ПЕРЕКРЫТИЕ ДЕРЕВЯННОЕ И ПЛИТА ДЕРЕВЯННАЯ ДЛЯ ЭТОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
WOODEN COVERING AND WOODEN SLAB FOR SAID COVERING

Настоящее изобретение относится к строительству и касается конструкции плиты перекрытия для деревянного здания или здания малой этажности, составленного из блоков (из газоблоков, пеноблоков, газосиликата, арболита, газобетона, пенобетона), которая содержит верхнюю и нижнюю конструкционные плоскости перекрытия.
Типичное перекрытие обычной деревянной рамной конструкции формируется следующим образом. Множество перекрывающих проем между стенами балочных элементов размещается взаимно параллельным образом с опиранием их концов на элементы стен. Поверх этих перекрывающих элементов укладывают настил. Такой настил может быть с снизу балок. Перекрывающие проем балки размещаются на заданном расстоянии друг от друга (это расстояние зависит от размеров поперечного сечения каждой балки и выбирается с учетом материала дерева и установленной нагрузки на квадратный метр). Выбор нагрузки и размеров сечения балки определен необходимостью минимизации прогиба балки/балок в пролетной части при максимальной нагрузке от веса постоянной нагрузки и переменной нагрузки.
Назначение перекрытия - разделять этажи в доме, а также нести и распределять нагрузку от расположенных вверху составляющих - стен, крыши, коммуникаций, мебели, деталей интерьера. Материал для деревянных балок перекрытия должен обладать определенными свойствами и соответствовать требованиям:
- Прочность. Материал перекрытия должен выдерживать возможные нагрузки. Следует учитывать воздействие как постоянных нагрузок, так и переменных. Нагрузка, в свою очередь может быть постоянной - вес перекрытия, вес перегородок между комнатами или вес стропильной системы. А также переменной - она принимается равной 150 кг/м.кв. (Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»). К переменным нагрузкам относят вес мебели, оборудования, находящихся в доме людей. Поскольку учесть все возможные нагрузки затруднительно, следует проектировать перекрытие с запасом прочности (рекомендуется добавлять 30-40%).
- Жесткость. Означает способность материала сопротивляться изгибу. Для каждого вида материала ГОСТом устанавливаются свои пределы жесткости. Но формула для расчета одинакова - отношение абсолютной величины прогиба к длине балки. Значение жесткости для чердачных перекрытий не должно превышать 1/200, для междуэтажных 1/250. На величину прогиба оказывает влияние и порода древесины, из которой изготовлена балка. Толщина деревянных балок перекрытия рассчитывается исходя из предпосылки, что толщина балки должна быть не меньше 1/25 ее длины. Например, балка длиной 5 п.м должна иметь ширину 20 см. Если выдержать такой размер сложно, можно достичь нужной ширины путем набора более узких балок. Если балки сложить рядом, они выдержат нагрузку в два раза больше, а если сложить друг на друга - выдержат нагрузку в четыре раза больше.
- Звуко- и теплоизоляция.
- Пожарная безопасность.
Конструктивная особенность межэтажных перекрытий заключается в эффекте два в одном - балки перекрытия между этажами с одной стороны являются лагами для пола, а с другой - опорами для потолка. Пространство между ними заполняется тепло- и звукоизоляционными материалами, с обязательным использованием пароизоляции. Пирог снизу обшивается гипсокартоном, а сверху застилается половой доской (как пример по применению материалов).
Для изготовления цельных (цельномассивных) деревянных балок перекрытия применяется массив дерева твердых пород хвойных или лиственных деревьев. Межэтажные перекрытия по деревянным балкам могут быть выполнены цельными только при незначительной длине пролета (до 5 м). Клееные деревянные балки перекрытия снимают ограничение по длине, поскольку данная технология изготовления позволяет реализовать балки перекрытия большой длины. За счет повышенной прочности деревянные клееные балки применяются в тех случаях, когда требуется выдержать повышенную нагрузку на перекрытие.
В настоящее время известно использование для создания перекрытий сборного типа двутавровых деревянных балок клееной конструкции. Такие балки описаны в статье «Деревянные двутавровые балки перекрытия и стропильной системы» на официальном сайте компании «ИнтерСити» по адресу: http://enter-city.ru/. Деревянные двутавровые балки перекрытий изготовлены из плит ОСБ (прочная ориентированно-стружечная плита (OSB)) и строганного бруса камерной сушки (серия Wood), а также клееного по европейской технологии LVL-бруса (серия LVL).Брусья выполняют функцию горизонтальных полок, а плиты ОСБ вклеены в брусья и работаю как вертикально ориентированный элемент между горизонтальными полками. Все балки имеют клеевое соединение и дополнительно по всей длине крепятся гвоздями. Принято в качестве прототипа.
