RU2788183C1

RU2788183C1 - Metal-wood beam

Info

Publication number: RU2788183C1
Application number: RU2022126786A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Грачев; Светлана Валерьевна Сахарова
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-01-17

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to the field of construction, in particular to a wooden beam. A metal-wood beam with composite upper and lower wooden girders made of glued wood and a connecting lattice made of a zigzag bent metal rod, in which each girder is glued from two longitudinal beams, having side recesses on the gluing side of one of the beams, corresponding in shape to the bends of the metal rod. The bent sections of the lattice are placed between the bars of the belts in the corresponding recesses. The zigzag lattice at the junctions with the belts is centered, has an arc or broken line with arc junctions, a trapezoidal outline with longitudinal sections between the kinks.

EFFECT: invention increases the bearing capacity of the beam.

9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, в частности, к несущим металлодеревянным строительным конструкциям, используемым в качестве несущих элементов каркаса, балок покрытий и перекрытий малоэтажных зданий, а также в качестве балок опалубочных комплектов.The invention relates to the field of construction, in particular, to load-bearing metal-wood building structures used as load-bearing elements of the frame, beams of roofs and ceilings of low-rise buildings, as well as beams of formwork sets.

Известна составная металлодеревянная балка двутаврового сечения, включающая конструктивные элементы – деревянные пояса-полки и решетчатую стенку, выполненную из проволоки или полосового элемента, изогнутого зигзагообразно. Участки перегиба полосы прикреплены к полкам, и по меньшей мере, одна полка содержит продольную секцию, выполненную из другого материала. Секция заделана в полку и залита в ней для образования единого элемента вместе с полкой и углами перегиба. [Журнал «Изобретения за рубежом» №23, 1985 г. Международная заявка РСТ №85/02878 Е 04 С 3/292].A composite metal-wooden beam of an I-section is known, including structural elements - wooden belt-shelves and a lattice wall made of wire or a strip element curved in a zigzag manner. The bend sections of the strip are attached to the shelves, and at least one shelf contains a longitudinal section made of another material. The section is embedded in the flange and cast in it to form a single element together with the shelf and the bend angles. [Journal "Inventions abroad" No. 23, 1985. International application PCT No. 85/02878 E 04 C 3/292].

Недостатком этой балки является сложность и высокая трудоемкость изготовления, требующая формирование срединных секций, выполненных из другого конструкционного материала путем заливки пазов вместе с полкой и углами перегиба зигзагообразной решетки.The disadvantage of this beam is the complexity and high labor intensity of manufacturing, requiring the formation of middle sections made of another structural material by pouring grooves together with the shelf and the angles of inflection of the zigzag lattice.

Известна ферма решетчатого типа, содержащая верхний и нижний пояса из древесного материала, непрерывную решетчатую стальную стенку в основном зигзагообразной конфигурации из гнутого прутка, расположенную между поясами и образующую наклонные стойки (ферма Уоррена – Warren truss), причем изогнутые части стенки утоплены в углубления в поясах и закреплены в углублениях отвердевающим и связующим веществом, например, полиуретановым или эпоксидным компаундом, которое образует слой, заменяющий древесный материал, удаленный для образования углублений, причем указанное вещество имеет прочность, по меньшей мере, равную прочности древесного материала указанных поясов.Known farm lattice type, containing the upper and lower belts of wood material, a continuous lattice steel wall in the main zigzag configuration of a bent bar, located between the belts and forming inclined racks (Warren farm - Warren truss), and the curved parts of the wall are recessed into the recesses in the belts and secured in the recesses with a hardening and binding agent, such as a polyurethane or epoxy compound, which forms a layer replacing the wood material removed to form the recesses, said substance having a strength at least equal to that of the wood material of said belts.

Углубления в поясах в одном из вариантов сделаны со стороны внутренних граней, обращенных друг к другу, а в другом исполнении – на боковых гранях. [Patent US No 4,372,093 (serial NO 06200497) Grant Date Feb 8, 1983 US cl. 52/694; 52/642; Current CPC Class: E04C 3/292 (20130101) Current International Class: E04C 3/29 (20060101); E04C 3/292 (20060101); E04C 002/24 (http://www.patentbuddy.com/Patent/US-4372093-A;jsessionid=D2463D649449E8F12605CA726DB741DA?ft=true)]The recesses in the belts in one of the variants are made from the side of the inner faces facing each other, and in the other version - on the side faces. [Patent US No 4,372,093 (serial NO 06200497) Grant Date Feb 8, 1983 US cl. 52/694; 52/642; Current CPC Class: E04C 3/292 (20130101) Current International Class: E04C 3/29 (20060101); E04C3/292(20060101); E04C 002/24

