ДЕРЕВОБЕТОННОЕ САМОНАПРЯЖЕННОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ
WOOD-CONCRETE SELF-STRESSING COVERING

Изобретение относится к области малоэтажного строительства и может быть использовано в качестве перекрытий жилых и общественных зданий.
Известно деревобетонное перекрытие, включающее несущие деревянные балки и бетонную армированную плиту, нижняя плоскость которой расположена в уровне верхних граней балок, связывающие балку и плиту стальные анкера, установленные с определенным шагом (см. патент РФ №115796, МПК Е04В 5/16, опубл. 10.05.2012, бюл. №19).
Недостатками известного деревобетонного перекрытия являются сравнительно малая жесткость и прочность, из-за отсутствия преднапряжения, невысокий предел прочности пенобетона плиты.
Известно деревобетонное перекрытие, включающее деревянные балки с выборкой впадины в каждой балке и монолитную ребристую плиту с несъемной дощатой опалубкой, образованные путем заливки бетона во впадины балки и анкерующие стержни, расположенные на дне впадины и в стенках ее образующих (см. патент Канады А2094995 А1, 1993).
Недостатками этого изобретения являются наличие в растянутой зоне ребра бетона, слабо работающего на растяжение, неэффективность работы анкеров, расположенных на дне впадин из-за гладкоствольности труб и боковых анкеров вдоль стенки - из-за совпадения линий сдвига «бетон-дерево» с продольными волокнами деревянных пластин. Также недостатками нужно считать трудоемкость выборки пазов сложной конфигурации в цельном сечении, в отличие от изготовления клееной балки с заданными параметрами под действующую нагрузку.
Наиболее близким является деревобетонное перекрытие, включающее несущие деревобетонные балки и бетонную армированную плиту, где обычный бетон заменен на бетон с расширяющимся цементом, а нижняя зона балки и плиты армированы пластиковой арматурой (см. патент РФ №177801, Е04В 5/23, опубл. 13.03.2018, бюл. №8).
Недостатками этого деревобетонного перекрытия являются: неэффективное использование прочностных свойств материалов (бетона) в деревобетонной балке (заполнение в большей степени бетоном зоны ниже нейтральной оси) отсутствие конструктивных элементов препятствующих к нежелательному растяжению (разрушению) вдоль волокон древесины нижней зоны балки и препятствующих выпучиванию стенок балки. Выполнение заребрений стенки в верхней зоне балки на всю толщину приводит к необходимости устройства дополнительной опалубки для обеспечения непротекания бетона при его укладке.
Изобретение направлено на увеличение жесткости и прочности балки путем поперечного усиления нижней полки и стенки балки, на улучшения работы слоев перекрытия на сдвиг за счет создания «шпонок» в балке разной длины, увеличивающихся к опорам, на приближение напряженно-деформированного состояния конструкции к пластической схеме разрушения (при котором полка и ребро разрушаются одновременно).
1
2
3
Результат достигается тем, что в деревобетонном перекрытии, включающем несущие деревобетонные балки, монолитную плиту согласно изобретению, в несущих балках и плите применяется бетон на расширяющемся цементе, притом в растянутой зоне балки установлена неметаллическая пластиковая арматура, а плита армирована пластиковой сеточной арматурой. Для улучшения сцепления бетона плиты с деревобетонной балкой в зоне контакта стенки балки заребрены на четверть или на половину ширины и установлены неметаллические анкера с шагом а, а, а, уменьшающимся к опорам. Результат достигается также тем, что в нижней зоне балки и в ее стенках с определенным шагом вклеены поперечные деревянные пластинчатые нагели, препятствующие поперечному растяжению нижней зоны балки и выпучиванию ее стенок от действий расширяющегося бетона. Кроме того пластинчатые нагели соединяя стенки с  определенным шагом образуют сквозные прямоугольные отверстия с длиной увеличивающейся к опорам для прохода монолитного бетона, образуя таким образом бетонные «шпонки» разного сечения, увеличивая несущую способность балки на сдвиг.
На фиг. 1 изображена самонапряженная армированная монолитная плита с деревобетонной балкой, на фиг. 2 - вид сверху на дощатоклеенную балку, на фиг. 3 - фрагмент разреза фиг. 2.
1
2
3
1
2
3
Перекрытие включает деревобетонные несущие балки 1, на балки 1 оперты бетонные плиты 2. Деревянные несущие балки 1 из клееных досок в верхней части стенки, имеют впадины на высоту сжатой зоны рабочего сечения заполненные расширяющимся бетоном 5. В целях увеличения жесткости и прочности деревобетонного перекрытия в нижней зоне 10 балок установлена неметаллическая арматура 4, а плита 2 выполненная из расширяющегося бетона 5 армирована сеточной арматурой 6. Для удерживания стенок 7 балки 1 в проектном положении от распора расширяющегося бетона 5 в средней и нижней зоне балки установлены пластинчатые нагели 8 и 9. Установленные с переменным шагом b, b, b пластинчатые нагели 8, образуют прямоугольные отверстия 10 разной длины, увеличиваясь к опорам для прохода монолитного бетона во время его "заливки". Совместная работа балки 1 и бетонной плиты 2 обеспечивается заребрениями 12 стенки 7 в верхнем уровне. На выступах заребрений установлены неметаллические анкера 11, с разным шагом а, а, а. Образование прямоугольных бетонных шпонок разной длины 10, благодаря пластинчатым нагелям 8 ступенчатого сечения, которые увеличивают площадь среза бетонных шпонок 10 и установка нагелей 11 (с шагом уменьшающимся к опорам) увеличивает несущую способность балки на сдвиг.
Порядок монтажа перекрытия следующий. Сначала в проектное положение устанавливают деревянные несущие балки 1 с пластинчатыми нагелями 8 и 9, затем монтируют съемную опалубку из фанеры, верхняя плоскость которой находится на уровне верхних граней балок 1,опалубку крепят к боковым граням балок. Монтируют неметаллическую стержневую арматуру 4 и арматурную сетку 6, укладывают бетон на расширяющемся цементе 5. Монолитный бетон 5 заполняя впадины 3 и нижние пустоты 13 балки 1 образует подкрепленную балками 1 плиту 2 (фиг. 1). При твердении расширяющего бетона происходит преднапряжение арматуры 4 балки 1 и сеточной арматуры 6 плиты 2. Наличие пластинчатых нагелей 9 препятствует образованию трещин в нижних досках балки 1 и нагелей 8 - выпучиванию стенок 7.
Собранное деревобетонное самонапряженное перекрытие, благодаря наличию в стенке балок впадин и заребрений в верхней части, заполнению впадин 3 и нижних пустот 13 балки 1 расширяющимся бетоном, наличию нагелей ступенчатого сечения 8, обладает увеличенной жесткостью и прочностью, как следствие, обеспечивает снижение расхода материалов. Применение таких балок в перекрытиях уменьшает их материалоемкость, применение расширяющегося бетона в плите и балках увеличивает несущую способность и жесткость плиты и перекрытия за счет преднапряжения арматуры балки и сетки плиты. Кроме того, наличие заребрений у балки на верхнем уровне (на стыке с плитой) увеличивает анкерующую способность сдвиговоспринимающих элементов балки и плиты.