ДЕРЕВЯННАЯ ДВУТАВРОВАЯ КЛЕЕНАЯ БАЛКА

Предложенная полезная модель относится к области строительства, а именно - к конструкциям балок, используемых в качестве несущих элементов перекрытий или покрытий зданий различного назначения, а также в качестве элементов деревянных крыш, таких как стропила, прогоны, стойки, подкосы, элементов каркаса для промышленных и гражданских зданий.
В ряде работ, в частности в патенте на полезную модель №66762 предложена деревянная двутавровая клееная балка, содержащая две полки и соединяющую их стенку. [Патент на полезную модель №66762 Деревянная двутавровая клееная балка / Латыпов А.Р. Дата публикации: 27.09.2007. Начало действия патента: 21.12.2005]. Для изготовления полок балки предлагается использовать дощечки еловой древесины, не имеющих сучки, подобранные и склеенные в одно целое, с последующей проточкой по всей длине двух параллельных пазов для дальнейшей фиксации балок со стенкой. Стенка выполняется в виде двух склеенных между собой листов стандартной березовой фанеры, которые имеют во всю длину продольный шип, так же предназначенный для крепления с полками балки. Склеивание листов фанеры в стенку, сборка дощечек в полки и заполнение пазов производится клеем на основе формальдегидной смолы. Все остальные открытые поверхности балки защищены от внешних воздействий фенольным пленочным покрытием.
Несмотря на ряд преимуществ, данная модель деревянной клееной двутавровой балки имеет недостатки. Во-первых, листы фанеры, из которых изготавливается стенка балки, имеют ограниченные габаритные размеры, что приводит к появлению дополнительных операций: предварительный раскрой и стыковка фанерных листов по длине. Во-вторых, в балках такой конструкции для обеспечения устойчивости стенки вводят дополнительные элементы - ребра жесткости, которые устанавливаются по всей длине балки с определенным шагом. В-третьих, для изготовления такой балки используют разные материалы, которые имеют разные показатели водопоглощения и коэффициенты линейного расширения.
Известна конструкция деревянной клееной двутавровой балки со стенкой и полками из клееной древесины [С.Н. Рыкунин, Л.Н. Кандалина. Технология деревообработки. М: Издательский центр «Академия». 2011. 352 с.]. Стенка и полки балки получают путем склеивания по пласти элементов из древесины хвойных пород. Этот способ принят за прототип. Недостатком прототипа является то, что такая стенка плохо воспринимает касательные напряжения, которые могут возникнуть в результате работы конструкции. Так же из недостатков можно выделить большой расход клея, который необходим для склеивания по пласти элементов, а также для склеивания по длине заготовок, не имеющих сучков.
Технической задачей является создание балки с повышенной несущей способностью, состоящей из минимального количества элементов стенки и полок при рациональном раскрое бревна.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение трудоемкости при ее изготовлении, а так же снижение количества отходов при раскрое одного бревна и получение из него двутавровой клееной балки с несущей способностью, превышающей несущую способность исходного бревна.
Полезная модель поясняется на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показан раскрой бревна для изготовления заявленной деревянной двутавровой клееной балки: 1 - прямоугольные усеченные элементы, 2 - элементы в виде усеченных пирамид с сегментообразными основаниями.
На фиг. 2 изображена деревянная двутавровая балка, склеенная из элементов 1 и 2 после раскроя одного бревна.
На фиг. 3 представлена двускатная балка, составленная по длине из двух предлагаемых деревянных двутавровых балок.
Балку изготавливают следующим образом. Сначала раскраивается бревно по схеме (см. фиг. 1) с учетом заданного сбега, который может варьироваться от 0 и выше. Для изготовления одной деревянной клееной двутавровой балки необходимо одно бревно. В результате раскроя получается всего два вида элементов: прямоугольные усеченные элементы и элементы в виде усеченных пирамид с сегментообразными основаниями. Полученные элементы имеют постоянное (при нулевом сбеге) или переменное (при сбеге больше 0) сечение по длине.
Полки производят путем соединения боковыми поверхностями двух элементов сегментообразного сечения, между которыми располагается элемент прямоугольного сечения. Стенка изготавливается из цельной древесины прямоугольного сечения.
Предлагаемая модель отличается от прототипа тем, что элементы стенки изготовлены из цельной древесины и соединяются с полками своими кромками, а не пластями. Такое сопряжение позволяет лучше воспринимать стенке касательные напряжения, т.к. сдвиговые усилия направлены вдоль волокон, а клеевой шов практически выключен из работы на сдвиг и работает только на отрыв. Все это приводит к повышению несущей способности конструкции.
Помимо перечисленных отличий, данная конструкция деревянной клееной двутавровой балки имеет преимущество: она изготавливается из одного бревна нужного диаметра, что позволяет существенно снизить расход сырья и приведет к снижению себестоимости готовой конструкции.
Для увеличения пролета, перекрываемого балкой, возможно сращивание по длине двух предлагаемых балок переменного сечения своими комлевыми торцами с получением составной двускатная балка (см. фиг. 3), в которой рационально распределен материал для восприятия внешних изгибающих нагрузок.