Недостатком известного конструктивного решения является большая потеря конструкционного материала поясов, высокая сложность и трудоемкость изготовления глубоких и широких посадочных гнезд-углублений. От точности расположения и изготовления углублений напрямую зависит осуществимость сборки, надежность узловых соединений и качество фермы. Геометрия изогнутых участков зигзагообразной решетки не обеспечивает надежности клеевых узловых соединений, поскольку древесина имеет наиболее низкие показатели прочности при растяжении и скалывании в направлении поперек её волокон.The disadvantage of the known constructive solution is the large loss of structural material of the belts, the high complexity and laboriousness of manufacturing deep and wide seating recesses. The feasibility of assembly, the reliability of nodal connections and the quality of the truss directly depend on the accuracy of the location and manufacture of the recesses. The geometry of the curved sections of the zigzag lattice does not ensure the reliability of adhesive nodal joints, since wood has the lowest tensile strength and chipping strength in the direction across its fibers.

Наиболее близким техническим решением является металлодеревянная балка. Балка составлена из поясов, представляющих собой деревянные брусья и соединительную решетку, выполненную из зигзагообразно изогнутого металлического прута. Каждый пояс склеен из двух продольных брусьев. На склеиваемой поверхности, по крайней мере, одного из брусьев имеются углубления, соответствующие по форме изгибам металлического прута, который и помещается в эти углубления. [Журнал «Изобретения за рубежом» №2, 1984 г. Япония, заявка № 58-21052 Е 04 С 3/292, В 27М 3/00 публикация 1983 г. Приоритет Швеции 1976 г.]. Данное изобретение принято за прототип.The closest technical solution is a metal-wood beam. The beam is made up of belts, which are wooden beams and a connecting lattice made of a zigzag bent metal rod. Each belt is glued from two longitudinal bars. On the surface to be glued, at least one of the bars has recesses corresponding in shape to the bends of the metal rod, which is placed in these recesses. [Journal "Inventions abroad" No. 2, 1984 Japan, application No. 58-21052 E 04 C 3/292, B 27M 3/00 publication 1983, Priority Sweden 1976]. This invention is taken as a prototype.

К основным недостаткам конструкции и способа её изготовления относятся сложность, высокая трудоёмкость, потеря конструкционного материала и ослабление поперечного сечения поясов за счет устройства углублений и перерезания волокон древесины. Низкая надежность узловых соединений, в которых древесина испытывает скалывание и растяжение поперек волокон древесины.The main disadvantages of the design and method of its manufacture include complexity, high labor intensity, loss of structural material and weakening of the cross section of the belts due to the device of recesses and cutting of wood fibers. Low reliability of nodal joints, in which the wood experiences chipping and stretching across the wood fibers.

Сущность изобретения – повышение несущей способности и надежности комбинированной балки с одновременным упрощением её изготовления за счет простоты исполнения, совмещения технологических операций формования конструкции в едином поточном технологическом процессе с использованием прессового оборудования проходного типа.The essence of the invention is to increase the bearing capacity and reliability of the combined beam with the simultaneous simplification of its manufacture due to the simplicity of execution, the combination of technological operations of forming the structure in a single in-line technological process using press equipment of the through-type type.

Технический результат изобретения – повышение несущей способности и надёжности металлодеревянной балки, а также контролируемая точная разметка и формование боковых углублений в брусьях деревянных поясов, минимизация производственных отходов при изготовлении металлодеревянной балки и упрощение её изготовления.The technical result of the invention is an increase in the bearing capacity and reliability of a metal-wood beam, as well as controlled accurate marking and molding of lateral recesses in the beams of wooden belts, minimization of production waste in the manufacture of a metal-wood beam and simplification of its manufacture.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известной металлодеревянной балке с составными верхним и нижним деревянными поясами и соединительной решеткой, выполненной из зигзагообразно изогнутого металлического прута, в которой каждый пояс склеен из двух продольных брусьев, имеющих, по крайней мере, со стороны склеивания одного из брусьев боковые углубления, соответствующие по форме изгибам металлического прута, а гнутые участки решетки размещены между брусьями поясов в соответствующих углублениях, особенность заключается в том, что пояса выполнены из клееной древесины, зигзагообразная решетка в узлах сопряжения с поясами расцентрована, имеет дуговое или ломаное с дуговыми сопряжениями трапециевидное очертание с продольными участками между перегибами, обеспечивающими анкеровку решетки и локальное усиление поясов в зоне действия узловых изгибающих моментов, а углубления в поясах получены предварительной механической запрессовкой решетки путем уплотнения древесины на прессах проходного типа.The technical result of the invention is achieved by the fact that in a well-known metal-wood beam with composite upper and lower wooden chords and a connecting lattice made of a zigzag bent metal rod, in which each chord is glued from two longitudinal bars, having, at least on the gluing side, one of side recesses of the bars, corresponding in shape to the bends of the metal rod, and the bent sections of the lattice are placed between the bars of the belts in the corresponding recesses, the peculiarity is that the belts are made of glued wood, the zigzag lattice in the junction nodes with the belts is centered, has an arc or broken line with arc trapezoidal outline with longitudinal sections between the kinks, which provide anchoring of the lattice and local reinforcement of the chords in the zone of action of nodal bending moments, and the recesses in the chords are obtained by preliminary mechanical pressing of the grating by compacting the wood on presses passing type.

