Балка селиванова н.п.

 

Область исползования: в комбинированных балках из деревянных и металлических или других конструкционных материаллов. Сущность изобретения: балка включает сжатый и растянутый пояса, скрепленные на относе один от другого соединительными элементами. Соединительные элементы выполнены из дискретных или объединенныхпо длине балки оболочек и/или складок, ориентированных под углом к продольной оси балки и прикрепленных по крайней мере к сжатому поясу по контактному контуру оболочек или складок, причем расстояние между крайними их точками в уровне контакта со сжатым поясом в проекции на поперечную плоскость выполнено по крайней мере не меньшим, чем между соответствующими точками в уровне контакта оболочек или складок с растянутым поясом в проекции на ту же плоскость. Предусмотрены варианты выполнения балки. 19 з.п. ф-лы, 37 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к комбинированным балкам из деревянных и металлических или других конструкционных материалов.

Известна металлодеревянная балка, содержащая сжатый деревянный пояс и элементы усиления в виде металлического растянутого пояса и стержней-распорок, обеспечивающих взаимное расположение сжатого и растянутого поясов на расстоянии один от другого [1].

Недостаток известной балки заключается в нерациональном конструктивном сопряжении материалов с резко отличающимися прочностными характеристиками, что ограничивает развитие сжатого пояса в ширину по соображениям работы на местный изгиб или приводит к перерасходу материалов.

Наиболее близкой к изобретению являетcя металлодеревянная балка, включающая деревянный сжатый и растянутый пояса и соединительные элементы [2].

Недостатком такой балки является повышенная материалоемкость всех основных ее частей при недостаточно высоких эксплуатационных качествах, в частности невозможность или повышенные конструктивные трудности и экономические издержки, связанные с развитием ширины сжатого пояса, до превращения конструкции в балку-плиту. Это обусловлено значительной разницей в удельной прочности дерева и металла, не нашедшей адекватного и рационального отображения в форме соединительных и перераспределяющих нагрузки и усилия элементах.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств при снижении материалоемкости поясов и веса балки.

На фиг. 1 изображена балка, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вариант балки с неполностью замкнутыми складчатыми соединительными элементами, вид сбоку; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 4; на фиг. 7 - вариант балки с соединительными элементами в виде спаренных веерообразных складок, вид сбоку; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез Е-Е на фиг. 7; на фиг. 10 - вариант балки с соединительным элементом между сжатым и растянутым поясами в виде моно- или секционированной складчатыми и плоскими или квазиплоскими вставками примыкания к сжатому и растянутому поясам; на фиг. 11 - разрез Ж-Ж на фиг. 1; на фиг. 12 - разрез З-З на фиг. 10; на фиг. 13-15 - варианты поперечных сечений балки; на фиг. 16 - вариант выполнения балки, вид сбоку; на фиг. 17 - разрез И-И на фиг. 16; на фиг. 18 - разрез К-К на фиг. 16; на фиг. 19 - вариант выполнения балки; на фиг. 20 - разрез Л-Л на фиг. 19; на фиг. 21 - вариант выполнения балки, поперечное сечение; на фиг. 22 - сечение М-М на фиг. 21; на фиг. 23 - фрагмент варианта балки, вид сбоку; на фиг. 24 - сечение Н-Н на фиг. 23; на фиг. 25-27 - в аксонометрии фрагменты вариантов балки с соединительными элементами в виде складок; на фиг. 28-37 - в аксонометрии фрагменты вариантов балки с соединительными элементами в виде оболочек.

Балка включает сжатый пояс 1 и растянутый пояс 2, скрепленные на относе один от другого соединительными элементами 3. Сжатый пояс 1 выполнен деревянным, в том числе цельным или клеенодеревянным, или композиционным с включением деревянных или деревосодержащих элементов. В различных конструктивных решениях балка может быть снабжена дополнительными опорными элементами 4, если опирание балки предусмотрено исключительно или преимущественно на нижний растянутый пояс 2. Однако наличие или отсутствие опорный элементов 4 определяется конкретной частной схемой опирания балки.