Каждая двутавровая балка представляет в сечении собой вертикально ориентированную пластину (например, фанера), каждый конец которой вклеен в пазы в брус. Материалы, используемые для изготовления: цельная древесина хвойных пород (ГОСТ 8486 1,2 сорт), фанера ФСФ (ГОСТ 3916.1-96), ориентированно-стружечные плиты - (ОСП/OSB-3), толщина которых составляет 9 или 12 мм, клей «Клебит 303» (Германия), эмаль фасадная ВД-АК 1320, компоненты BASF, DOWN (Германия).
Преимущества деревянных двутавровых балок:
- точные размеры;
- возможность использования на длинных пролетах;
- исключена возможность деформирования;
- малый вес;
- уменьшение мостиков холода;
- возможность закрепить коммуникации;
- удобный монтаж (в 5-10 раз быстрее, чем для ж/б монолита, пустотной плиты и доски), с минимальными затратами труда и без необходимости подачи спецтехники;
- минимум нагрузки на фундамент (масса на 1 погонный метр балки в среднем составляет 4 кг).
Балки перекрытия (двутавровые) не растрескиваются и не деформируются со временем. Эти изделия - отличная альтернатива тяжелым и сложным в работе металлическим и железобетонным перекрытиям, монтаж которых связан с необходимостью выполнения «мокрых» работ, дополнительного привлечения арматурщиков, бетонщиков и т.д.
Недостатки: высокая стоимость и неудобны для утепления плитами.
Основным недостатком такой конструкции половых или межэтажных перекрытий заключается в сложности их сборки, так как последняя выполняется по месту строения и представляет собой трудоемкий процесс, качество результата которого прямо зависит и от самих материалов и от профессионального опыта строителей. При этом погрешности в стенах (в угловых зонах и плоскостности стен) оказывают негативное влияние на качество сборки перекрытия, так как эти стены являются опорами для балок. Сложность заключается в том, что независимо от точности уровня стен все балки необходимо точно выставить по горизонтали так, чтобы сформировать горизонтальную конструкционную плоскость.
Другим недостатком является то, что перекрытие представляет собой сборную конструкцию, составленную из отдельных элементов: брусьев и панелей, закрепляемых на брусьях для формирования конструкционных плоскостей. В этом наборе элементов могут быть отдельные строительные единицы, конструктивные параметры которых (материал, структура, влажность и т.д.) могут отличаться от остальных. В сборе такие элементы могут внести ослабление в общую конструкцию перекрытий. Трудоемкость сборки перекрытий и длительность сборки относят эти операции к трудоемким и времязависимым по отношению ко времени возведения стен.
Кроме того, в обычных перекрытиях настил и балочная рама, содержащая брусья и тому подобное, не образуют цельной конструкции. Поскольку внешние силы, связанные с землетрясениями, давлением ветра и тому подобным полностью воспринимаются рамой, настил и панели воспринимают только динамическую нагрузку. Соответственно имеет место тот недостаток, что прочность при плоском сдвиге, которой обладают настил и панели, не может функционировать эффективно, с тем результатом, что существует тенденция к тому, что жесткость конструкционной плоскости перекрытия может оказаться недостаточной в отношении бокового раскачивания, связанного с землетрясениями или бурями. Кроме того, в связи с большим количеством деталей и множеством операций, которых требует строительство обычного деревянного здания, небольшие отклонения размеров в различных деталях влияют на точность конструкции и ведут к погрешностям в размерах готового здания.
Применение готовых плит перекрытий, как это имеет место при бетонной конструкции, существенно сокращает время формирования половых или межэтажных перекрытий и гарантирует конструктивную тождественность. Но бетонные плиты, используемые для перекрытий, имеют большой вес и используются только для промышленного строительства бетонных сооружений.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в создании прочной деревянной плиты перекрытия, обладающей малым весом и высокой прочностью.
