Слоистый строительный элемент из усиленной древесины и способ его изготовления
Изобретение относится к строительству, в частности к технологии изготовления слоистых элементов из усиленной древесины для каркасных зданий и сооружений промышленности, транспорта и сельского хозяйства. Достигаемый технический результат заключается в повышении жесткости, несущей способности и надежности длительной совместной работы всех слоев, снижении металлоемкости элементов. Слоистый элемент включает брусковый деревянный каркас, который жестко объединен с арматурой сварных каркасов с использованием дополнительных растянутых связей из полосовой стали и опорно-фиксирующих дощатых накладок, а приопорные зоны объединенных каркасов дополнительно усилены дисперсно-армированной прослойкой из полимерной мастики. Способ изготовления слоистых элементов включает послойное замоноличивание внутренних пустот и полостей объединенных каркасов после их фиксации на фанерно-дощатом щите и дисперсно-армированной прослойке из полимерной мастики в положении “на пласть”, а запрессовку всех слоев осуществляют одновременно по верхней дисперсно-армированной мастичной прослойке путем присоединения к жесткому армосердечнику второго фанерно-дощатого слоя и листовой наружной облицовки с помощью клеевинтовых связей и выравнивающих пригрузов. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.
Изобретение относится к строительству, в частности к технологии изготовления конструктивно более надежных и долговечных строительных конструкций из усиленной древесины, предназначенных для применения в каркасных зданиях и сооружениях с химически агрессивными средами в промышленности, на транспорте, а также в сельскохозяйственных производственных зданиях.
Известны строительные элементы из усиленной древесины, включающие вертикально чередующиеся деревянные и усиливающие слои, причем усиливающие слои выполнены в виде плоского сварного каркаса с раздельно-врезными дощатыми вкладышами, промежутки между которыми замоноличены фиброполимерной мастикой, деревянные слои выполнены из составных дощатых щитов, объединенных с наружной облицовкой нагелями и поперечными трубчатыми связями (см., например, авт. свид. СССР № 622951, кл. Е 04 С 3/29, 1978).
Недостатком этих элементов является нарушение совместной работы всех слоев по сжатой и растянутой зонам, что приводит к повышению их металлоемкости.
Известны также строительные элементы из усиленной древесины, по устройству аналогичные вышеописанным, но в отличие от последних снабженные дополнительно облегченным средним слоем, который размещают между усиливающими слоями, причем средний слой выполнен в виде брусчатого деревянного каркаса, внутреннее пространство которого заполнено полимербетоном (см., например, авт. св. SU № 1033671 А, по кл. Е 04 С 3/29, 1983 /прототип/).
Основным недостатком этих облегченных слоистых элементов является также сравнительно невысокая надежность длительной совместной работы всех слоев под нагрузкой в агрессивных средах.
Известны способы изготовления слоистых строительных изделий на основе клееной и армированной древесины с использованием полимерных материалов (см., например, кн. “Разработка и исследование клееных деревянных и фанерных армированных конструкций. Под. ред. Ю.М. Иванова. - Труды ЦНИИСК, вып.24, М., 1972, с.46-65).
Недостатками известных способов являются повышенная трудоемкость и большая энергоемкость всего технологического процесса.
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления слоистых строительных изделий, включающий создание армосердечника путем бетонирования арматурного каркаса с использованием гибкой оболочки, пористого заполнителя, древесной крошки и полимерной мастики с последующей опрессовкой сердечника путем закрепления облицовочных элементов на гибкой оболочке и каркасе (см., например, авт. св. SU № 1060599 А, кл. С 04 В 39/04; В 28 В 11/00 /прототип/).
Основными недостатками известного способа являются повышенная трудо- и энергоемкость всего технологического процесса и сравнительно большое время цикла изготовления за счет необходимости тепловой обработки отформованного армосердечника.
Технический результат при реализации настоящего изобретения заключается в существенном повышении надежности длительной совместной работы всех слоев под нагрузкой, повышении жесткости и несущей способности при одновременном снижении металлоемкости элементов, уменьшении трудо- и энергозатрат на весь технологический процесс и сокращении времени цикла изготовления.