Сжатый пояс 1 выполнен более развитым из менее прочного или по крайней мере с менее развитым по площади поперечным сечением, чем растянутый пояс 2, и из менее прочного материала, чем соединительные элементы.

Соединительные элементы 3 выполнены из пространственно развитых дискретных оболочек 5, преимущественно сужающихся к растянутому поясу 2, по крайней мере в проекции на плоскость поперечного сечения балки. Оболочки выполнены различной конфигурации, но общим для них является их замкнутость в пределах высоты соединительного элемента. Однако изобретением предусмотрено выполнение соединительных элементов 3, частично замкнутых по высоте, например, в виде спаренных оболочек 5, объединенных в пределах всего контура опирания на сжатый пояс 1 и в приопорной зоне у сжатого пояса. В остальном высотном интервале между поясами 1 и 2 оболочки 5 разомкнуты и состоят из двух раскосных частей, наклоненных под углом друг к другу. На растянутом поясе 2 каждая двухраскосная оболочка может быть прикреплена автономно или соединена опорной частью 6 со смежной опорной частью с опорной частью следующей за ней оболочки 5 соединительного элемента 3 (фиг. 4).

Изобретением предусмотрено вариантное выполнение всей системы соединительных элементов 3 по типу оболочек 5 в виде единого конструктива, например выштампованными из единого исходного листа.

Соединительные элементы 3 в соответствии с изобретением могут быть выполнены в виде веерообразных складок 7, ориентированных поперек пролета балки или расположенных под углами к условной продольной плоскости, проходящей через линии центров ее поясов 1 и 2, например, под встречно направленными углами. Конструктивно соединительные элементы 3 в виде складок 7 могут быть одинарными или попарно объединены в уровне растянутого пояса 2 посредством переходной опорной площадки 8 (фиг. 7, 8), или в уровне опорной площадки 9 у сжатого пояса 1.

Логическим развитием последнего является разработанное в изобретении конструктивное исполнение всей системы соединительных элементов 3 по длине балки или ее секций в виде единого конструктива 7, как показано на фиг. 11.

Общим для всех перечисленных конструктивных разновидностей соединительных элементов 3 в виде оболочек и складок является то, что расстояние между крайними точками каждого из них в уровне контакта со сжатым поясом 1, измеренное в проекции на плоскость, поперечную продольной оси балки, имеет величину, большую, чем между аналогичными крайними точками в уровне контакта этих оболочек или складок с растянутым поясом 2 в проекции на ту же плоскость. И лишь в частных случаях, возможных наряду с сужением к поясу 2 оболочек тонкостенные, имеющие в сечении ширину, как правило, не менее половины ширины сжатого пояса или превышающее ее, могут быть выполнены с нулевым схождением ширины к растянутому поясу 2.

В другом направлении, т.е. вдоль растянутого пояса в приопорной с ним зоне и в уровне контакта с ним, соединительные элементы 3 могут быть в любом соотношении с длиной контакта со сжатым поясом в направлении пролета балки. Так, в некоторых вариантах продольный размер контактного контура соединительных элементов у сжатого пояса 1 больше, чем у растянутого 2. В других вариантах, а точнее, в частных случаях этих вариантов, продольные размеры контактных контуров у обоих поясов 1 и 2 могут быть равны. Предусмотрены варианты конструктивного исполнения соединительных элементов 3, продольные размеры контактного контура с растянутым поясом 2 могут быть большими или, в том числе, большими, чем у сжатого пояса 1.

По форме соединительные элементы из тонкостенных развитых оболочек и/или складок могут быть, кроме перечисленных, выполненными в виде одного элемента с оболочкой и в этом частном случае, например, складки соединительных элементов могут быть ориентированы вершинами и вдоль пролета балки, будучи конструктивно решенными веерообразно сужающимися к растянутому поясу 2.