Указанный технический результат достигается тем, что в перекрытии деревянном, включающем в себя продольно и на расстоянии друг от друга расположенные балки, сверху и снизу к которым прикреплены элементы из плитного материала, образующие верхнюю и нижнюю конструкционные плоскости и полости между ними и каждыми двумя смежно расположенными балками, при этом каждая из балок выполнена в виде вертикально ориентированной пластины, указанное перекрытие выполнено из отдельных модулей, каждый из которых выполнен в виде плиты, при этом плиты расположены встык по длинным сторонам, а каждая плита выполнена в виде продольно и на расстоянии друг от другая расположенных балок в виде вертикально ориентированных пластин из дерева или деревосодержащего материала, сверху и снизу к которым прикреплены элементы из плитного материала, образующие верхнюю и нижнюю конструкционные плоскости и полости между ними и каждыми двумя смежно расположенными пластинами, при этом в торцевых зонах между каждыми двумя пластинами размещен вкладыш из дерева или деревосодержащего материала, к боковым сторонам которого эти пластины прикреплены, каждая пластина выполнена из по крайней мере двух слоев склеенных между собой планок.
При этом для придания пространственной жесткости перекрытию на поверхности одной крайней пластины по длинной стороне каждой плиты выполнен паз, а на поверхности другой крайней пластины по длинной стороне этой плиты выполнен выступ для фиксации в пазу смежно стыкуемой плиты.
Указанный технический результат достигается тем, что плита деревянная для перекрытия представляет собой плиту, выполненную в виде продольно и на расстоянии друг от друга расположенных балок в виде вертикально ориентированных пластин из дерева или деревосодержащего материала, сверху и снизу к которым прикреплены элементы из плитного материала, образующие верхнюю и нижнюю конструкционные плоскости и полости между ними и каждыми двумя смежно расположенными пластинами, при этом в торцевых зонах между каждыми двумя пластинами размещен вкладыш из дерева или деревосодержащего материала, к боковым сторонам которого эти пластины прикреплены, каждая пластина выполнена из по крайней мере двух слоев склеенных между собой планок.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид деревянной плиты перекрытия;
фиг. 2 - общий вид деревянной пластины;
фиг. 3 - общий вид перекрытия;
фиг. 4 - общий вид плиты с элементами замкового соединения;
фиг. 5 - общий вид деревянной плиты с вкладышами;
фиг. 6 - общий вид плиты, вариант с трехслойной панелью.
В рамках настоящего изобретения рассматривается новая конструкция деревянного перекрытия для деревянных этажных строений и строений, изготавливаемых из кирпича и строительных блоков: из газоблоков, пеноблоков, газосиликата, арболита, газобетона, пенобетона. Особенностью полового или межэтажного перекрытия является то, что оно собирается из отдельных модулей - деревянных плит 1 (фиг. 1), изготовленных полностью из дерева или деревосодержащего материала (за исключением наполнителей - тепло- или звукоизолирующих материалов). Перекрытие выполняется из отдельных модулей, каждый из которых выполнен в виде плиты 1, при этом плиты располагают встык по длинным сторонам (фиг. 3). Таким образом, деревянное перекрытие по технологии образования повторяет создание перекрытия с использованием железобетонных плит при промышленном возведении многоэтажных зданий промышленного назначения и жилого фонда. Такие деревянные плиты, выполняемые размерами по длине, например, от 4 до 6 м при ширине 1-1,3 м, укладываются на опорные поверхности стен или на кронштейны на стенах встык одна к другой с плотным примыканием по длинным сторонам. Такая технология формирования полового или межэтажного перекрытия существенно сокращает время и трудозатраты.
Плита 1 деревянная для этого перекрытия представляет собой повторяющую форму плиты конструкцию, содержащую продольно и на расстоянии друг от друга расположенных балок в виде вертикально ориентированных пластин 1 из дерева или деревосодержащего материала, сверху и снизу к которым прикреплены элементы 3 из плитного материала, образующие верхнюю и нижнюю конструкционные плоскости 4 (под понятием конструкционная плоскость понимается плоская поверхность, образованная на балках-пластинах). Этот плитный материал, например листы фанеры или другого материала, приклеены к пластинам, при этом плоскость размещения этих состыкованных между собой листов перпендикулярна вертикально ориентированным пластинам.
В конструкционной плоскости плитный материал выполнен в виде листов из дерева или деревосодержащего материала, при этом конструкционная плоскость представляет собой по крайней мере один слой выложенных встык указанных листов. Как вариант, в конструкционной плоскости плитный материал выполнен в виде листов из дерева или деревосодержащего материала, а конструкционная плоскость представляет собой по крайней мере два склеенных между собой слоя выложенных встык в каждом слое указанных листов, при этом стыки склейки листов в одном слое расположены между стыками склейки листов в другом слое.
