Строительная балка

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям деревометаллических балок, составляемых из стальных сердечников и деревянных накладок, стягиваемых заклепочным соединением. Технический результат: повышение несущей способности и сборочных свойств составных элементов балки. Строительная балка включает сердечник, выполненный в виде двутавра, составляемого из изготовленных методом холодного формования уголков и центральной пластины, и деревянные накладки, охватывающие сердечник конгруэнтно отфрезерованными установочными поверхностями и пазами, соединенные, по меньшей мере, 2-рядным заклепочным соединением. В выполненной в виде пакета клееной древесины каждой накладке для охвата уголков и центральной пластины соответственно толщиной в отношении 2:1 ширина установочных пазов находится в пределах от 1,1 до 1,6 толщины уголка, высота балки находится в пределах от 3,33 до 3,5 ширины балки, при этом впадина каждого паза для посадки тавра и посадочные отверстия расположены вне клеевых швов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении зданий и сооружений различного назначения в качестве несущих балок.

Известна деревометаллическая балка-стойка (RU 2166039 Е 04 С от 27.04.2001 г.), включающая металлический вкладыш двутаврового профиля, установленный в деревянный футляр, половинки которого соединены поперечными трубчатыми нагелями.

Известна выбранная в качестве прототипа деревометаллическая балка-стойка (RU 2176300 Е 04 С 3/292 от 28.11.2000 г.), в которой металлический сердечник, изготовляемый методом холодного формования, образован из стального листа, изогнутого по конфигурации двутавра, и охвачен деревянным футляром, половинки которого соединены поперечными трубчатыми нагелями.

К недостаткам вышеперечисленных аналогов можно отнести высокую металлоемкость из-за низкой совокупной сопротивляемости вследствие относительно малой жесткости деревянных накладок, а также трудности по запуску балок в производство (Заявка №2003120782/02 МПК 7 В 27 М 3/00, 3/06 от 07.07.2003 г.).

Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в повышении прочности строительной балки совокупной сопротивляемостью стального сердечника, составляемого из изогнутых уголков и центральной пластины и профильных клееных деревянных пластин - накладок, выполняемых по соотношениям размеров составных элементов, повышающих несущую способность балки и условия ее сборки.

Данная задача достигается тем, что в предлагаемой строительной балке составленный из полученных методом холодного формования уголков и пластин в приспособлении для сварки двутавр и склеенные из пластин в виде пакета и спрофилированные на фрезерном станке деревянные накладки стягиваются через шайбы развальцованными поверхностями концов пустотелых заклепок, соответственно установленных в посадочные отверстия сердечника и накладок в балку и с соотношением высоты к ширине поперечного сечения , толщины полок уголков сердечника и толщины пластин с соотношением как 2:1, ширины охватывающих пазов накладок к толщине полок уголков сердечника с соотношением как (1,1÷1,6):1, а каждый полочный паз накладки и ближний к нему ряд отверстий расположены по разные стороны клеевого шва.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемой строительной балке каждая накладка выполнена в виде профильного клееного пакета по соотношениям, повышающим несущую способность балки и условия ее сборки, двутавр составляется из простых элементов, полученных методом холодного формования из стальных пластин, что повышает условия осуществления запуска балок данного типа в производство.

Таким образом, заявленная строительная балка соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемой балки с другими техническими решениями показывает, что различные двутавры и клееные строительные элементы широко известны, например, уголки и составные сечения двутавров из уголков и пластин (см. Васильев А.А. «Металлические конструкции», М.: Стройиздат, 1976 г., стр.50) или клееный деревянный элемент (RU 2168594 Е 04 С 3/14, 29.12.1999 г.), однако в предлагаемой с соотношением высоты к ширине поперечного сечения балке выполнение двутавра из уголков и пластин при соотношении толщины полок уголков и толщины пластин как 2:1, ширины охватывающих пазов накладок к толщине полок уголков сердечника как (1,1÷1,6):1, а также расположение каждого полочного паза и ближнего к нему ряда отверстий по разные стороны клеевого шва придает балке новое свойство, а именно при обеспеченности условий для автоматизированной сборки по количественному и качественному производству длинных деревометаллических балок, образованных многорядным заклепочным соединением накладок с сердечником, повышается их несущая способность за счет совокупной сопротивляемости оптимального соотношения прочностных и жесткостных характеристик и площади поперечного сечения, составляемого из стальных пластин и уголков сердечника и клееных деревянных накладок.

Это позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию «существенные отличия».

