеспечивают повышение их коррозионной стойкости, однако не характеризуются универсальностью и не претендуют на улучшение таких показателей, как несущая способность, прочность, жесткость и пространственная устойчивость.
Задачей предполагаемого изобретения является достижение универсальности конструктивной схемы балки, повышение ее несущей способности, прочности, жесткости и пространственной устойчивости по сравнению с известными техническими решениями.
Такой технический результат достигается тем, что в шпренгельной балке, состоящей из корпуса и шпренгеля с боковыми креплениями, в качестве шпренгеля принят стальной трос, натягиваемый внутри корпуса балки, содержащей продольные стенки и торцевые и промежуточные ребра жесткости, между боковыми креплениями, располагаемыми на торцевых ребрах жесткости на высоте, составляющей 1/3 часть ее полной высоты, причем эти крепления выполнены с использованием хомутов, скоб, болтов либо глухарей с крюками, удерживающими периферийные концевые петли стального троса, натяжной механизм которого состоит из винтового ниппеля, оснащенного с одной стороны левой, а с другой - правой наружными резьбами и регулирующей силу натяжения стального троса гайкой, для чего винтовой ниппель вкручивается в концевые трубки стального троса, также оснащенные с одной стороны левой, а другой - правой внутренними резьбами, с устройством в корпусе балки в месте расположения регулирующей гайки монтажного проема со съемной крышкой, а в промежуточных ребрах жесткости - проходных отверстий. Кроме того, в зависимости от конструктивного исполнения, массы и размеров балки выполняющий функции шпренгеля стальной трос дополняется вторым, третьим и большим количеством тросов, располагаемых параллельно друг другу на высотах, составляющих, например, при двух тросах 1/3 и 2/3, трех - 1/4, 2/4 и 3/4, четырех тросах - 1/5, 2/5, 3/5 и 4/5 части от полной высоты балки, и(или) тросами, располагаемыми в каждой ее секции, то есть в пространстве между продольными стенками балки с устройством в месте расположения регулирующих гаек монтажного проема со съемной крышкой, в опорных ребрах жесткости - боковых креплений, а в промежуточных ребрах жесткости - проходных отверстий, причем в качестве материала шпренгеля и, в частности, его тросов, принимаются, например, полипропилен, полиамид и металлопластики круглого, овального и прямоугольного сечения.
Общий вид нескольких вариантов заявляемой одноеекционной балки в разрезе по центральной продольной плоскости и ее боковое сечение приведены на фиг.1, 2 и 3, где на фиг.1 показана балка с одним тросом, на фиг.2 - двумя, а на фиг.3 - тремя тросами. Фиг.4 иллюстрирует боковое сечение балки с двумя секциями, образованными тремя продольными стенками с проходными отверстиями в промежуточных ребрах жесткости, фиг.5 - устройство натяжного механизма, а фиг.6 - узел А натяжного механизма, включающий винтовой ниппель, концевые трубки и регулирующую гайку.
Как видно из чертежей, заявляемая балка состоит из корпуса (1), в состав которого входят торцевые и промежуточные ребра жесткости (2), продольные стенки (3), стальной трос (4) с боковыми креплениями (5) и крюками (6), монтажный проем (7) со съемной крышкой, проходные отверстия (8), периферийные и центральные петли (9) и натяжной механизм, состоящий из регулирующей гайки (10), винтового ниппеля (11) и концевых трубок (12). Боковые крепления (5) могут быть изготовлены, например, из хомутов, скоб, болтов либо глухарей с крюками (6).
Описываемая конструкция шпренгельной балки представлена ее несколькими вариантами, в которых предусматривается использование одного шпренгеля, см. фиг.1, двух - фиг.2 и 4 и трех шпренгелей - см. фиг.3, из которых видно, что каждый такой узел, то есть система тяжей, предназначенная для усиления основной несущей конструкции, состоит из стального троса (4), вставленного своими периферийными концевыми петлями (9) в периферийные же крюки (6) боковых креплений (5), расположенных на торцевых и(или) опорных ребрах жесткости (2), и натяжного механизма, включающего, в свою очередь, винтовой ниппель (11), регулирующую гайку (10) и концевые трубки (12) с центральными петлями (9). Так, на фиг.1 показано, что стальной трос (4) односекционной балки своими периферийными петлями (9) вставлен в периферийные крюки (6) боковых креплений (5), размещенных на торцевых ребрах жесткости (2), а центральные крюки (6) того же троса (4) введены в центральные петли (9), совмещенные с концевыми трубками (12) натяжного механизма. То же самое относится к нижнему шпренгелю односекционных балок, показанных на фиг.2 и 3. Изображенные там же второй и третий стальной тросы (4), параллельные первому, крепятся к опорным ребрам жесткости (2). Высота расположения таких тросов (4) h может составлять при этом 1/3, 1/4, 1/5 и менее от полной высоты балки H. Количество стальных тросов (4), как показали модельные и натурные исследования ряда несущих деревянных клееных составных балок, следует выбирать в зависимости от их конструктивного исполнения, массы и размеров в интервале от одного до пяти, причем большее количество шпренгелей приводит к усложнению процессов изготовления балок и их эксплуатации. Установлено, что если используется два стальных троса (4), то оптимальные высоты их расположения составляют 1/3 H и 2/3 H, если три, то - 1/4 H, 1/2 H и 3/4 H, если четыре, то -1/5 H, 2/5 H, 3/5 H и 4/5 H и так далее. Как видно из фиг.4, при изготовлении двух и более секционных балок стальные тросы (4) вводятся в каждую секцию. Вспомогательными конструктивными элементами заявляемой балки являются также проходные отверстия (8), устраиваемые в необходимых местах промежуточных ребер жесткости (2), и монтажные окна (7) со съемными крышками, служащие для проведения операции по натягиванию стальных тросов (4) до требуемого уровня с помощью натяжного механизма, состоящего из винтового ниппеля (11), регулирующей гайки (10) и концевых трубок (12) с центральными концевыми петлями (9), вставляемыми в центральные концевые крюки (6). Оба регулирующих элемента натяжного механизма, а именно концевые трубки (12) и противоположные части винтового ниппеля (11) имеют нарезку из левой и правой резьбы. Как видно из фиг.6, левая концевая трубка (12) и левая часть винтового ниппеля (11) имеют, например, левую соответственно внутреннюю и левую наружную резьбу, а правая концевая трубка (12) и правая часть винтового ниппеля (11), наоборот - правую наружную и правую внутреннюю резьбу. Поэтому, открыв съемную крышку монтажного проема (7) и используя гаечный ключ, можно легко и быстро, вращая регулирующую гайку (10), обеспечить требуемую степень натяжения стального троса (4).
Особенности описанной конструкции шпренгельной балки открывают широкие возможности ее использования в объектах строительства различного назначения, в том числе в практике применения деревянных клееных балок составного коробчатого или двухтаврового сечения, гнутоклееных, одно- и двухскатных с армированием отдельных элементов, со сплошными и решетчатыми стенками, в том числе не только с вертикальными, но и с наклонными ребрами жесткости. Предлагаемые варианты шпренгельной балки, благодаря их универсальности, а также улучшенным качественным показателям, охватывают в этой связи достаточно перспективные области их реализации.