КОНСТРУКЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ

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, подвесных и подшивных потолков, столярных и мебельных щитов. В частности, полезная модель рассматривает конструкцию конструкционной деревянной панели облегченной структуры, обладающей высокими прочностными свойствами и высоким сопротивлением изгибу и кручению.
Конструкционные материалы - материалы, из которых изготавливаются различные конструкции, детали машин, элементы сооружений, воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами таких материалов являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.) (https://ru.wikipedia.org/).
На современном рынке строительных материалов существует потребность в легких и прочных панелях, содержащих экологически чистые материалы, способствующие быстрому возведению конструкций любого назначения, в том числе, зданий, мебели, полов, перекрытий и т.д. В связи с этим панели из деловой древесины могут отвечать этим требованиям.
Деревянные решетки - это легкость форм, простота конструкции, долговечность, практичность, универсальность. В нестоящее время решетки из дерева повсеместно используются в качестве декоративного или отделочного материала в самых различных решениях: на открытой веранде, беседке, крыльце, в качестве дачных и садовых ограждений, пергол и даже в городских квартирах, где самые обычные экраны для батарей существенно преображают зрительное восприятие комнаты. Также решетки так же используются для оформления мебельных фасадов, залов кафе, баров, ресторанов и прочих общественных мест. Решетка из натуральной древесины и изделия из нее органично вписываются в любой интерьер. Помимо эстетической составляющей, декоративные решетки из дерева выполняют целый ряд практических функций: разграничивают пространство, облегчают создание объемных решений в интерьере и экстерьере, создают искусственное затенение в зонах отдыха, выступают в качестве своеобразных экран о в. Решетчатая ажурность привлекает взгляд, придает легкость и воздушность любой конструкции.
Такое ограниченное применение обусловлено тем, что решетки из дерева как строительные панели, не обладают прочностью, легко деформируются, подвергаются изгибным нагрузкам, а при локальном приложении нагрузки решетка ломается. В связи с этим сегодня деревянные решетки используются исключительно в качестве легких декоративных панелей. Это ограничение вызвано тем, что решетки выполняются из тонких и длинномерных планок и после соединения между собой представляют хрупкую структуру, легко реагирующую на приложение нагрузки.
Для исключения этого недостатка и повышение прочности деревянных решеток была разработана решетчатая деревянная строительная панель, представляющая собой по крайней мере один ряд одинаково ориентированных по длинной стороне и расположенных на расстоянии друг от друга планок из дерева, которые соединены между собой за счет вкладышами для образования плоской конструкции, между каждыми двумя смежно расположенными планками расположен по крайней мере один дополнительный элемент из дерева, выполненный с двумя противоположно расположенными плоскими и параллельными друг другу поверхностями, к каждой из которых приклеена по одной стороне одна из двух указанных смежно расположенных планок, при этом стенки указанных планок по каждой другой смежной стороне расположены в общей плоскости (RU 147337, Е04С 2/00, опубл. 10.11.2014). Данное решение принято в качестве прототипа.
Согласно данного решения к поверхностям наружных стенок плоской конструкции могут быть приклеены армирующие листовые слои в виде сетки или полотна и/или плитного материала.
Данная особенность конструктивного исполнения строительной панели обеспечивает достаточное снижение веса при увеличении прочности и несущей способности. Однако, увеличение прочности достигается либо увеличением количества слоев решетчатых панелей, либо усилением поверхностных слоев, наклеиваемых на решетчатую структуру.
Анализ использования строительных панелей при производстве мебели и облегченных конструкций показывает, что, как правило, эти конструкции имеют панель в качестве основания и облицовку в качестве декоративного элемента или финишной (лицевой) поверхности. При таком исполнении элементов конструкции теряется необходимость в наличии плитных оклеек (наружных поверхностей) у панелей. Основную нагрузку несет решетчатая конструкция, которая в силу оригинальной компоновки, уже обеспечивает определенную несущую способность, обладает прочностью и достаточным сопротивлением кручению. При использовании такой панели в качестве несущего нагрузку основания наличие поверхностных пластин, придающих панели законченный вид, не является обязательным. Исключение наружных армирующих листовых слоев в виде сетки или полотна и/или плитного материала позволило бы дополнительно снизить вес панели. Оставшаяся часть в виде решетчатой конструкции как силовой несущий элемент, может быть закрыт при финишной обработке изделия.