В торцевых зонах между каждыми двумя пластинами размещен вкладыш 5 из дерева или деревосодержащего материала, к боковым сторонам которого эти пластины прикреплены. Таким образом пластины позиционированы в вертикальном направлении и параллельно друг другу за счет того, что они приклеены к вкладышам, например, в виде параллелепипедной формы брусков. Торцевые поверхности вкладышей (брусков) могут быть расположены в плоскости торцевых поверхностей пластин для образования торцевой стенки плиты. Боковые стенки плиты образованы крайними пластинами.
1
3
Особенностью такой плиты является то, что каждая пластина 2 выполнена из по крайней мере двух слоев склеенных между собой планок 6, а стыки 7 склейки планок в одном слое расположены между стыками склейки планок в другом слое. Планки в одном слое могут быть сдвинуты на / или ½ относительно второго слоя в вертикальном направлении.
Кроме того, пластины могут быть выполнены по технологии изготовления трехслойных листов, выпускаемых компанией ООО «ИНОК» (http://inok.spb.ru/ru/catalog/iteminfo/5). Пластина по этой технологии состоит из трех слоев: два параллельных внешних слоя и средний слой с перпендикулярным расположением волокон относительно внешних слоев. Каждый слой состоит из ламелей хвойных пород древесины.
Так как при большой длине пластин возможно появление скручивающих пластины нагрузок, то целесообразно позиционировать эти пластины в срединной части параллельно друг другу. Для этого между каждыми двумя смежно расположенными пластинами размещают вкладыш 8 из дерева или деревосодержащего материала, к боковым сторонам которого эти пластины прикреплены (фиг. 5), при этом эти вкладыши размещены на расстоянии друг от друга и на расстоянии от торцевых поверхностей пластин. Вкладыши в плите перекрытия могут быть монолитными, коробчатыми, решетчатыми и т.д. При появлении нагрузки, приводящей к деформации какой-либо пластины, изменение формы последней передается через вкладыш соседней пластине, у которой таких изменений нет, и процесс выравнивается (стабилизируется или не проявляется) за счет перераспределения нагрузки и прогибов на все пластины одновременно. Вкладыши в плите перекрытия могут быть коробчатыми, решетчатыми и т.д., то есть не обязательно монолитными, то есть вырезанными из части дерева.
Между верхними и нижними плоскостями и каждыми двумя смежно расположенными пластинами сформированы полости, которые могут быть заполнены тепло- или звукоизолирующим материалом (не показан).
Такая плита может в перекрытии укладываться встык с рядом расположенной плитой, как это показано на фиг. 3. Но целесообразно плиты в перекрытии связывать между собой посредством замкового соединения. Пример такого замкового соединения показан на фиг. 4. Как пример исполнения, на поверхности одной крайней пластины по длинной стороне каждой плиты выполнен паз 9, а на поверхности другой крайней пластины по длинной стороне этой плиты выполнен выступ 10 для фиксации в пазу смежно стыкуемой плиты.
Исследования, проведенные в отношении двутавровой конструкции балок для перекрытий (решение по прототипу), показали высокую нагрузочную способность каждой отдельной балки при минимизированном прогибе. Эти высокие показатели стали результатом того, что была изменена традиционная форма балок с квадрата/прямоугольника или круга в сечении на двутавровое сечение. Особенностью двутавровой формы является ее высокое сопротивление нагрузкам, изгибу и прогибу. При этом эти качества сохраняются независимо от типа и вида используемого для изготовления такой балки материала. Но недостаток применения таких балок для перекрытий заключается в том, что технология создания перекрытия не отличается от традиционной технологии, основанной на индивидуальной подгонке и установке каждой балки по уровню и по отношению к другим балкам, а также тем, что потом балки обшиваются листами для формирования конструкционных плоскостей.
Особенностью заявленного перекрытия является то, что плита представляет собой набор двутавровых балок, у которых горизонтальные полки (верхняя и нижняя) объединены за счет приклейки вертикально ориентированных пластин к плитному материалу. В связи с этим плитный материал (например, листы фанеры) выполняет две функции: первая - это объединение горизонтальных полок двутавровых балок и вторая - это формирование конструкционной поверхности.