Для более полного и рационального использования конструкционных и прочностных свойств материала соединительных элементов последние в любом вариантном исполнении могут быть, например, усиленными в сужающейся к растянутому поясу 2 части их высоты. Это обеспечивается либо ступенчатым наращиванием толщины материала соединительных элементов 3 в указанном направлении, например дублированием, и/или кратным наращиванием числа слоев материала, либо применением для соединительных элементов исходных листов переменной толщины.

Изобретением предусмотрены модификации конструктивного использования сжатого пояса 1 от сплошного деревянного в виде развитого в ширину бруса или толстой доски положенной плашмя, до комбинированных, включающих сочетание деревянного сердечника 10 с охватывающей его и плотно соединенной с ним оболочкой 11. Либо сжатый пояс может содержать деревянную или композиционную с деревянным наполнением плиту 12, одну или более усиленную плоским или ступенчатым высокопрочным листовым элементом 13, одним или более одного.

Взаимное расположение элементов 12 и 13 может быть также различным в соотношении с решаемой задачей. Так, расположение плиты над элементом усиления 13 целесообразнее в междуэтажных перекрытиях или, когда конструктивно необходимо соединение, например, включающее приклеивание деревянных или пластмассовых элементов ограждения. А расположение элементов усиления 13 над деревянными или деревосодержащими плитами 12 представляет готовое решение участка покрытия с кровлей, не требующих дополнительной защиты от внешних воздействий (влаги, солнечной радиации и т.п.).

В объеме изобретения разработана модификация пролетной конструкции, включающая развитый до размеров плиты 14 сжатый пояс 1, подкрепленный и связанный через многорядную систему соединительных элементов 3 с системой 15 растянутых поясов 2, которая при необходимости может быть дополнительно раскреплена поперечными поясными элементами 16 с образованием решетчато-перекрестного нижнего пояса конструкции, которую в этой модификации можно трактовать как балку-плиту. Опирание такой балки-плиты может быть как на две, так и на большее число сторон.

Конструкция работает следующим образом.

Распределенная нагрузка от опертых на сжатый пояс 1 балки ограждающих элементов и эксплуатационных воздействий рассредоточено, благодаря развитому контуру опирания передается на соединительные элементы 3 и через них - на растянутый пояс 2. Вследствие предложенного решения соединительных элементов и их сочетания с поясами балки все ее элементы вовлечены в работу по наиболее рациональной схеме, чем достигается экономия материалов и веса балки. Технологическая возможность получения ее элементов и частей штамповкой из листовых элементов и эффективного обеспечения совместной работы с деревянными элементами обеспечивает в совокупности достижение положительного эффекта, соответствующего цели изобретения.

Формула изобретения

БАЛКА СЕЛИВАНОВА Н П .

1. Балка, включающая сжатый и растянутый пояса, скрепленные на относе один от другого соединительными элементами, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены из дискретных или объединенных по длине балки оболочек и/или складок, ориентированных под углом к продольной оси балки и прикрепленных по крайней мере к сжатому поясу по контактному контуру оболочек или складок, причем расстояние между крайними их точками в уровне контакта со сжатым поясом в проекции на поперечную плоскость выполнено по крайней мере не меньшим, чем между соответствующими точками в уровне контакта оболочек или складок с растянутым поясом в проекции на ту же плоскость.

2. Балка по п.1, отличающаяся тем, что оболочки выполнены замкнутыми .

3. Балка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что оболочки выполнены в виде раструбов с криволинейной образующей или составными из секций, имеющих различные углы наклона образующих, последовательно изменяющиеся к сжатому и растянутому поясам, причем контур большего основания каждой из двух смежных по высоте секций оболочки соединительного элемента равен и совмещен с контуром основания примыкающей к нему более широкой секции.

4. Балка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что по крайней мере замкнутая оболочка секции по крайней мере примыкающей к сжатому поясу, выполнена с эллиптическим, овальным или комбинированным контактным контуром переменной кривизны с большей осью, ориентированной под углом к продольной плоскости, соединяющей линии центров поясов балки.

