ДЕРЕВЯННАЯ КЛЕЕНАЯ БАЛКА
WOODEN GLUED BEAM

Изобретение относится к строительству, а именно к несущим конструкциям балочного типа для зданий и сооружений различного назначения.
Известен деревянный клееный брус для изготовления стеновых панелей (по патенту DE №059178 Е04С 3/12, заявит. Эрнст Джоганс, опубл. 29.06.2006), выполненный из продольных стенок - внутренних коротких досок с возможностью их сборки в стеновую панель требуемых размеров.
Полки в таких конструкциях несут функцию ребер жесткости и повышают жесткость и прочность бруса, однако диапазон применения известных брусьев ограничен их использованием только для изготовления стеновых панелей.
Известна деревянная балка (по авт.св. СССР №947349, Е04С 3/12, заявит. НИИ строительных конструкций, опубл. 30.07.1982), включающая внешние продольные стенки и внутренние полки-пластины, выполненные с использованием малопрочных и высокопрочных пород древесины.
По сравнению с другими аналогами известная балка обладает большей жесткостью, прочностью и несущей способностью, однако характеризуется неоднородностью составных элементов, сложностью устройства, изготовления и эксплуатации, связанных с необходимостью тщательного выбора сортов и пород древесины для различных элементов конструкции балки, и высокой стоимостью.
Известна деревянная клееная ферма (по патенту RU №2196865, Е04С 3/14, заявитель Самарская ГАСА, опубл. 20.01.2003), состоящая из продольной многослойной стенки и зигзагообразной решетки с использованием дискретных элементов, зубчатых шипов и пазов.
Конструкция такой формы перенасыщена составными элементами, сложна в изготовлении, не отличается высокой прочностью и неэкономична.
Наиболее близкой к предложенной является деревянная двутавровая балка (по патенту US №3170198, заявит. Элиот И. Шнайдер, опубл. 23.02.1965), содержащая собранные из ламелей продольные стенки и скрепляющие их наклонные ребра жесткости.
Однако известная балка также имеет несколько ограниченную область применения, что обусловлено узким диапазоном ее конструктивных и технологических возможностей. Кроме того, такие балки имеют ограниченный ресурс в отношении их жесткости, прочности и несущей способности. К тому же применение листовой фанеры существенно ухудшает эксплуатационные показатели балки по ее надежности, работоспособности и долговечности.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение несущей способности, жесткости, прочности и устойчивости балки.
Такой технический результат достигается тем, что в деревянной клееной балке, содержащей собранные из ламелей на клею продольные стенки и скрепляющие их с помощью клея наклонные ребра жесткости, последние расположены впритык друг к другу под углом к горизонтальной оси балки, принимаемым в интервале от 30° до 60°, количество ламелей в каждой стенке составляет от 2 до 5, количество самих стенок от 2 до 7, а ребра жесткости в первом и втором, втором и третьим и последующих ярусах расположены относительно друг друга в шахматном порядке, причем ребра жесткости выполнены в зависимости от расчетной нагрузки по одному из восьми вариантов, в том числе с использованием одинаковых или же разных углов наклона, например в диапазоне 30°, 45°, 60° либо 30° и 45°, 30° и 60°, 45° и 60° с их симметричным и(или) несимметричным расположением относительно центральной вертикальной оси балки и введением в каждый ярус дополнительных вертикальных ребер жесткости.
Конструктивное исполнение заявляемой балки показано на чертежах, где на фиг.1 приведен общий вид устройства (вид сбоку), фиг.2 - ее разрез по сечению Б-Б, фиг.3 - вид сверху, фиг.4 - разрез по сечению А-А. На фиг.5 представлены варианты конструктивного исполнения ярусов ребер жесткости, в том числе: а) с использованием угла наклона ребер жесткости к горизонтали α=45°, б) - β=30° и в) - γ=60°. На фрагменте г) показан вариант с использованием угла наклона ребер жесткости (γ) и вертикальных ребер жесткости в центре каждого треугольника, образованного соседними наклонными ребрами жесткости. На фрагменте д) показан вариант с использованием несимметричного расположения ребер жесткости, наклоненных к горизонтали под углами (β) и (γ), а на фрагменте е) - то же, но при симметричном расположении ребер жесткости. На фрагменте ж) показан вариант с использованием симметричного расположения ребер жесткости, наклоненных к горизонтали под углом (γ) в противоположных направлениях от центральной вертикальной оси балки, с использованием дополнительного вертикального ребра для каждого наклонного ребра жесткости. На фрагменте з) показано симметричное расположение ребер жесткости с использованием углов их наклона (β) и (γ), но в обратном порядке, чем на фрагменте е).
