Балка селиванова н.п.

 

Использование: в строительстве, в несущих конструкциях балочного типа для восприятия пролетных нагрузок. Сущность изобретения: в балке стержневые элементы сведены на растянутом поясе в узлы, проходящие через ее среднюю плоскость, а на растянутом часть их отклонена от средней плоскости, при этом все стержневые элементы одного узла могут иметь одинаковую длину. Деревянный элемент сжатого пояса балки армирован стержневыми элементами, образующими в нем плоскую или пространственную фермы. 14 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к несущим пролетным конструкциям балочного типа на основе древесины или древесных материалов.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является балка, содержащая сжатый пояс из древесины, подкрепленный металлическими стержневыми элементами и растяжкой [1] . Однако существенным недостатком известной конструкции являются относительно невысокие эксплуатационные качества, обусловленные малой жесткостью балки. Конструктивно - это следствие расположения подкрепляющих стержневых элементов, сосредоточенных в плоскости, проходящей через линии центров поясов либо параллельно ей. В такой балке подкрепляющие элементы, как правило, не создают жестких дисков и устойчивость балки невелика как в продольной, так и в поперечной плоскостях, что сужает диапазон допустимых сочетаний нагрузок и их разновидностей.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств при работе на различные сочетания общих и местных нагрузок, а также технологичность изготовления.

На фиг.1 показана в ортогональной проекции балка, вид сбоку; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, вид с торца; фиг.3 - вариант с чередованием отклонения стержневых элементов, соединенных по верхним концам (у сжатого пояса) дополнительными стержневыми элементами; на фиг.4 - вариант с дублированно симметричным отклонением стержневых элементов; на фиг.5 - в плане направление схождения стержневых элементов к узлам растянутого (нижнего) пояса в варианте балки, представленном на фиг.2; на фиг.6 - аксонометрия нижней части балки (верхний пояс условно не показан); на фиг.7 - вариант балки на фиг. 6 со стержнями, зигзагообразно соединяющими узлы стержневых элементов в уровне примыкания к сжатому деревянному поясу; на фиг.8 - аксонометрия к фиг. 4; на фиг.9 и фиг.10- вид сбоку и вид с торца балки с трех- и четырехлучевым пространственным расположением стержневых элементов в узлах растянутого пояса; на фиг.11 - то же, аксонометрия, вид сверху; на фиг. 12 - то же, вариант с объединением стержневых элементов в сжатом поясе балки в диск дополнительными стержневыми элементами; на фиг.13 - в аксонометрии вариант объединения в диски стержневых элементов в уровне сжатого пояса (деревянный сжатый пояс балки условно не показан); на фиг.14 - в перевернутом положении деревянный сжатый пояс балки с зигзагообразным углублением под дополнительные стержневые элементы, соединяющие между собой концы основных стержневых элементов (к варианту фиг.2); на фиг.15 и фиг.16 - узлы крепления стержневых элементов к деревянному сжатому поясу; на фиг.17 и фиг.18 - варианты сечения к фиг.14 с заполнением углублений в деревянном поясе запрессованными и вклеенными в него стержневыми элементами различного профиля; на фиг. 19 и фиг.20 - фрагментарно в аксонометрии и в поперечном сечении варианты армирования деревянного сжатого пояса балки трехпоясными фермами; на фиг.21-25 - фрагменты подвижно-фиксированного крепления стержневых элементов в сжатом поясе.