Брусья поясов выполнены многослойными с внутренними слоями однородной (гомогенной) структуры, прошедшими пластификацию перед тем, как в них были созданы углубления предварительной механической запрессовкой соединительной решетки. При этом, по меньшей мере, в одном из брусьев верхнего и нижнего поясов балки выполнены продольные пазы на всю длину конструкции, совпадающие с положением продольных участков соединительной решетки ломаного очертания. The bars of the belts are made multilayer with inner layers of a homogeneous (homogeneous) structure that have undergone plasticization before recesses were created in them by preliminary mechanical pressing of the connecting grid. At the same time, at least one of the bars of the upper and lower chords of the beam has longitudinal grooves for the entire length of the structure, coinciding with the position of the longitudinal sections of the connecting lattice of a broken outline.

Открытые поперечные элементы соединительной решетки, расположенные между поясами и, по меньшей мере, испытывающие сжатие, заключены и вклеены между парными отрезками досок соответствующей формы, вставленных враспор между поясами, склеенных между собой и имеющих пазы вдоль оси досок со стороны склеивания.Open transverse elements of the connecting grid, located between the chords and at least under compression, are enclosed and glued between paired sections of boards of the appropriate shape, inserted at a distance between the chords, glued together and having grooves along the axis of the boards from the gluing side.

Продольные участки соединительной решетки усилены приваркой дополнительных отрезков прутка с образованием лучей вдоль деревянных поясов, размещенных и вклеенных в их продольные пазы.The longitudinal sections of the connecting grid are reinforced by welding additional sections of the rod with the formation of beams along the wooden belts, placed and glued into their longitudinal grooves.

Продольные участки соединительной решетки в зоне действия наибольшего изгибающего момента в балке от внешней нагрузки получены приваркой отрезков прутка, объединяющих несколько продольных участков решетки, размещенных и вклеенных в продольные пазы поясов, с образованием локальной структуры плоской фермы.The longitudinal sections of the connecting lattice in the zone of action of the greatest bending moment in the beam from the external load are obtained by welding of rod segments that combine several longitudinal sections of the lattice, placed and glued into the longitudinal grooves of the chords, with the formation of a local structure of a flat truss.

Соединительная решетка выполнена составной из двух однотипных зеркально наложенных друг на друга частей с трапециевидной формой гнутых участков, поперечные элементы которых образуют крестовую соединительную решетку между деревянными поясами. The connecting grating is made of two parts of the same type mirror superimposed on each other with trapezoidal bent sections, the transverse elements of which form a cross connecting grating between the wooden belts.

Соединительная решетка может быть выполнена составной, из двух жёстко соединенных в местах контакта частей с различной схемой зигзага с трапециевидной формой гнутых участков, наложенных друг на друга вдоль подобных и равновеликих поперечных элементов соединительной решетки с образованием многосвязной структуры плоской фермы, линейные пояса которой представляют собой непрерывную последовательность чередующихся продольных участков составных частей соединительной решетки в виде узких и широких оснований трапеций.The connecting lattice can be made composite, from two parts rigidly connected at the points of contact with a different zigzag pattern with a trapezoidal shape of bent sections superimposed on each other along similar and equal-sized transverse elements of the connecting lattice to form a multi-connected structure of a flat truss, the linear belts of which represent a continuous a sequence of alternating longitudinal sections of the constituent parts of the connecting lattice in the form of narrow and wide bases of trapezoids.

По внешним границам мест вклеивания гнутых участков соединительной решетки в брусья верхнего пояса и нижнего пояса конструктивно установлены механические связи, повышающие надежность клеевого соединения и воспринимающие растягивающие усилия.Along the outer boundaries of the places where the bent sections of the connecting grid are pasted into the beams of the upper chord and the lower chord, mechanical bonds are structurally installed, which increase the reliability of the adhesive joint and perceive tensile forces.

Повышение несущей способности и надёжности конструкции, достигнуто за счёт создания жесткого клеевого соединения путём совмещения в едином поточном процессе различных технологических операций с минимизацией производственных отходов, обеспечения контролируемых условий точности разметки и формования боковых углублений в брусьях деревянных поясов, путем запрессовки в них гнутых участков зигзагообразной металлической соединительной решетки с последующей, при необходимости, доводкой геометрии, сборкой и склеиванием составных частей в единый ансамбль. The increase in the bearing capacity and reliability of the structure was achieved by creating a rigid adhesive joint by combining various technological operations in a single flow process with minimizing production waste, providing controlled conditions for the accuracy of marking and forming side recesses in the beams of wooden belts, by pressing into them bent sections of a zigzag metal connecting grid with subsequent, if necessary, fine-tuning the geometry, assembling and gluing the components into a single ensemble.

