строительная панель

Формула изобретения

1. Строительная панель, включающая деревянный каркас, выполненный в виде обвязки с соединенными с ней пересекающимися жесткими связями, образующими ячейки, и бетонное тело, замоноличенное в ячейках каркаса, отличающаяся тем, что обвязка каркаса размещена снаружи панели с охватом ее боковых поверхностей, а бетонное тело выполнено из ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего, который в ячейках каркаса замоноличен заподлицо с внешними гранями ячеек, причем каждая ячейка каркаса по внутреннему контуру выполнена с элементами шпоночного соединения.

2. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что каждый элемент шпоночного соединения выполнен в виде замкнутого по периметру ячейки выступа.

3. Панель по п. 1, отличающаяся тем, что каждый элемент шпоночного соединения выполнен в виде замкнутого по периметру ячейки паза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущих стеновых панелей, панелей покрытия и перекрытий при возведении малоэтажных зданий.

Известна деревянная каркасная панель, содержащая каркас из продольных ребер, выполненных в виде составных брусьев, соединенных между собой по длине металлическими пластинами с обоюдоострыми цилиндрическими нагелями, и закрепленных на выпусках пластин поперечных ребер, и обшивку из плиточных материалов ( см. например, авт. св. СССР N 1567747, МПК⁵ Е 04 С 2/10 ).

Недостатком этой конструкции панели является низкая несущая способность за счет отсутствия перераспределения нагрузки no элементам каркаса панели, что ведет к увеличению сечения составных брусьев каркаса и массы панели.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является строительная панель, включающая деревянный каркас, выполненный в виде обвязки с соединенными с ней пересекающимися жесткими связями, образующими ячейки, и бетонное тело, замоноличенное в ячейках каркаса. При этом бетонное тело выполнено из гипсоцементного бетона, а деревянный каркас панели утоплен в бетонное тело панели ( см. например, П.И.Крутов, Ю.С.Цуканов. Гипс и гипсовые изделия в сельском хозяйстве. М. изд-во литературы по строительству, 1971, с. 54-56, рис.12).

Недостатком известной панели является невозможность использования ее в качестве несущих панелей за счет того, что размещение деревянного каркаса внутри бетонного тела обеспечивает прочность панелей только при их изготовлении, перевозке и монтаже. Кроме того, высокая средняя плотность гипсоцементного бетона не позволяет обеспечить высокие теплоизоляционные свойства панели.

В основу изобретения положена задача разработать такую конструкцию строительной панели, в которой взаиморасположение каркаса и бетонного тела, а также материал последнего позволили бы при простоте изготовления и малом весе панели обеспечить высокую несущую способность.

Поставленная задача решается тем, что в известной строительной панели, включающей деревянный каркас, выполненный в виде обвязки с соединенными с ней пересекающимися жесткими связями, образующими ячейки, и бетонное тело, замоноличенное в ячейках каркаса, согласно изобретения, обвязка каркаса размещена снаружи панели с охватом ее боковых поверхностей, а бетонное тело выполнено из ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего, который в ячейках каркаса замоноличен заподлицо, причем каждая ячейка каркаса по внутреннему контуру снабжена фиксирующими элементами.

При этом каждый фиксирующий элемент выполнен в виде замкнутого по периметру ячейки выступа.

Кроме того, каждый фиксирующий элемент выполнен в виде замкнутого по периметру ячейки паза.

Известно при изготовлении щитов сборных деревянных зданий использование облицованных деревянных решетчатых каркасов, ячейки которых заполнены теплоизоляционным материалом, например, минеральной ватой, гранулированным шлаком и т.п. ( см. П.П.Сербинович. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания массового строительства. Учебник для строительных вузов. Изд. 2-ое исп. и доп. М. Высшая школа, 1975, с.306-309). Деревянный каркас в известной щитовой конструкции предназначен для восприятия статических и динамических нагрузок в процессе возведения здания и его эксплуатации, а материал, размещенный в ячейках каркаса между облицовкой, предназначен для теплоизоляции.

Известно использование ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего со средней плотностью более 700 кг/м³ для изготовления мелких стеновых блоков ( см. например, Х. Циммерманис, Ю. Новикс. Сульфопор в малоэтажном строительстве. Рига. Рижский технический университет.1992, с. 7-8).

Известно выполнение фиксирующих элементов в деревянных конструкциях (см. П. П. Сербинович. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания массового строительства. Учеб. для строительных вузов. Изд. 2-ое исп. и доп. М. Высшая школа, 1975, с.151 ).