Балка включает сжатый пояс 1, который выполнен деревянным либо клеенодеревянным, либо комбинированным с включением деревянных элементов, и растянутый пояс 2. Растянутый пояс 2 выполнен из более высокопрочных материалов - металлов, сплавов, композитов и поэтому менее материалоемок, чем сжатый пояс 1. Пояса 1 и 2 соединены между собой посредством пролетных 3 и опорных стержневых элементов 4. Пролетные стержневые элементы 3 сведены на растянутом поясе 2 в узлы 5, 6 и 7 по два, три или четыре стержня 3 в узле. Противоположные концы 8 стержневых элементов 3 соединены со сжатым поясом 1. При этом концы 8 стержневых элементов 3 или, по крайней мере, часть из них (например, на фиг. 11, 12, 13) отклонены вправо или влево от плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2. Изобретением предусмотрена широкая интерпретация и различные варианты устройства балки или точнее балки-фермы, однако во всех случаях каждая пара, выходящая из единого узла, например 5 или 6, на растянутом поясе 2, будучи соединенная концами 8 со сжатым поясом 1, образует с последним диски. Так, группа стержней 3 (фиг. 11), объединенных в каждом узле 6 растянутого пояса 2, образует со сжатым поясом 1 три плоских диска, которые в совокупности составляют один пространственный диск в виде перевернутой пирамиды. Кроме того, плоскости каждого из плоских дисков, образованных пролетными стержнями 3 совместно со сжатым поясом 1 в пределах вариантов балки-фермы, как правило, расположены под углом к плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2.

В целях унификации и повышения технологичности изготовления балки стержневые элементы 3 могут быть выполнены одинаковой длины, а различие вариантов их взаимного пространственного расположения достигается следующим конструкторско-технологическим приемом. Все концы 8 единой группы стержневых элементов 3 (фиг.11, 12, 2, 4-7 и 13) разнесены на сжатом поясе 1 по условной окружности, центр которой совпадает с проекцией центра соответствующего узла 6 (5,7) на обращенную к нему плоскость сжатого пояса 1. Этот прием позволяет также с соблюдением унификации и, если необходимо, одинакового сечения сжатых и растянутых стержней выравнивать использование их несущей способности, противопоставляя в пространственной решетке меньшему числу растянутых стержней (фиг.11) большее число сжатых. Последние, кроме того, могут быть отклонены от плоскости 9 на угол, соответствующий характеру загружения. Возможности данного приема расширяются еще более при введении варьирования радиуса условных окружностей на сжатом поясе 1 при переходе от одного узла 6 к другому. При этом обеспечивается новое качество, а именно возможность выполнения растянутого 2 или сжатого 1 поясов криволинейными или ломаными (условно не показано) при неизменной длине стержневых элементов 3. Для этого последние располагают каждый под своим углом к плоскости 9 и сжатому поясу 1.

Для металлодеревянной балки, балки-фермы существенно важным является то, что стержневые элементы 3, каждый под своим углом соединяющие пояса 1 и 2, могут быть попарно объединены в узлы 5 на растянутом поясе 2 (фиг.6, 7) и попарно от смежных узлов растянутого пояса 2 объединены на сжатом поясе 1. Такие пары объединенных под углами стержневых элементов 3 образуют пространственную последовательность дисков, поочередно отклоненных вправо и влево от условной плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2. Существенно, что каждые два взаимно наклоненных навстречу друг другу стержневых элемента 3, выходящих из двух смежных узлов 5 растянутого пояса 2, образуют с последними диски, а каждые два стержневых элемента 3, выходящие из общего для них узла 5 и разведенные по разные стороны от условной плоскости 9, образуют со сжатым поясом 2 диск, плоскость которого пересекает условную плоскость 9. Такая последовательность характерна для осуществления устройства, показанного на фиг.6 и 2, и дважды воспроизведена в конструкции, показанной на фиг.4 и 8.

Для увеличения эффекта подкрепления сжатого деревянного пояса 1 концы 8 стержневых элементов 3 в уровне контакта со сжатым поясом могут быть на всей его длине или по крайней мере на наиболее нагруженной или напряженной его части соединены между узлами дополнительными стержнями 12, в том числе с образованием ломаной складки (фиг.7), или дисков (фиг.12), или дисков и комбинированных плоских замкнутых систем (фиг.13). Последние терминологически следует понимать - "плоских в сжатом поясе балки, балки-фермы". Стержни (стержневые элементы) 12 выполняют по всей длине контактирующими с деревянным телом сжатого пояса 1 либо осуществляют их врезку в брус с образованием в нем щелевых канавок 13 (фиг.17 и 18) с плотной посадкой на клею для обеспечения совместной работы с ним (фиг.14, 16-18) и более полного использования прочностных свойств и материалов и повышения устойчивости соединяемых элементов.