Брусья поясов выполнены из клееной древесины, углубления созданы без удаления или с частичным удалением материала поясов, запрессовкой гнутых участков металлической соединительной решетки в процессе склеивания с локальным упрочнением древесины путем её уплотнения и пропитки смолой под давлением, а узлы соединительной решетки расцентрованы по отношению к поясам, имеют дуговое или ломаное с дуговыми сопряжениями трапециевидное очертание с продольными участками между перегибами, обеспечивающими анкеровку соединительной решетки и локальное усиление поясов в зоне действия узловых изгибающих моментов.The bars of the belts are made of glued wood, the recesses are created without removing or with partial removal of the material of the belts, by pressing the bent sections of the metal connecting grid during gluing with local hardening of the wood by compacting it and impregnating it with resin under pressure, and the nodes of the connecting grid are centered in relation to the belts, they have an arc or broken trapezoid shape with arc mates with longitudinal sections between the kinks, which provide anchoring of the connecting grid and local reinforcement of the chords in the area of action of nodal bending moments.

По меньшей мере, в одном из брусьев верхнего и нижнего поясов балки выполнены продольные пазы на всю длину конструкции, совпадающие с положением продольных участков соединительной решетки ломаного трапециевидного очертания. Продольные пазы стабилизируют форму поперечного сечения клееной древесины при изменениях температурно-влажностных условий, а также расширяют соединительные функции, упрощая сборку и фиксацию решетки.At least in one of the bars of the upper and lower chords of the beam, longitudinal grooves are made for the entire length of the structure, coinciding with the position of the longitudinal sections of the connecting lattice of a broken trapezoidal outline. Longitudinal grooves stabilize the shape of the cross-section of glued wood under changing temperature and humidity conditions, and also expand the connecting functions, simplifying the assembly and fixation of the grating.

Продольные участки соединительной решетки усилены приваркой дополнительных отрезков прутка с образованием лучей вдоль поясов, размещенных и вклеенных в их продольные пазы. Такое конструктивное решение обеспечивает надёжную анкеровку, закрепление решетки в брусьях поясов, локально усиливает их на восприятие узлового изгибающего момента, возникающего от неразрезности поясов и узловых эксцентриситетов решетки.The longitudinal sections of the connecting grid are reinforced by welding additional sections of the rod with the formation of beams along the chords, placed and glued into their longitudinal grooves. Such a constructive solution provides reliable anchoring, fixing the lattice in the bars of the chords, locally strengthens them for the perception of the nodal bending moment arising from the continuousness of the chords and the nodal eccentricities of the grating.

Объединение отрезком прутка нескольких продольных участков соединительной решетки формирует локальную структуру фермы, повышающую несущую способность и жёсткость самой балки там, где её поперечные сечения испытывают действие наибольшего изгибающего момента.Combining several longitudinal sections of the connecting lattice with a piece of bar forms a local truss structure that increases the bearing capacity and rigidity of the beam itself where its cross sections experience the greatest bending moment.

Выполнение соединительной решетки составной, образованной из двух зеркально наложенных друг на друга частей с образованием крестовой решетки принципиально изменяет характер силовой работы конструкции, повышая её надёжность и жёсткость.The implementation of the connecting lattice is composite, formed from two parts mirrored on top of each other with the formation of a cross lattice fundamentally changes the nature of the power work of the structure, increasing its reliability and rigidity.

Избыточность поперечных элементов решетки компенсируется тем, что выключающиеся из силовой работы тонкие сжатые элементы (вследствие потери устойчивости) заставляют включаться и полноценно работать перекрестные растянутые элементы.The redundancy of the transverse elements of the lattice is compensated by the fact that the thin compressed elements that are switched off from the power work (due to the loss of stability) force the cross-tensioned elements to turn on and work fully.

При этом наилучшим образом используется высокая прочность металла на растяжение и экономится материал.This makes the best use of the high tensile strength of the metal and saves material.