При этом важным является формирование такой поверхности на панели, чтобы она отвечала условиям хорошей адгезии с покрывным материалом (обои, плитка, краска, шпон, ламинированная пленка и т.д.), которым эта поверхность может быть обработана. Если учесть, что решетчатая панель может использоваться в мебельном производстве или при финишной отделке интерьеров и различных конструкций, то такое требование становится оправданным.
Однако, применение открытых решетчатых конструкций обладает недостатком в том, что полости решетки при возведении конструкции могут быть случайно заполнены излишним и ненужным отходным материалом, который потом надо извлекать. Кроме того, древесина относится к категории влаговпитывающих материалов, что так же нежелательно, так как насыщенная влагой древесина потом в конструкции усыхает и изменяет свои размеры.
2
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных характеристик конструкционной строительной панели решетчатого типа за счет использования в качестве поверхностных слоев решетчатой структуры бумаги плотностью выше 80 г/м.
2
Указанный технический результат достигается тем, что конструкционная панель, представляет собой плоскую решетчатую конструкцию, выполненную из одинаково ориентированных по длинной стороне и расположенных на расстоянии друг от друга планок из дерева, и в которой между каждыми двумя смежно расположенными планками расположен по крайней мере один дополнительный элемент из дерева, выполненный с двумя противоположно расположенными плоскими и параллельными друг другу поверхностями, к каждой из которых приклеена по одной стороне одна из двух указанных смежно расположенных планок, при этом к наружным поверхностям, образованным одинаково ориентированными по длинной стороне и расположенными на расстоянии друг от друга планками из дерева, приклеен листовой слой из бумаги с плотностью выше 100 г/м.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид конструкционной решетчатой панели.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция конструкционной деревянной решетчатой панели, используемой в качестве строительного материала и обладающей малым весом. Эти показатели определяют эксплуатационные характеристики изделия, позволяющие панель использовать для изготовления стеновых материалов, мелкоразмерных сборных конструкций, элементов строительных конструкций и самих конструкций, а также «черновых» подложек полов и «чистовой» подшивки кровли, подвесных и подшивных потолков, столярных и мебельных щитов.
Особенностью рассматриваемой решетчатой деревянной строительной панели является то, что она выполняется из деревянных планок 1 (тонких длинномерных дощечек или пластинок), полученных из древесины - части ствола дерева определенных размеров и качества, являющихся конечным продуктом лесозаготовительного производства или используемых как полуфабрикаты для дальнейшей механической или химической переработки. Для деревянных планок может использоваться как деловая древесина, так и низкосортная древесина. Для дополнительных элементов-вкладышей можно использовать еще более бросовый материал, опил сучков и т.п.
Решетчатая деревянная строительная панель в общем случае представляет собой плоскую конструкцию, составленную из одного ряда одинаково ориентированных по длинной стороне и расположенных на расстоянии друг от друга планок 1 из дерева (или (склеенных между собой ламелей, ДСП, МДФ, ОСП, фанеры или деревосодержащего материала), которые соединены между собой за счет дополнительных элементов 2 из дерева (могут быть массивными монолитными или склеены из ламелей, ДСП, МДФ, ОСП, фанеры) (фиг. 1) или деревосодержащего материала.
Между каждыми двумя смежно расположенными планками 1 расположен по крайней мере один дополнительный элемент 2 (вкладыш) из дерева, выполненный с двумя противоположно расположенными плоскими и параллельными друг другу поверхностями, к каждой из которых приклеена по одной стороне одна из двух указанных смежно расположенных планок. При этом стенки указанных планок по каждой другой смежной стороне расположены в общей плоскости. В этой плоской конструкции планки обращены навстречу друг другу широкими сторонами, а узкие стороны образуют наружные поверхности. Возможно исполнение, когда планки соединены между собой узкими сторонами, а широкие стороны образуют наружные поверхности. Планки могут быть в сечении прямоугольными (четырехугольными) или квадратными. Форма планок определена технологией получения планки из ствола дерева или листового, плитного материала.
