строительная балка

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 S ₁=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, S ₁=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»).