В другом составном исполнении соединительной решетки, составленной из двух наложенных друг на друга и жёстко соединённых в местах контакт частей с различной схемой зигзага взаимно дополняющей друг друга и образующей геометрию фермы поперечные элементы решетки получают развитое сечение, а последовательно чередующиеся продольные участки составных частей образуют непрерывную поясную цепочку. In another composite version of the connecting grid, made up of two parts superimposed on each other and rigidly connected at the contact points with a different zigzag pattern that mutually complement each other and form the geometry of the truss, the transverse elements of the grid receive a developed section, and successively alternating longitudinal sections of the component parts form a continuous belt chain.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображены фрагмент металлодеревянной балки в фронтальной проекции (фиг. 1, А), соединительная решетка (фиг. 1, B) и процесс сборки балки в аксонометрии (фиг. 1, С), где показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой, соединительная решетка 3, зигзагообразной формы, изготовленная из металлического прутка, боковые углубления 4, по меньшей мере, в одном из брусьев, со стороны склеивания брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, полученные предварительной запрессовкой, с последующей доводкой и склеиванием гнутых участков соединительной решетки, имеющих дугообразное или ломаное с дуговыми сопряжениями трапециевидное очертание с продольными участками 5, открытые поперечные элементы соединительной решетки 3, расположенные между поясами и, по меньшей мере, испытывающие сжатие, усилены парными досками 6 соответствующей геометрической формы с пазами 7 вдоль оси досок, склеенными между собой, при этом поперечные элементы соединительной решетки 3 заключены и вклеены в пазы 7.In FIG. 1 shows a fragment of a metal-wooden beam in frontal projection (Fig. 1, A), a connecting lattice (Fig. 1, B) and the process of assembling the beam in axonometric view (Fig. 1, C), which shows: the upper chord 1 and the lower chord 2, composed of glued beams glued together, a connecting grid 3, zigzag-shaped, made of a metal bar, lateral recesses 4, at least in one of the beams, from the side of gluing the beams of the upper belt 1 and lower belt 2, obtained by pre-pressing, with subsequent fine-tuning and gluing of the bent sections of the connecting grid, having an arcuate or broken with arc mates trapezoidal outline with longitudinal sections 5, open transverse elements of the connecting grid 3, located between the belts and at least under compression, are reinforced with paired boards 6 of the appropriate geometric shape with grooves 7 along the axis of the boards, glued together, while the transverse elements of the connecting grid ki 3 are enclosed and glued into grooves 7.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение I – I по фиг. 1, А деревянного верхнего пояса 1, составленного из двух клееных брусьев, в месте сопряжения гнутых участков соединительной решетки 3.In FIG. 2 is a cross section I-I of FIG. 1, A of the wooden upper belt 1, made up of two glued beams, at the junction of the bent sections of the connecting grid 3.

Подобное (зеркально) конструктивное решение имеет и узел сопряжения соединительной решетки 3 с брусьями нижнего пояса 2.A similar (mirror) constructive solution has the junction of the connecting grid 3 with the bars of the lower belt 2.

Представлено два варианта технологии изготовления в процессе формирования боковых углублений 4 в одном из брусьев (фиг. 2, А) и в двух брусьях верхнего пояса 1 одновременно (фиг. 2, В) путем запрессовки дугообразных или ломаного с дуговыми сопряжениями трапециевидного очертания гнутых участков соединительной решетки 3 на прессе проходного типа. Two variants of manufacturing technology are presented in the process of forming lateral recesses 4 in one of the bars (Fig. 2, A) and in two bars of the upper belt 1 simultaneously (Fig. 2, B) by pressing arcuate or broken with arc mates trapezoidal outline of the bent sections of the connecting gratings 3 on a through-type press.

На фиг. 3 изображен фрагмент одного из вариантов металлодеревянной балки в фронтальной проекции (фиг. 3, А), соединительная решетка (фиг. 3, В) и сборка балки в аксонометрии (фиг. 3, С), где показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из клееных брусьев, склеенных между собой, соединительная решетка 3, зигзагообразной формы, изготовленная из прутка, боковые углубления 4, по меньшей мере, в одном из брусьев, со стороны склеивания брусьев поясов, полученные предварительной запрессовкой соединительной решетки 3 с последующей доводкой и склеиванием гнутых участков соединительной решетки, имеющих дугообразное или ломаное очертание с продольным участком 5 между перегибами, расширенным (усиленным) приваркой дополнительных отрезков прутка 8 с образованием двухсторонних лучей вдоль поясов, размещенных и вклеенных в их продольные пазы 9.In FIG. 3 shows a fragment of one of the variants of a metal-wooden beam in frontal projection (Fig. 3, A), a connecting lattice (Fig. 3, B) and a beam assembly in axonometry (Fig. 3, C), which shows: the upper chord 1 and the lower chord 2, made up of glued beams glued together, a connecting grid 3, zigzag-shaped, made of a rod, lateral recesses 4, at least in one of the beams, from the side of gluing the belt beams, obtained by pre-pressing the connecting grid 3 with subsequent finishing and gluing the bent sections of the connecting grid, having an arcuate or broken outline with a longitudinal section 5 between the kinks, expanded (reinforced) by welding additional sections of the rod 8 with the formation of two-sided beams along the belts, placed and glued into their longitudinal grooves 9.