Сжатый пояс 1 может быть армирован силовыми элементами 14 в виде коробчатого погонажного элемента, открытого, по крайней мере, с одной стороны, для фиксированного подвижного закрепления в них опорных оголовков 15 стержневых элементов 3, либо стержневые элементы 3 крепятся к выступающей части 16 элемента 15 (фиг.21, 22, 24 и 25). Открытая часть 17 элемента 14 может иметь вид прорези с фигурными кромками 18, создающими переменную ширину прорези. Такое решение позволяет заводить, например, с поворотом и фиксацией опорную часть 15 стержневых элементов 3 практически в любом месте по длине элемента. В этом решении опорная часть 15 стержневых элементов 3 выполняется с возможностью ее поворотов либо снабжается соответствующей известной поворотно-фиксирующей деталью (условно не показано). Конструктивно это может быть выполнено аналогично такому креплению самолетных кресел в современных пассажирских самолетах.

Аналогично может быть выполнен растянутый пояс 2 балки (фиг.24). Если элемент 14 развернут относительно стержневых элементов 3 и их узла 6, как показано на фиг.23, то его можно использовать для фиксированно-подвижного закрепления монтажного или технологического оборудования либо для крепления подвесных и других строительных конструкций (условно не показано).

Изобретением предусмотрена возможность расположения узлов 5, 6 и 7 стержневых элементов 3 с постоянным и переменным шагом на растянутом поясе 2, а на сжатом поясе 1 допустимы переменный шаг узлов 8 и амплитуда их отклонения от условной плоскости 9, проходящей через линии центров 10 и 11 поясов 1 и 2.

Кроме того, изобретением предусмотрена при достаточно широком поясе 1, фактически превращающем балку, балку-ферму в ферму-плиту, выполнение двух или более растянутых поясов 2, приданных единому для них сжатому поясу 1. При наличии нескольких поясов 2 в конструкции расположение стержневых элементов 3 и узлов 5, 6, 7, 8 может быть как строго повторяющимся, так и автономным для каждого пояса 2.

Деревянный пояс 1, в расширенной трактовке совпадающий по функции со всеми рассмотренными выше вариантами сжатого пояса 1 балки, балки-фермы или фермы-плиты, конструктивно может быть комбинированным, в том числе армированным. Арматура 19 может быть выполнена в виде системы стержней из металлов или сплавов, или высокопрочных пластмасс, или композитов. Стержни арматуры закреплены по длине в объеме деревянного пояса 1, который в свою очередь может быть и составным и/или комбинированным, например, частично или полностью цементно-стружечным. Внутренние узлы 20 и/или 21 арматуры 19 или, по крайней мере, часть узлов может быть объединена со стержневыми элементами 3, а через них - с растянутым поясом 2. При отсутствии и у деревянного пояса 1 усиления в виде стержней 3 и поясов 2 последний через узлы 20 и/или 21 может быть прикреплен к другим конструкциям или захватам монтажных механизмов.

Арматура 19 может быть выполнена в виде трехпоясных ферм V-образных 22, Λ -образных 23 или в виде аналогичных либо складчатых каркасов с числом поясов не менее, так и более трех. При развитой толщине деревянного пояса 1 арматура может быть выполнена в виде трех- или четырехгранных пространственных ферм или армокаркасов. Для получения пространственных ферм или каркасов 19 достаточно, например, V-образные фермы 22 и Λ -образные фермы 23 пространственно замкнуть стержнями 24.