В примере, приведенном на фиг. 1, планки 1 прямоугольной формы однонаправлено расположены по длинной стороне и соединены между собой короткими частями этих же планок. Короткие части являются дополнительными элементами 2 в виде вкладышей и приклеены к планкам. Дополнительные элементы могут располагаться в любом порядке: упорядочено, как это показано на фиг. 1, то есть в ряд и каждой из двух противоположно лежащих сторон плоской конструкции, или в шахматном порядке или в любом ином порядке). Дополнительные элементы могут 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.
Для получения решетчатой деревянной строительной панели раскладывают планки 1 и дополнительные элементы 2 (вкладыши) между ними, наносят клеевой состав или адгезии на контактирующие поверхности и стягивают или сжимают всю конструкцию в направлении поперек направления планок и прижимают по плоскости. 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 планок с дополнительными элементами происходит по достаточно развитой поверхности и с тем, что каждая планка (за исключением крайних) имеет контакт с двумя и более дополнительными элементами. То есть каждая планка через дополнительный элемент является опорой для смежной планки, обеспечивающей перераспределение локальной нагрузки с одной планки на рядом расположенные планки. Чем длиннее дополнительные элементы, тем более надежным является соединение планки с вкладышем. Но это не критично, так как при увеличении количества вкладышей возможно использовать короткие дополнительные элементы.
В качестве вкладышей могут быть использованы части дерева, стволов бамбука, композиты. Вкладыш может быть выполнен высотой, равной высоте планок, или высотой менее высоты планки, но более половины высоты планки. Вкладыш может иметь форму цилиндра, кольца круглого или квадратного, могут иметь коробчатое сечение.
Существенным для исполнения вкладыша является наличие в нем двух противоположно расположенных плоских и или параллельных друг другу поверхностей, которые используются для нанесения клеевого состава (любого по природе происхождения, главное, чтобы обладал сцепными качествами с деревом. Эти вкладыши расположены между планками и скрепляют смежные планки между собой, образуя жесткую одноуровневую пространственную конструкцию. Вкладыши между планками могут быть расположены линейно с каждого края и между каждыми смежно расположенными планками.
После формирования плоской конструкции осуществляют обработку (например, шлифовку) наружной поверхности с целью формирования ее плоскостности и соблюдения равной высоты конструкции по всей ее площади с каждой ее наружной поверхности.
Применение планок с вкладышами позволяет создавать пространственно развитые в заданном направлении ячеистые структуры, обладающие при малом весе высокими механическими свойствами. Структура решетчатой панели хорошо воспринимает нагрузки в направлениях, совпадающих как с направлением волокна дерева, так и поперек этих волокон, а этот как раз нагрузки, поперечные к панели, что позволяет панели с такой структуры рассматривать в качестве строительного листового материала с высокой несущей способностью. Такая панель обладает сниженным весом, который определяется, по сути, весом только весом планок и вкладышей. 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 ячеистой конструкции.
На конечную жесткость и сопротивление изгибу толщина планки в таких конструкциях не влияет. В связи с чем рентабельным становится использование тонких планок, отличающихся от бруска: происходит серьезное облегчение решетчатой структуры без снижения ее прочностных качеств. Конечная пространственная жесткость и сопротивление изгибу ячеистой системы определяется конфигурацией формируемых ячеек и способность каждого отдельного элемента нести нагрузку в совокупной связи со смежно расположенными элементами структуры.
Предложенная конструкция строительно-отделочной решетчатой панели позволяет получить панели любой толщины и конструкции при малом весе, при этом конструкция получается достаточно жесткой для использования в качестве несущих плит. Изготовление решетчатых конструкций из дерева становится рентабельным и экономически выгодным, так как используется практически весь ствол в качестве исходного материала.
2
Для исключения влаговпитывания деревянными элементами решетчатой конструкции, исключения загрязнения ячеек решетки и обеспечения возможности приклеивания наружных отделочных пластин к наружным поверхностям, образованным одинаково ориентированными по длинной стороне и расположенными на расстоянии друг от друга планками из дерева, приклеен листовой слой 3 из бумаги с плотностью выше 100 г/м.