Если учесть, что при традиционной технологии балки располагают с шагом примерно 60 см и это определяет с учетом несущей нагрузки высоту пластины (до 30 см), то в плите шаг может быть уменьшен до 15-20 см при ширине плиты 1-1,2 (1,3) м. При этом толщина пластин и их высота также могут быть уменьшены (за счет перераспределения несущей нагрузки). Эти особенности позволяют получать плиты достаточной ширины при сохранении высокой (порой избыточной) нагрузочной способности.
Так как древесина обладает достаточно высокой зависимостью прогиба от длины, то для исключения изгиба как под собственным весом, так и под весом нагрузки от груза мебели и людей необходимо исключить применение длинномерных цельных деревянных планок и пластин. При уменьшении длины планки прогиб приближается к минимуму. В связи с этим длинномерные пластины 2 заменены на сборноклееные пластины, составленные их склеенных между собой укороченных планок. Каждая такая пластина выполнена из двух или трех (как пример) слоев склеенных между собой планок, а стыки склейки планок в одном слое расположены между стыками склейки планок в другом слое. При таком исполнении нагрузка на одни планки передается на смежно расположенные планки, что приводит к перераспределению и рассосредотачиванию нагрузок. Кроме того, клееная пластина обладает повышенной пространственной жесткостью. Этот факт подтвержден применением клееных брусьев в деревянном строительстве. Таким образом, по длине плита приобретает высокое сопротивление изгибу.
Пластины в один слой или в два склеенных между собой слоя из листов, которые образуют конструкционную плоскость сверху и снизу, представляют собой по сути одну большую горизонтальную полку(и) условных двутавров. Так как эти плоскости как поверхности являются опорами для пластин и участвуют в процессе контрвоздействия изгибным нагрузкам пластин, то они должны представлять собой целостную конструкцию. Для этого необходимо, чтобы плоскость была изготовлена из цельного куска фанеры, то есть цельного по длине плиты. Но практика изготовления стандартной фанеры показывает, что максимальным размером по длине лист может быть до 2,5 м, что естественно недостаточно, чтобы покрыть плиту длиной, например, 4 м. В принципе ничто не ограничивает возможность изготовления таких специального размера листов фанеры. Но это может повлиять на стоимость плиты и на ее технологичность. При использовании стандартных размеров листов фанеры такие листы укладываются встык слоями, которые склеиваются между собой, образуя слоистую листовую панель. Такая конструкционная плоскость представляет собой по крайней мере два склеенных между собой слоя выложенных встык в каждом слое указанных листов, при этом стыки склейки листов в одном слое расположены между Стыками склейки листов в другом слое.
Ничто не ограничивает использование для создания конструкционных плоскостей трехслойных плит из цельной древесины (ТСП) (фиг. 6), представляющих собой крупноразмерную плиту, состоящую из трех слоев: два параллельных внешних слоя и средний слой с перпендикулярным расположением волокон относительно внешних слоев. Каждый слой состоит из ламелей хвойных пород древесины и имеет свой сорт. Толщина слоев может быть различной, что определяет толщину плиты в целом:
Ширина × длина (мм):
1830/1980/2050×5050/6000;
Толщины (мм):
19, 27;
под заказ (мм):
16, 22, 32, 38, 42, 50, 60.
Эти трехслойные листы выпускаются компанией ООО «ИНОК» и представлены на сайте «ИНОК, Волосовский ЛПК» в сети Интернет по адресу: http://inok.spb.ru/ru/catalog/iteminfo/5.
Такие плиты перекрытия в конструкции дома могут использоваться в качестве плит перекрытий нулевого уровня, где нижняя конструкционная плоскость подвержена агрессивному воздействию испарений от грунта (или влаги из подвала) и на этой стороне плиты необходимо сформировать слой стекломагниевого листа или плоского шифера (или другого герметизирующего и влагонепропускающего материала) для защиты от влаги. Для подкровельных панелей можно предусмотреть защиту от конденсата при соприкосновении холодной кровли, например, применением металлочерепицы. Или поверхность плиты можно защитить с помощью пленки, как делают ламинированную фанеру для опалубки.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с применением современных технологий склейки. Изобретение позволяет создать прочную деревянную плиту перекрытия, обладающую малым весом и высокой прочностью. А созданное с применением таких плит перекрытие обладает высокой несущей способностью и минимизированным прогибом мембраны перекрытия за счет того, что смежно расположенные плиты могут быть связаны замковым устройством, обеспечивающим перераспределение нагрузки с одной плиты на смежно расположенные.