В заявляемой строительной панели отличительный признак, характеризующий размещение обвязки каркаса снаружи панели с охватом ее боковых поверхностей, также как и в известном решении проявляет известное техническое свойство, заключающееся в восприятии статических и динамических нагрузок.

Однако заявляемое конструктивное выполнение панели позволяет количественно усилить указанное техническое свойство за счет следующих факторов.

Во-первых, за счет того, что ячеистый бетон на основе гипсового вяжущего, жестко зафиксированный посредством выступов или пазов в ячейках каркаса заподлицо с последним, позволяет получить монолитную конструкцию путем создания по контуру каждой ячейки высокопрочных межфазовых адгезионных контактов между материалом каркаса и ячеистым бетоном на основе гипсового вяжущего. Это достигается за счет того, что при замоноличивании ячеек каркаса ячеистым бетоном на межфазовой границе бетон дерево создается кислая среда с pH 5,6-6, способствующая активизации активных центров целлюлозных волокон древесины и образованию на них высокопрочных химических связей между ячеистым бетоном на основе гипсового вяжущего и материалом каркаса.

Во-вторых, за счет того,что выполнение по внутреннем контуру каждой ячейки фиксирующих элементов пазов или выступов, позволяет с одной стороны увеличить площадь и число химических адгезионных контактов между материалом каркаса и ячеистым бетоном за счет увеличения поверхности соприкосновения последних, а с другой стороны способствует созданию механической адгезии между материалом каркаса и ячеистым бетоном за счет жесткой фиксации затвердевшего ячеистого бетона в ячейках каркаса посредством образования в пазах или между выступами адгезионных механических шпонок.

В-третьих, ячеистый бетон на основе гипсового вяжущего, размещенный внутри ячеек каркаса, при твердении увеличивается в объеме, что приводит к созданию предварительного напряжения в элементах деревянного каркаса.

Кроме того, размещение ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего в ячейках каркаса позволяет снизить деформацию ползучести бетона в заявляемой панели.

Все вышеприведенное позволяет значительно повысить несущую способность заявляемой строительной панели за счет совместной работы разнородных материалов "дерево-ячеистый бетон" в результате перераспределения статических и динамических нагрузок, характер распределения которых описывается гипотезой плоских сечений.

Одновременно с высокой несущей способностью заявляемая конструкция дополнительно обладает высокими теплоизоляционными свойствами за счет использования для заполнения ячеек каркаса ячеистым бетоном на основе гипсового вяжущего со средней плотностью не более 500-600 кг/м³, а также повышенной огнестойкостью за счет замоноличивания деревянного каркаса между несгораемым ячеистым бетоном на основе гипсового вяжущего.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемая конструкция строительной панели не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию "изобретательского уровня".

На фиг. 1 изображен общий вид строительной панели, например, стеновой панели с проемом для оконного блока;

на фиг. 2 сечение по А-А на фиг.1;

на фиг.3 сечение по Б-Б на фиг.1;

на фиг.4 фрагмент горизонтального сечения ячеек, по внутреннему контуру которых выполнены фиксирующие элементы в виде пазов;

на фиг.5 то же, вертикальное сечение ячеек.

Строительная панель включает деревянный каркас 1 (фиг.1), выполненный в виде обвязки 2 (фиг. 1-5) с соединенными с ней пересекающимися жесткими связями 3, образующими ячейки 4. При этом обвязка 2 (фиг.1) каркаса 1 размещена снаружи панели с охватом ее боковых поверхностей. Бетонное тело 5 (фиг. 1-5) панели выполнено из ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего со средней плотностью 500 600 кг/м³. В качестве ячеистого бетона в заявляемой конструкции могут быть использованы известные составы газогипса ( см. например, П. И. Крутов, Ю.С.Цуканов. Гипс и гипсовые изделия в сельском строительстве. М. 1971, с. 18-20 ) или пеногипса (см. там же, с.20-24 ). При этом ячеистый бетон на основе гипсового вяжущего 5 замоноличен в ячейках 4 ( фиг. 2 ) каркаса 1 заподлицо.