Как видно из фиг.1-5, описываемая балка состоит из таких соединяемых с помощью клея ПВА частей, узлов и элементов, как: верхний левый (1) ламель (доска); нижний левый (2) ламель; левая стенка (3); ребра жесткости (4); правый верхний (5) ламель; правый нижний (6) ламель и левая стенка (7).
Устроена балка следующим образом. На первом этапе происходит подготовка, сортировка и подгонка под требуемые размеры всех составных частей, узлов и элементов, в том числе: необходимого числа ламелей (1, 2, 5 и 6), образующихся из них стенок (3 и 7), а также ребер жесткости (1). На фиг.1-4 показана одна из самых простых в устройстве и изготовлении модификаций заявляемой балки, выполняемая только из двух параллельных стенок (3 и 7), состоящих также только из двух ламелей (1 и 2), (5 и 6), и одного яруса ребер жесткости (4), наклоненных к горизонтали под углом (α), (β) или (γ). В то же время заявитель предусматривает и другие возможные модификации данной балки, в том числе с использованием для изготовления каждой ее стенки не двух ламелей, а трех, четырех или пяти, с одновременным увеличением числа самих стенок, т.е. их не 2, а 3, 4, 5, 6 или 7. Такое увеличение обусловлено практикой и дает возможность при экономии исходных материалов обеспечить максимальную нагрузку на несущую конструкцию этого типа. При этом, как выявлено испытаниями, увеличение числа ламелей выше 5, а стенок выше 7 нецелесообразно, так как это приводит к нерациональному перерасходу материалов и излишней громоздкости балки.
Изготовление заявляемой конструкции может осуществляться по одному из описанных выше восьми вариантов, наиболее простыми и практически более удобными из которых являются (5а), (5б), (5в) и (5з). Какую модификацию и какой вариант следует выбирать для специфики данного объекта и диктующих свои требования эксплуатационных условий определяется при проектировании расчетом несущей способности и других показателей балки, как строительной конструкции. Кроме того, возможны и другие варианты расположения ребер жесткости, например, при использовании двух, трех и более ярусов с чередованием для каждого яруса одного из 8 названных выше вариантов. Завершается изготовление балки соединением всех ее частей, узлов и элементов, в основном, с помощью клея ПВА с использованием механических или гидравлических (типа «Вайма») прессов.
Конструкции из дерева проектируют преимущественно сборными, заводского изготовления, с небольшим количеством типоразмеров унифицированных элементов. Они должны быть технологичны, малой трудоемкости при изготовлении, транспортабельны. Монтажные соединения выполняют при этом простыми и удобными при сборке, клейке и пресовке. Эти требования практически полностью предусматриваются конструктивно-технологической схемой заявляемой балки. В современном строительстве, в основном, для перекрытий и покрытий зданий и сооружений применяют широкий асортимент деревянных и фанерных балок, в том числе клееных дощатых цельных и сборных, гнутоклееных, фанерных с плоской и волнистой стенкой с симметричным и несимметричным армированием. Клееные дощатые балки могут иметь двутавровое и прямоугольное сечение, причем последнему отдается предпочтение в силу большой надежности балки, простоты ее изготовления, работоспособности и долговечности. Балочные конструкции рассчитывают на силовые воздействия по двум группам предельных состояний: потере несущей способности или непригодности к нормальной эксплуатации (прочности, устойчивости формы и положения) - по расчтеным нагрузкам; непригодности к эксплуатации (прогибы, осадки, смещения) - по нормативным нагрузкам.
Выполненные заявителем с привлечением специализированных лабораторий г.Омска модельные и натурные испытания балок различного типа, но одной длины и одинакового сечения, в том числе всех видов перечисленных в настоящей заявке балочных конструкций показали, что заявляемая балка обладает лучшими показателями по простоте устройства и изготовления, несущей способности, прочности, жесткости, устойчивости, надежности, работоспособности, долговечности и экономичности.