На фиг. 3, В соединительная решетка 3 изображена в двух вариантах: с короткими двулучевыми отрезками прутка 8 и длинными отрезками прутка 8, объединяющими несколько смежных продольных участков 5 в локальную конструкцию плоской фермы, оправданное там, где металлодеревянная балка испытывает наибольший изгибающий момент.In FIG. 3, B, the connecting lattice 3 is shown in two versions: with short two-beam sections of the bar 8 and long sections of the bar 8, combining several adjacent longitudinal sections 5 into a local flat truss structure, justified where the metal-wood beam experiences the greatest bending moment.

На фиг. 4 изображены варианты поперечного сечения II – II по фиг. 3, А, где показаны: верхний пояс 1, составленный из двух клееных брусьев, в месте сопряжения их с дугообразными или ломаного с дуговыми сопряжениями трапециевидного очертания гнутыми участками соединительной решетки 3, с продольными участками 5 между её перегибами, усиленными приваркой отрезков прутка 8 с образованием двухсторонних лучей вдоль пояса и размещенных в продольном пазе 9. In FIG. 4 shows the cross-sectional variants II-II of FIG. 3, A, where it is shown: the upper belt 1, made up of two glued beams, in the place of their junction with arcuate or broken with arc junctions of a trapezoidal outline, bent sections of the connecting lattice 3, with longitudinal sections 5 between its kinks, reinforced by welding of segments of the bar 8 s the formation of bilateral beams along the belt and placed in the longitudinal groove 9.

Представлено два варианта изготовления балки в процессе формирования боковых углублений 4 в брусьях верхнего пояса 1.Two options for manufacturing a beam in the process of forming side recesses 4 in the bars of the upper chord 1 are presented.

В варианте по фиг. 4, А отрезки прутка 8 приварены к продольным участкам 5 соединительной решетки 3, расположены снизу и в момент сборки размещены в заранее выбранных продольных пазах 9 брусьев верхнего пояса 1, что упрощает фиксацию соединительной решетки 3. Боковые углубления 4 формируются в одном из брусьев верхнего пояса 1 запрессовкой соединительной решетки 3 на прессе проходного типа.In the embodiment of FIG. 4, And the segments of the rod 8 are welded to the longitudinal sections 5 of the connecting grid 3, located below and at the time of assembly are placed in pre-selected longitudinal grooves 9 of the bars of the upper belt 1, which simplifies the fixation of the connecting grid 3. Side recesses 4 are formed in one of the bars of the upper belt 1 by pressing in the connecting grid 3 on a through-type press.

В варианте по фиг. 4, В отрезки прутков 8 расположены в срединной плоскости металлической соединительной решетки 3, приварены к продольным участкам 5 и вместе с ними в процессе сборки размещены над продольными пазами 9, заранее выбранными в брусьях верхнего пояса 1. В этом случае боковые углубления 4 формируются в обоих брусьях пояса при совместной запрессовке соединительной решетки 3 на прессе проходного типа. Такое техническое решение позволяет уменьшить давление запрессовки и повысить производительность процесса.In the embodiment of FIG. 4, B segments of rods 8 are located in the median plane of the metal connecting grid 3, welded to the longitudinal sections 5 and together with them in the assembly process are placed over the longitudinal grooves 9, pre-selected in the bars of the upper belt 1. In this case, lateral recesses 4 are formed in both bars of the belt when jointly pressing the connecting grid 3 on a through-type press. This technical solution allows to reduce the pressing pressure and increase the productivity of the process.

На фиг. 5 изображен в аксонометрии фрагмент металлодеревянной балки в процессе сборки, где показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из брусьев, склеенных между собой, соединительная решетка 3 (по одному из вариантов фиг. 1, В), составленная из двух зеркально наложенных одна на другую частей соединительной решетки 3, поперечные элементы которых образуют крестовую решетку, боковые углубления 4 в брусьях поясов, соответствующие форме гнутых участков, имеющих расцентрованную трапециевидную форму с продольными участками 5 между её перегибами, размещенными над продольными пазами 9 брусьев поясов.In FIG. 5 shows a perspective view of a fragment of a metal-wooden beam during assembly, which shows: the upper belt 1 and the lower belt 2, made up of beams glued together, the connecting lattice 3 (according to one of the options in Fig. 1, B), composed of two mirror superimposed one on the other parts of the connecting lattice 3, the transverse elements of which form a cross lattice, lateral recesses 4 in the bars of the belts, corresponding to the shape of the bent sections, having a centered trapezoidal shape with longitudinal sections 5 between its bends, placed above the longitudinal grooves 9 of the bars of the belts.