Технический результат достигается тем, что в слоистом строительном элементе из усиленной древесины, включающем средний слой в виде брускового деревянного каркаса, внутреннее пространство которого замоноличено легким полимербетоном, боковые усиливающие и деревянные слои, объединенные полимерной мастикой, нагельными и поперечными трубчатыми связями, и листовую наружную облицовку по всему контуру, брусковый деревянный каркас среднего слоя жестко объединен с продольной и поперечной арматурой сварного каркаса боковых усиливающих слоев на клеегвоздевых и дополнительных растянутых связях из полосовой стали, а также на опорно-фиксирующих дощатых накладках, поставленных равномерно по всей длине боковых граней среднего слоя, причем приопорные зоны объединенных каркасов по всему контуру поперечного сечения дополнительно усилены дисперсно-армированной прослойкой из высокопрочной полимерной мастики, а боковые деревянные слои выполнены в виде сплошных фанерно-дощатых щитов на дискретных клеегвоздевых связях. При этом сварные арматурные каркасы выполнены с равномерно распределенными по всему пролету хомутами так, что растянутые связи, поставленные в каждой ячейке брускового каркаса, охватывают не менее двух хомутов, причем в местах пересечения хомуты и связи соединены сваркой; толщина опорно-фиксирующих накладок и на поясах и на стойках брускового каркаса принята равной сумме диаметров продольного стержня и хомута присоединенного сварного каркаса. В качестве дисперсной арматуры усиливающей прослойки принята тканая сетка из стальной проволоки 0,7-1,2 мм с ячейкой 10-15 мм. А в способе изготовления слоистого строительного элемента из усиленной древесины, включающем изготовление армосердечника путем замоноличивания внутренних полостей и пустот объединенных каркасов легким полимербетоном и его опрессовку при последующем присоединении наружных фанерно-дощатых и облицовочных слоев, перед замоноличиванием объединенные каркасы фиксируют в положении “на пласть” с помощью монтажных стоек стенда, трубчатых поперечных связей и опорно-фиксирующих накладок на боковом фанерно-дощатом щите с предварительно уложенной дисперсно-армированной прослойкой из высокопрочной полимерной мастики, а при замоноличивании внутренних пустот и полостей каркасов вначале укладывают нижний слой по толщине дощатых накладок из пластифицированного мелкозернистого полимербетона, затем формуют средний слой по толщине брускового каркаса из особо легкого полимербетона и верхний слой толщиной, на 5-10 мм превышающий толщину накладок, из мелкозернистого легкого полимербетона, после уплотнения которого на приопорных зонах укладывают тканые сетки и прослойку из высокопрочной полимерной мастики, а затем сразу же осуществляют опрессовку всех слоев путем присоединения к жесткому армосердечнику второго фанерно-дощатого слоя и листовой наружной облицовки по всему периметру элемента с помощью клеевинтовых связей и выравнивающих пригрузов. При этом в мелкозернистый пластифицированный полимербетон добавляют мелкие сухие опилки в объеме, необходимом для получения смеси требуемой удобоукладываемости, а в состав особо легкого полимербетона вводят отходы деревообработки при следующем соотношении компонентов, вес.ч. по массе:
Полимерное связующее
с отвердителем и
пластификатором 100
Сухие опилки и мелкая стружка25-50
Сухая древесная крошка 50-100
Опилки и другие отходы деревообработки вводят в смесь полимербетона в сухом нагретом состоянии при температуре не выше 40-50°С. Перед опрессовкой всех слоев элемента внутреннюю поверхность листовой облицовки дополнительно обрабатывают абразивным материалом и режущим инструментом с созданием системы зацепляющих выступов и потайных выемок шпонного типа.
На фиг.1 изображен общий вид сбоку слоистого строительного элемента; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 – общий вид сбоку (до оси симметрии) объединенных каркасов; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4; на фиг.6 - брусковый каркас, вид сверху, и присоединяемые к нему с двух сторон сварные каркасы и другие конструктивные части армосердечника; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - объединенные каркасы, поперечное сечение, перед фиксацией их и бокового щита на стенде в положение "на пласть"; на фиг.9 - сечение Д-Д на фиг.8; на фиг.10 - послойное замоноличивание бетоном боковых прослоек, пустот и полостей брускового каркаса; на фиг.11 - опрессовка с выравнивающим пригрузом всех слоев при присоединении второго фанерно-дощатого щита и листовой облицовки к объединенным каркасам; на фиг.12 - опрессовка мастики при присоединении листовой облицовки по верхней грани элемента.