Наличие такого поверхностного слоя герметизирует полости решетчатой конструкции и решает важную задачу по уменьшению влаговпитывания дерева. При повышении влажности бумажный слой принимает влагу и не передает ее в полной мере деревянным элементам конструкции. Это определено тем, что бумага приклеивается к деревянным элементам и не имеет прямого контакта с ними. Скорость насыщения бумаги влагой так же высока, как и скорость ее просушки. Поэтому для такой панели бумага работает как компенсатор или предохранительный чехол для элементов конструкции.
2
Выбор типа бумаги по плотности выше 100 г/см определен из условия прочности бумаги и возможно долгого ее сохранения без повреждений. Бумага такой плотности обладает достаточно высокой прочностью и позволяет на решетчатой конструкции образовать плотную и гладкую наружную поверхность, к которой можно приклеить облицовку или закрепить облицовку шурупами. Кроме того, на такой бумажный слой можно нанести защитное покрытие или герметизирующее покрытие перед тем, как прикрепить облицовку.
2
Использование бумаги с плотностью менее 100 г/см не дает результата по формированию некоторой прочности оболочки панели, так как эти типы бумаг не обладают внутренними связями между волокнами и легко разрываются или прорываются (офисная бумага, писчая бумага, туалетная бумага, бумажные полотенца и т.д.). Использование таких видов бумаг не рационально, так как не решается задача герметизации и сохранности решетчатой структуры от воздействия внешней среды.
Вопрос о высокой прочности не стоит, так как ставится задача герметизации внутреннего пространства решетчатой конструкции и предохранения полостей решетчатой конструкции от попадания в нее пыли, мусора, стружек, цемента и т.д., которые являются результатом любой строительной деятельности.
Оклейка решетчатой структуры панели может осуществляться однолистовым материалом в один слой или слоев бумаги может быть от двух и более. При использовании нескольких слоев бумага склеивается между собой или не склеивается, что дает эффект кривизны поверхности «поддутости». Использование многослойных оклеек позволяет резко поднять прочность бумажных наружных слоев. Такие многослойные щиты обладают высокими тепло и звуко изолирующими характеристиками.
Оклейка решетчатой конструкции панели листовым бумажным материалом позволяет получить облегченную конструкционную панель. Как минимум бумажный листовой материал наклеивается на боковые поверхности, при этом торцевые поверхности остаются деревянными. Возможна оклейка панели и с торцевых сторон.
Для компенсации обязательных напряжений при обтяжке бумагой можно:
- облицовку делать двусторонней;
- «задник» облицовывать сеткой, тканью или плитным материалом, шпоном и т.д.;
- не клеить картон по плоскости, а только по торцевым краям щита.
Крепление бумаги на решетку панели:
- клеить по плоскости;
- клеить по плоскости с загибанием краев на торцы намазанные клеем (этот пример показан на фиг. 1);
- не клеить по плоскости, а только по торцам с клеем;
- не клеить по плоскости, а загибать края на торец и фиксировать багетом или рамкой.
Из таких одноуровневых решетчатых структур можно образовывать многослойные конструкции решетчатых панелей путем наложения одной решетчатой плоской конструкции на другую с заданным смещением или под углом один к другому. Прекрасный материал для дизайнерских объемных композиций и параметрической архитектуры интерьера. Плоские конструкции между собой скрепляются клеевым способом, или механическим - шкантами, шурупами и т.д.
Количество слоев бумаги с одной (и обратной) стороны шита решетчатой структуры может быть два и более.
Наружный плитный материал может быть прикреплен и к поверхностям наружных стенок плоской конструкции. Наружные слои упаковывают плоскую конструкцию со всех сторон, образуя строительный блок, защищенный от воздействия влаги и внешней среды. Такую упаковку можно применять не только для многослойных панелей, но и для однослойных для изготовления мебельных, строительных и декоративно-отделочных щитов.
Преимущества панелей:
- экологичный материал без меланина, фенолов и формальдегидов;
- легкий и стабильный
- дешевый
- чистая и ровная поверхность для последующей окраски, оклейки, инсталляций и инкрустаций или фанеровки шпоном.