Крестовая форма соединительной решетки 3, благодаря внутренней статической неопределимости решетчатой металлодеревянной балки обеспечивает наилучшее использование конструкционной стали на растяжение, снижая влияния усилий сжатия в тонких поперечных элементах решетки 3.The cross shape of the connecting lattice 3, due to the internal static indeterminacy of the lattice metal-wood beam, provides the best use of structural steel in tension, reducing the effect of compression forces in the thin transverse elements of the lattice 3.

На фиг. 6 изображен в аксонометрии фрагмент металлодеревянной балки в процессе сборки, где показаны: верхний пояс 1 и нижний пояс 2, составленные из брусьев, склеенных между собой, соединительная решетка 3 с гнутыми участками в форме трапеций, составленная из двух наложенных одна на другую вдоль подобных и равновеликих поперечных элементов и взаимно соединенных при помощи сварки частей соединительной решетки 3, а и 3, b с образованием структуры фермы, боковых углублений 4 в брусьях поясов, соответствующих форме гнутых участков, при этом продольные участки 5 между перегибами составных частей соединительной решетки 3 образуют непрерывные пояса фермы в виде последовательности чередующихся узких и длинных оснований трапеций её составных частей. In FIG. 6 shows a perspective view of a fragment of a metal-wooden beam during assembly, which shows: the upper chord 1 and the lower chord 2, made up of beams glued together, the connecting lattice 3 with bent sections in the form of a trapezoid, composed of two superimposed one on top of the other along similar and equal-sized transverse elements and mutually connected by welding parts of the connecting grid 3, a and 3, b with the formation of a truss structure, side recesses 4 in the bars of the belts corresponding to the shape of the bent sections, while the longitudinal sections 5 between the kinks of the constituent parts of the connecting grid 3 form continuous farm belts in the form of a sequence of alternating narrow and long bases of the trapezoid of its constituent parts.

Металлодеревянная балка состоит из верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2, которые изготовлены преимущественно из клееной древесины. Толщина клееных брусьев не менее 50…60 мм. Применение в поясах клееной древесины решает несколько важнейших технологических задач, связанных с длинномерностью конструкции, однородностью строения и управлением качеством древесины. При использовании многослойной клееной древесины внутренний склеиваемый слой однородной (гомогенной) структуры может быть изготовлен из древесины или древесных материалов с более низкой плотностью, что упростит предварительное формование боковых углублений 4 в брусьях верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 путём механической запрессовки соединительной решетки 3 зигзагообразной формы на прессах проходного типа. Для облегчения формования углублений в поясах могут быть применены известные химические составы, например, на основе аммиака или другие традиционные приёмы пластификации древесины или древесных материалов, например, путём регулирования температуры и влажности.The metal-wooden beam consists of an upper chord 1 and a lower chord 2, which are predominantly made of laminated wood. The thickness of glued beams is not less than 50…60 mm. The use of glued wood in belts solves several important technological problems related to the length of the structure, the uniformity of the structure and the quality control of wood. When using multilayer glued wood, the inner glued layer of a homogeneous (homogeneous) structure can be made of wood or wood materials with a lower density, which will simplify the preliminary molding of lateral recesses 4 in the bars of the upper chord 1 and lower chord 2 by mechanically pressing the connecting grid 3 in a zigzag shape on through-type presses. Known chemistries, such as those based on ammonia, or other traditional plasticizing techniques for wood or wood-based materials, such as temperature and humidity control, can be used to facilitate the formation of the recesses in the belts.

Соединительную решетку 3 зигзагообразной формы получают принудительным гнутьем металлического прутка круглой или иной формы поперечного сечения на профилегибочных станах в холодном или нагретом состоянии.The connecting grid 3 of a zigzag shape is obtained by forced bending of a metal bar of a round or other cross-sectional shape on roll forming mills in a cold or heated state.

Для лучшего механического зацепления поперечное сечение прутка может быть изготовлено периодического профиля с соответствующей нарезкой, рифами (кольцами) или продольными ребрами на боковой поверхности.For better mechanical engagement, the cross section of the rod can be made of a periodic profile with appropriate cutting, reefs (rings) or longitudinal ribs on the side surface.

Наиболее рациональными геометрическими схемами зигзага, в которых достигается наилучшее использование металла, являются геометрические решетки классических ферм типа Уоррена (Warren truss system) и Пратта (Pratt truss system). Как известно, решетка в системе Уоррена – раскосная в виде равнобедренного или равностороннего треугольника с нисходящими раскосами, испытывающими растяжение и восходящими раскосами, испытывающими сжатие. Решетка в системе Пратта – раскосно-стоечная с растянутыми нисходящими раскосами и сжатыми стойками.The most rational geometric zigzag schemes, in which the best use of metal is achieved, are geometric lattices of classical trusses such as Warren (Warren truss system) and Pratt (Pratt truss system). As you know, the lattice in the Warren system is diagonal in the form of an isosceles or equilateral triangle with descending braces experiencing tension and ascending braces experiencing compression. Lattice in the Pratt system is diagonal-rack with stretched descending braces and compressed racks.