Слоистый строительный элемент из усиленной древесины включает деревянный каркас с поясными брусками 1, стойками 2 и жестко объединенные с ним сварные каркасы с продольной арматурой 3 и хомутами 4 с помощью крестовых связей 5, поставленных равномерно по всему пролету так, что в каждой ячейке брускового каркаса они охватывают не менее двух хомутов 4, а также с помощью опорно-фиксирующих поясных 6 и вертикальных 7 дощатых накладок. Приопорные зоны объединенных каркасов дополнительно усилены прослойкой из высокопрочной мастики 8 с дисперсной арматурой из тканой сетки 9. Боковые деревянные слои выполнены в виде сплошных щитов из обычной строительной фанеры 10 и продольных досок 11. Все пустоты и внутренние полости объдиненных каркасов замоноличены двумя слоями мелкозернистого 13 и одни слоем особо легкого 14 полимербетона.
Все слои и наружная облицовка 15, 16 объединены с жестким армосердечником с помощью дискретных клеегвоздевых связей, полимерной мастики, потайных нагелей и поперечных трубчатых связей 12, причем последние три вида связей предназначены для восприятия касательных напряжений и усилий сдвига между слоями на приопорных зонах элемента.
Способ изготовления слоистых строительных элементов из усиленной древесины осуществляется следующим образом.
На жестком строго горизонтальном стенде с помощью опорных стоек для трубчатых связей фиксируют предварительно изготовленный фанерно-дощатый щит 10,11, на приопорные зоны которого укладывают тканую проволочную сетку 9 и тонкий слой полимерной мастики 8, после чего фиксируют объединенные каркасы 1-7 в положении “на пласть” с помощью опорно-фиксирующих дощатых накладок 6, 7 и трубчатых поперечных связей 12, которые дополнительно соединяют с хомутами верхнего арматурного каркаса, например, проволочными скрутками. При последующем замоноличивании внутренных пустот и полостей каркасов вначале укладывают нижний слой из пластифицированного мелкозернистого полимербетона 13, в который предварительно добавляют мелкие сухие опилки в объеме, необходимом для получения смеси требуемой удобоукладываемости, затем формируют средний слой по толщине брускового каркаса из особо легкого полимербетона 14 и верхний слой толщиной, на 5-10 мм превышающий толщину накладок из мелкозернистого легкого полимербетона 13, после выравнивания и уплотнения которого на приопорных зонах армосердечника укладывают тканые сетки 9 и прослойку из высокопрочной полимерной мастики 8. Затем сразу же осуществляют опрессовку всех слоев путем присоединения к жесткому армосердечнику второго фанерно-дощатого слоя 10, 11 и листовой боковой, нижней и верхней облицовки 15, 16 по всему периметру элемента с помощью полимерной мастики, клеевинтовых связей и выравнивающих пригрузов 17. Непосредственно перед формованием среднего слоя в состав особо легкого полимербетона вводят отходы деревообработки при следующем соотношении компонентов, вес.ч. по массе:
Полимерное связующее с отвердителем и пластификатором 100
Сухие опилки и мелкая стружка 25-50
Сухая древесная крошка 50-100
Сухие отходы деревообработки вводят в смесь неостывшими с температурой 40-50°С.
Перед опрессовкой всех слоев элемента внутреннюю поверхность листовой облицовки дополнительно обрабатывают абразивными материалами и режущим инструментом с созданием системы зацепляющих выступов и потайных выемок шпонного типа.
По предложенному способу были изготовлены две серии опытных образцов слоистых балок с использованием для первой серии легкого конструкционного полимербетона ФАМ на аглопорите, а для второй серии балок особо легкого полимербетона и высокопрочной полимерной мастики на основе эпоксидной смолы.
При изготовлении второй серии балок по предлагаемому способу были выявлены количественные показатели снижения трудоемкости всего процесса на 20-25% и энергоемкости на 15-20% по сравнению с известным способом изготовления слоистых изделий.
Время цикла изготовления слоистых строительных элементов из усиленной древесины сократилось на 25-30%. При этом существенно снижен общий расход стали и объемная плотность готовых строительных элементов из усиленной древесины, что отражено в приведенной таблице результатов испытаний опытных образцов. Из данных этой таблицы видно также и то, что слоистые балки, изготовленные по предлагаемому способу, отличаются более высокой и стабильной жесткостью, а отсутствие остаточных деформаций после разгрузки с уровня загружения до Mmax=MH свидетельствует о более надежной совместной работе всех конструктивных и облицовочных слоев. Все это обеспечивает возможность более широкого применения слоистых строительных элементов из усиленной древесины в различных зданиях и сооружениях промышленности, на транспорте и в сельскохозяйственном производственном комплексе, включая и производства с агрессивными эксплуатационными средами.