Для обеспечения жесткой фиксации ячеистого бетона 5 в ячейках 4 каркаса 1 панели по внутреннему контуру каждой ячейки 4 выполнены выступы 6 ( фиг. 2,3 ) или пазы 7 ( фиг. 4,5 ). При этом выступы 6 или пазы 7 пo периметру каждой ячейки 4 выполнены замкнутыми. По внутреннему контуру ячеек 4 целесообразно выполнять по меньшей мере два выступа 6 ( фиг. 2-3 ) или два паза 7 (фиг. 4-5 ). Это позволяет обеспечить максимальную степень фиксации ячеистого бетона 5 в ячейках 4 каркаса 1 за счет увеличения площади и числа химических адгезионных контактов между материалом каркаса 1 и ячеистым бетоном 5, а также за счет образования оптимального количества адгезионных механических шпонок 8 ( фиг. 2-5 ) по периметру каждой ячейки 4.

Вышеизложенное конструктивное выполнение заявляемой строительной панели позволяет значительно повысить ее несущую способность, что обеспечивает возможность использования в качестве материала каркаса деревянных материалов уменьшенного сечения, например досок с поперечным сечением 220 х 40 мм. Таким образом, заявляемая строительная панель по сравнению с известными конструкциями имеет в 1,5 2 раза меньшую массу и в 1,5 раза выше несущую способность.

Строительную панель изготавливают следующим образом. Обвязку 2 ( фиг. 1,3,5 ) каркаса 1 изготавливают, например, из досок с поперечным сечением 220 х 40 мм. На внутренней стороне обвязки 2 выполняют выступы 6 ( фиг. 2,3 ) из деревянных реек сечением 40 х 40 мм или фрезеруют пазы 7 ( фиг. 4,5 ) размером 40 х 20 мм. Затем элементы обвязки 2 жестко соединяют по углам, образуя замкнутый внешний контур каркаса 1. Жесткие связи 3 (фиг.1) изготавливают из досок с поперечным сечением 220 х 40 мм, на поверхности которых выполняют выступы 6 ( фиг.2,3 ) или пазы 7 ( фиг. 4,5 ) соосно выступам 6 или пазам 7 обвязки 2 (фиг.3,5). Затем в обвязке 2 (фиг.1) закрепляют пересекающиеся жесткие связи 3 с образованием замкнутых ячеек 4. Затем деревянный решетчатый каркас 1 устанавливают на металлический поддон ( не показан) и замоноличивают заподлицо ячеистым бетоном на основе гипсового вяжущего. Строительную панель выдерживают на поддоне 30 40 минут, снимают с поддона, высушивают в сушильной камере при температуре 60^oС в течение 16 18 часов, после чего панель готова к эксплуатации.

Для обоснования преимуществ заявляемой строительной панели по сравнению с прототипом в лабораторных условиях были изготовлены и испытаны натурные образцы панелей размером 2700 х 1800 х 220 мм.

В качестве обвязки и жестких связей использовали доску с поперечным сечением 220 х 40 мм.

При этом сечение выступа составляет 40 х 40 мм (образец N 1 ), а паза - 40 х 20 мм ( образец N 2 ).

В качестве ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего использовали газогипс следующего состава, кг/ м³:

Гипсовое вяжущее 565

Глина с содержанием 25% CaCO₃ 21

Сернокислый алюминий марки БМ 16

Вода 340

В качестве обвязки и жестких связей в панели, взятой за прототип, был использован брус 200 х 200мм с размером ячейки 200 х 200 мм (образец N 3).

Для омоноличивания каркаса прототипа использовали гипсоцементный бетон следующего состава, кг/м³:

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее 300

Гранулированный шлак 1400

Вода 120

Натурные образцы N 1 3 испытывались на заводском испытательном стенде.

Несущая способность образцов оценивалась по величине предельной нагрузки, приводящей к разрушению изделия.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как показывают результаты испытаний, заявляемая конструкция строительной панели имеет массу в 2 раза ниже, а несущую способность в 1,44-1,52 раза выше no сравнению с прототипом (образец N 3 ).

Кроме того, заявляемая строительная панель обладает высокими теплоизоляционными свойствами, характеризующимися термическим сопротивлением, равным 1,86 м²К/ Вт, в то время как термическое coпpотивление панели, взятой за прототип, составляет 1,12 м²К /Bт. Вследствие этого, использование заявляемой строительной панели в малоэтажном домостроении позволяет значительно снизить расходы на эксплуатационное отопление.

Заявляемая строительная панель обладает также высокой огнестойкостью, составляющей 7 часов, что обеспечивает высокую пожаростойкость зданий, возводимых из заявляемых панелей.