Более полно конструктивные и технологические возможности балки могут быть реализованы, если ее изготовление осуществляют с соблюдением операций, предусмотренных в разработанном в предлагаемом изобретении способе.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р 1. Изготавливают и частично собирают с соблюдением проектных размеров, технологических допусков и пространственной взаимосвязи металлические элементы металлодеревянной балки-фермы. Подготавливают форму для изготовления сжатого пояса балки сечением 200 х 700 мм. Укладывают в нее арматуру в виде Λ -образной трехпоясной 23 или трехгранной пространственной фермы (каркаса) с продольными стержнями 20 и 21 из стали диаметром 16 и диаметром соединяющих их вспомогательных стержней диаметром 10 мм, образующих внутреннюю решетку. На стержнях 20 с шагом, кратным проектному расположению узлов 8, для последующего соединения со стержневыми элементами 3 выполняют выпуски в виде арматурных концевиков или устанавливают закладные детали. Заполняют форму с арматурой цементно-стружечной смесью марки "300", уплотняют и заравнивают уложенную цементодеревянную смесь и выдерживают с термостатированием или подогревом до набора 75%-ной проектной прочности. Производят окончательную сборку конструкции, присоединяя свободные концы стержневых элементов внешнего каркаса к арматурным выпускам или закладным арматурного каркаса цементно-деревянного погонажного элемента. Кантуют конструкцию в положение, соответствующее проектному взаимному расположению поясов, складируют и распалубливают.

П р и м е р 2. Изготавливают послойные секции щита для клеенодеревянного погонажного элемента суммарным сечением 100 х 1200 мм. Одновременно с этим или предварительно на другой технологической линии изготавливают раздельно металлические конструкции внутреннего армирования 19 и внешнего каркаса. Укладывают в шаблон или кондуктор для укрупнительной сборки деревянного погонажного элемента его деревянные детали или секции и между ними размещают каркас или элементы армирования в виде соединенных между собой полос, L, - и I - профилей. Собирают деревянный пояс, соединяя его секции и отдельные деревянные элементы с каркасом и вводя в соединения клей. Подпрессовывают и термостатируют или подогревают щиты деревянного пояса для набора необходимой и достаточной прочности. Соединяют щит по узлам или выпускам внутренней арматуры с внешним каркасом, распалубливают и отправляют на склад или на строительный объект.

Такой способ изготовления металлодеревянных конструкций обеспечивает наиболее полное соединение по длине и объему разнопрочных материалов, дерева и высокопрочного армирования, а следовательно, наиболее оптимальное включение их в совместную работу, конструктивную простоту соединения дерева с каркасом и дает выигрыш в виде снижения трудоемкости и материалоемкости изготовления.

Применение данной балки, балки-фермы, фермы-плиты или отдельно деревянных поясов с арматурой в строительных объектах обеспечивает их рациональную работу на общие и местные нагрузки при экономии материалов в ответственных конструктивных элементах зданий, повышает надежность их работы, а в ряде случаев чрезвычайно важным становится такое преимущество данной конструкции, как снижение веса, что облегчает ее применение в сельском строительстве или на вновь осваиваемых строительных площадках.

Формула изобретения

БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н П .

1. Балка, включающая сжатый и растянутый пояса, соединенные своими концами с поясами, пролетные и опорные стержневые элементы, отличающаяся тем, что пролетные стержневые элементы закреплены к растянутому поясу не менее чем по два в узле по крайней мере, начиная с второго узла от конца балки, а соединенные со сжатым поясом противоположные концы стержневых элементов или по крайней мере часть из них отклонены вправо и влево от плоскости, проходящей через линии центров сжатого и растянутого поясов, при этом каждая пара стержневых элементов, исходящих из узла растянутого пояса, и каждый элемент, входящий в сжатый пояс под своим углом, размещены с образованием совместно с последним жесткого диска, плоскость которого расположена под углом к плоскости, проходящей через линии центров поясов.

2. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что стержневые элементы, расположенные под одинаковыми или разными углами к плоскости, проходящей через линии центров поясов, выполнены равной длины.

3. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что пролетные стержневые элементы попарно объединены в узлы на растянутом и сжатом поясах, при этом пары закреплены с образованием дисков, отклоненных от плоскости, проходящей через линии центров поясов, под разными или повторяющимися углами наклона к ней, причем каждая пара стержневых элементов, выходящих из двух смежных узлов растянутого пояса, установлены с образованием с последним диска, односторонне отклоненного от плоскости, соединяющей линии центров поясов, а каждая пара стержневых элементов, выходящих из одного узла растянутого пояса, установлена с образованием со сжатым поясом диска, пересекающего или имеющего общую линию пересечения с плоскостью, соединяющей линии центров поясов.

4. Балка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что пролетные стержневые элементы объединены по крайней мере на части последовательно расположенных узлов растянутого пояса по четыре в узле с образованием двух расположенных зеркально пространственных систем, отклоненных вправо и влево от плоскости, соединяющей линии центров поясов.

5. Балка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными стержневыми элементами, совмещенными со сжатым поясом или примыкающими к нему и объединяющими последовательно узлы стержней, размещенные на сжатом поясе.

6. Балка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стержневые элементы закреплены к узлам растянутого пояса по три и/или по четыре, разведены в три и/или четыре узла на сжатом поясе и объединены дополнительными стержневыми элементами, образующими диск, совмещенный со сжатым поясом или примыкающий к нему.

7. Балка по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что ответные узлы смежных стержневых элементов, выходящих из одного узла растянутого пояса, размещены на сжатом поясе на условной окружности, центр которой совмещен с проекцией центра соответствующего узла растянутого пояса на обращенную к нему плоскость сжатого пояса.

8. Балка по пп.5 и 7, отличающаяся тем, что в сжатом поясе выполнены щелевидные канавки, в которых зафиксированы дополнительные стержневые элементы, соединяющие вершины или узлы стержневых элементов, соединяющих растянутый и сжатый пояса.

9. Балка по пп.1 - 8, отличающаяся тем, что по крайней мере растянутый и/или сжатый пояса снабжены коробчатыми погонажными элементами, а стержневые элементы - опорными деталями, закрепленными с возможностью перемещения и фиксации в коробчатых погонажных элементах, при этом растянутый пояс снабжен не менее чем одним, а сжатый - не менее чем двумя коробчатыми погонажными элементами.

10. Балка по пп.1 - 9, отличающаяся тем, что узлы стержневых элементов размещены на растянутом поясе с переменным шагом, а на сжатом - с переменным шагом и/или амплитудой отклонения от плоскости, соединяющей линии центров поясов.

11. Балка пп. 1 - 10, отличающаяся тем, что она снабжена не менее чем одним дополнительным растянутым поясом со стержневыми элементами, автономно или совместно соединяющими его с сжатым поясом, при этом растянутые пояса выполнены параллельными или спарены, а соединительные стрежни, соединенные концами в узлах каждого растянутого пояса, размещены пространственно симметрично относительно соответствующих стержней другого растянутого пояса или с шахматным чередованием узлов и стержней в них.

12. Балка по пп.1 - 11, отличающаяся тем, что сжатый пояс снабжен арматурой, выполненной в виде стержней из металлов, или сплавов, или высокопрочных пластмасс, или композитов, при этом стержни соединены между собой с образованием не менее чем одной плоской или пространственной фермы или структуры.

13. Балка по пп.1 - 12, отличающаяся тем, что арматура соединена с пролетными и опорными стержневыми элементами и растянутым поясом в узлах.

14. Балка по пп.1 - 13, отличающаяся тем, что пролетные и опорные стержневые элементы соединены в узел за пределами коробчатого погонажного элемента не менее чем на двух параллельных поясах.

15. Балка по п. 12, отличающаяся тем, что пространственная ферма или структура выполнена V- или -образной, соединенной с узлами симметрично удаленных от него поясов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25