Формула изобретения
1. Слоистый строительный элемент из усиленной древесины, включающий средний слой в виде брускового деревянного каркаса, внутреннее пространство которого замоноличено легким полимербетоном, боковые каркасы с хомутами, присоединенными сваркой к продольной арматуре, плоские деревянные слои, объединенные со среднем слоем полимерной мастикой клеевинтовыми и поперечными трубчатыми связями, и листовую наружную облицовку по всему контуру, отличающийся тем, что брусковый деревянный каркас среднего слоя жестко объединен дополнительными крестовыми связями из полосовой стали, присоединенными в каждой ячейке к его поясам с охватом не менее чем двух хомутов сварных боковых каркасов, а также дополнительными опорно-фиксирующими дощатыми накладками, поставленными равномерно по всей длине между брусковым каркасом и плоскими деревянными слоями, причем последние выполнены в виде сплошных фанерно-дощатых щитов с использованием полимерной мастики, дискретных клеевинтовых и дополнительных клеегвоздевых связей, при этом приопорные зоны объединенных каркасов дополнительно усилены дисперсно-армированной прослойкой из высокопрочной полимерной мастики.
2. Слоистый строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что сварные боковые каркасы выполнены с равномерно распределенными по всему пролету хомутами, причем в местах их пересечения с крестовыми связями они объединены сваркой.
3. Слоистый строительный элемент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что толщина опорно-фиксирующих накладок и на поясах и на стойках брускового каркаса принята равной сумме диаметров продольного стержня и хомута присоединенного сварного каркаса, причем дополнительные клеегвоздевые связи размещают в зонах присоединения дощатых накладок.
4. Слоистый строительный элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве дисперсной арматуры усиливающей прослойки принята тканая сетка из стальной проволоки диаметром 0,7-1,2 мм с ячейкой 10-15 мм.
5. Способ изготовления слоистого строительного элемента из усиленной древесины по любому из пп.1-4, включающий жесткое объединение брускового деревянного каркаса среднего слоя с боковыми сварными каркасами, замоноличивание внутренних полостей, швов и пустот объединенных каркасов полимерной мастикой и легким полимербетоном и их опрессовку при последующем присоединении боковых фанерно-дощатых и наружных облицовочных слоев, отличающийся тем, что перед замоноличиванием объединенные каркасы фиксируют в положении “на пласть” с помощью монтажных стоек стенда, трубчатых поперечных связей и опорно-фиксирующих накладок на боковом фанерно-дощатом щите по свежеуложенной дисперсно-армированной прослойке из высокопрочной полимерной мастики, а при замоноличивании внутренних пустот и полостей каркасов вначале укладывают нижний слой из пластифицированного мелкозернистого полимербетона, затем формируют средний слой по толщине брускового каркаса из особо легкого полимербетона и верхний слой, толщиной на 5-10 мм превышающий толщину накладок, из мелкозернистого легкого полимербетона, после уплотнения которого, на приопорных зонах укладывают тканые сетки и прослойку из высокопрочной полимерной мастики, а затем сразу же осуществляют опрессовку всех слоев путем присоединения к объединяющим каркасам второго фанерно-дощатого щита и листовой наружной облицовки по всему периметру элемента с помощью клеевинтовых связей и выравнивающих пригрузов.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в мелкозернистый пластифицированный полимербетон добавляют мелкие сухие опилки в объеме, необходимом для получения смеси требуемой удобоукладываемости, а в состав особо легкого полимербетона вводят отходы деревообработки при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полимерное связующее с отвердителем и
пластификатором 100
Сухие опилки и мелкая стружка 25-50
Сухая древесная крошка 50-100
7. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что опилки и другие отходы деревообработки вводят в смесь полимербетона в сухом нагретом состоянии при температуре не выше 40-50°С.
8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что перед опрессовкой всех слоев элемента внутреннюю поверхность наружной облицовки дополнительно обрабатывают абразивными материалами и режущим инструментом с созданием системы зацепляющих выступов и потайных выемок шпоночного типа.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12