5. Балка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены в виде пар сужающихся к растянутому поясу замкнутых оболочек, объединенных вершинами или меньшими основаниями на растянутом поясе, попарно разнесенных под встречными углами по высоте балки и обращенных большими основаниями к сжатому поясу.

6. Балка по п.1, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены в виде призм или пирамид-многогранников, цельных или составных по высоте, обращенных большим основанием к сжатому поясу.

7. Балка по п.1, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены в виде полых, ортогональных или косых тетраэдров с плоскими и/или криволинейными гранями, например, усеченных с образованием не менее чем одного замкнутого контактного контура соединения с поясом балки, причем большая ось контактного контура тетраэдра у сжатого пояса ориентирована под углом к плоскости, соединяющей линии центров поясов, а большая ось контактного контура тетраэдра у растянутого пояса ориентирована вдоль продольной оси пояса.

8. Балка по п.1, отличающаяся тем, что оболочки выполнены замкнутыми по высоте или по крайней мере в зоне примыкания к одному из поясов цилиндрическими, или цилиндроконическими, или складчатыми, расположенными образующими перпендикулярно или под углами к одному из поясов, спаренными или встречно направленными.

9. Балка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что замкнутые оболочки выполнены переменной кривизны, большая ось контактного контура соединения с растянутым поясом ориентирована вдоль или совпадает с его продольной осью, а соответствующая ось контактного контура соединения со сжатым поясом перпендикулярна или расположена под углом к плоскости, соединяющей линии центров поясов.

10. Балка по п.1, отличающаяся тем, что оболочки выполнены деформированными, каждая из которых выполнена цилиндрической или усеченно-конической, имеет эллиптические, или овальные, или криволинейные плоскопараллельные участки, контактные с поясами или примыкающие к ним, причем большая ось контактного контура у растянутого пояса ориентирована вдоль линии его центров, а у сжатого пояса - под углом к его линии центров, образуя с ней перекрещивающуюся пару.

11. Балка по п.1, отличающаяся тем, что оболочка выполнена из элементов в виде перекрестных, встречно направленных, врезанных один в другой усеченных равно- или неравноосных элементов, например, конусных, один торец одного из которых размещен с образованием контактного контура соединения со сжатым поясом, большая ось которого направлена под углом к линии, соединяющей его центры, или к ее проекции на контактную поверхность пояса, а большая ось контактного контура соединения с растянутым поясом параллельна ему или совпадает с линией его центров.

12. Балка по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере часть складок выполнена в виде перпендикулярных или наклонных к поясам одинарных или спаренных поперечных и/или расположенных под встречными углами к плоскости, проходящей через линии центров поясов, веерообразных элементов.

13. Балка по пп. 1 и 12, отличающаяся тем, что проекции линии центров контуров складок на контактную плоскость сжатого пояса или по крайней мере части складок имеют криволинейную форму, а складки выполнены криволинейными.

14. Балка по п.1, отличающаяся тем, что сжатый и растянутый пояса выполнены составными в виде сердечника и оболочки.

15. Балка по пп.1 и 14, отличающаяся тем, что оболочка пояса или поясов выполнена составной, из соединенных между собой по длине разрезных частей и/или из соединенных между собой секций.

16. Балка по пп. 1 и 15, отличающаяся тем, что сжатый пояс выполнен в виде гофрированного листа, а сердечник - в виде плиты.

17. Балка по п.1, отличающаяся тем, что соединительные элементы расположены по крайней мере в два ряда вразбежку с отклонением поочередно в каждом ряду вправо и влево.

18. Балка по пп.1, 6, 8, 11 - 15 и 17, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены переменной толщины, увеличивающейся в направлении сужения по высоте.

19. Балка по пп.1 - 18, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены равнопрочными по их высоте.

20. Балка по пп.1 - 12, 15, 16, 18 и 19, отличающаяся тем, что соединительные элементы выполнены по крайней мере в уровне контакта со сжатым поясом, шириной не менее половины его ширины.

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, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37