На фиг.1 показан общий вид строительной балки;

На фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1;

На фиг.3 - выносной элемент Е сечения на фиг.2;

На фиг.4 - выносной элемент Д на фиг.2.

Строительная балка включает сердечник, выполненный в виде двутавра, составляемого из изготовленных методом холодного формования уголков и центральной пластины, и деревянные накладки, охватывающие сердечник конгруэнтно отфрезерованными установочными поверхностями и пазами, при соединении которых, по меньшей мере, 2-рядным заклепочным соединением оптимальное поперечное сечение составляется в пределах

Н=(3,33-3,5) В,

где Н - высота;

В - ширина, удовлетворяющее требованиям прочности, жесткости, общей и местной устойчивости.

Сердечник в виде прямого стального бруса двутавровой формы составляется из нарезанных, например, на ножницах пластин - центральной пластины 1 толщиной S₂ и изогнутых из пластин на станке для сгибания кромок уголков 2 толщиной S₁, выполненных в отношении S₁=2S₂ составляется в базовых направляющих приспособления для сборки и варки сердечника с четкими геометрическими параметрами поперечного сечения. Такое выполнение позволяет относительно точно подобрать необходимое отношение прочностных и жесткостных характеристик и площади поперечного сечения.

Каждая накладка, отпиленная от клееного бруса ленточнопильным станком и прошедшая обработку на фрезерном станке, имеет наружные пластины 3 и 4, следующие за ними пластины 5 и 6, набор пластин 7, клеевые прослойки 8 между ними и полученную после обработки конгруэнтную половине поперечного сечения двутавра установочную плоскость 9, плавно переходящую и оканчивающуюся в пластинах 3, 4, 5, 6, направленными вдоль прослоек 8 установочными пазами 10 и 11 шириной b₁=(1,1÷1,6)S₁, причем дно пазов 10 и 11 выполнено с закруглением R углов. Такое выполнение обеспечивает условия собираемости сердечника с плоскостью 9 и пазами 10 и 11 и повышает прочность на скалывание.

Готовые сердечники и накладки поступают на сборочную позицию, где рабочий покрывает соответствующей мастикой внутренние, контактирующие с сердечником поверхности накладок и стыкует «накладка - сердечник - накладка» конгруэнтными поверхностями. Собранную балку равномерно по всей длине сжимают специальными прижимами (не показаны) и в пластинах 5 и 6, уголках 2 и центральной пластине 1 сверлят по всей длине с установленным шагом посадочные отверстия 12 и 13, сажают в них шайбы 14 и выполненные из коррозионно-стойкой стали заклепки 15, концы которых обрабатывают давлением, например, методом осевой развальцовки.

Таким образом, предлагаемые математические зависимости, выражающие выполнение главных признаков составной из стальных и деревянных элементов балки, а именно, оптимального сечения в сочетании с расположением и выполнением отдельных элементов, сообщают балке новые несущие свойства, а возможность механизации и автоматизации технологических операций позволяет количественно и качественно организовать их производство.

Исследования по проверке математических зависимостей подбора отдельных элементов и оптимального сечения предлагаемой балки в целом проводились на спроектированном и изготовленном специальном стенде, оснащенном гидравлическим силовым узлом и измерительными приборами.

Пример.

К установленной на катки балке размерами Н=300 мм, В=90 мм, S₁=5 мм, S₂=2,5 мм, b₁=8 мм и длиной L=6500 прикладывалась ступенчатая с выдержкой по времени каждой ступени нагрузка максимальной величиной 5000 кг. При бесступенчатом снятии нагрузки испытуемая балка, работая как пружина, вернула исходную геометрическую форму (стрелки прогибомеров вернулись на «0»).

1. Строительная балка, включающая сердечник, выполненный в виде двутавра, составляемого из изготовленных методом холодного формования уголков и центральной пластины, и деревянные накладки, охватывающие сердечник конгруэнтно отфрезерованными установочными поверхностями и пазами, соединенные, по меньшей мере, двухрядным заклепочным соединением, отличающаяся тем, что в выполненной в виде пакета клееной древесины каждой накладке для охвата уголков и центральной пластины соответственно толщиной в отношении 2:1, ширина установочных пазов находится в пределах от 1,1 до 1,6 толщины уголка, высота балки находится в пределах от 3,33 до 3,5 ширины балки, при этом впадина каждого паза для посадки тавра и посадочные отверстия расположены вне клеевых швов.

2. Балка по п.1, отличающаяся тем, что дно установочного паза для размещения каждой полки тавра выполнено с закруглениями углов.

3. Балка по п.1, отличающаяся тем, что пустотелые заклепки выполнены из коррозионностойкой стали.