Главной особенностью заявленной соединительной решетки 3 является её узловая расцентровка, полученная за счёт придания гнутым участкам дугообразной и трапециевидной формы.The main feature of the claimed connecting grid 3 is its nodal misalignment obtained by giving the bent sections an arcuate and trapezoidal shape.

Продольные участки 5, предусмотренные между точками перегиба гнутых участков соединительной решетки 3, разрежают решетку, снижают затраты металла, расширяют соединительные функции, локально усиливают деревянные пояса на восприятие узловых изгибающих моментов.Longitudinal sections 5, provided between the inflection points of the bent sections of the connecting grid 3, cut the grid, reduce the cost of metal, expand the connecting functions, locally strengthen the wooden belts for the perception of nodal bending moments.

Форма гнутых участков и расположение продольных участков 5 в поперечном сечении брусьев верхнего пояса 1, воспринимающего внешнюю нагрузку, отвечает форме эпюры локальных изгибающих моментов.The shape of the bent sections and the location of the longitudinal sections 5 in the cross section of the bars of the upper belt 1, which receives the external load, corresponds to the shape of the plot of local bending moments.

Форма зигзага соединительной решетки 3 может быть как регулярной, с постоянным шагом поперечных элементов, что благодаря высокой степени повторяемости упрощает изготовление, так и нерегулярной, например, со сгущением шага поперечных элементов соединительной решетки 3 вблизи опор, а также там, где действуют значительные поперечные силы.The shape of the zigzag of the connecting grid 3 can be either regular, with a constant pitch of the transverse elements, which, due to the high degree of repeatability, simplifies manufacturing, and irregular, for example, with a thickening of the pitch of the transverse elements of the connecting grid 3 near the supports, and also where significant transverse forces act .

Длина продольных участков 5 назначается из решения конкретной задачи оптимального проектирования с учётом условий применения, силовой работы и обеспечения надёжности металлодеревянной балки.The length of the longitudinal sections 5 is assigned from the solution of a specific problem of optimal design, taking into account the conditions of use, power work and ensuring the reliability of the metal-wood beam.

В качестве конструкционного металла может использоваться малоуглеродистая сталь с защитными антикоррозионными покрытиями, например, оцинкованием или легированная, в том числе нержавеющая сталь.As a structural metal, low-carbon steel with protective anti-corrosion coatings, for example, galvanized or alloyed, including stainless steel, can be used.

Открытые поперечные элементы соединительной решетки 3, расположенные между поясами и испытывающие сжатие, заключены и вклеены между отрезками парных досок 6 соответствующей геометрической формы, вставленных враспор между поясами, склеенных между собой и имеющих пазы 7 вдоль оси досок со стороны склеивания.The open transverse elements of the connecting lattice 3, located between the chords and experiencing compression, are enclosed and glued between segments of paired boards 6 of the corresponding geometric shape, inserted at a distance between the chords, glued together and having grooves 7 along the axis of the boards from the gluing side.

Такое конструктивное решение повышает жёсткость и устойчивость тонких элементов соединительной решетки 3.Such a constructive solution increases the rigidity and stability of the thin elements of the connecting grid 3.

Скошенная геометрическая форма отрезков парных досок 6 исключает осевое кручение составного сечения, а вклеивание обеспечивает совместность силовой работы древесины и металла.The beveled geometric shape of the segments of paired boards 6 excludes axial torsion of the composite section, and gluing ensures the compatibility of the power work of wood and metal.

Для повышения степени участия парных досок в силовой работе на сжатие могут быть применены известные приёмы: склеивание торцов с поясами, частичная их врезка в пояса, устройство в местах контакта торцов с поясами клиновидных подушек, приклеенных к поясам.To increase the degree of participation of paired boards in the power work in compression, well-known methods can be used: gluing the ends with the belts, their partial insertion into the belts, and the device at the points of contact of the ends with the belts of wedge-shaped pillows glued to the belts.

С целью улучшения эстетического вида балки, защиты от неблагоприятных условий окружающей среды возможно заключение в подобную деревянную обойму из досок и растянутых поперечных элементов соединительной решетки 3. In order to improve the aesthetic appearance of the beam, protect it from adverse environmental conditions, it is possible to enclose it in a similar wooden cage made of boards and stretched transverse elements of the connecting grid 3.

Для повышения надежности клеевых соединений деревянных поясов, стабильности формы поперечных сечений, по меньшей мере, в одном из брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 металлодеревянной балки выполнены продольные пазы 9 на всю длину конструкции, совпадающие с положением продольных участков 5 решетки ломаного с дуговыми сопряжениями трапециевидного очертания.To improve the reliability of adhesive joints of wooden belts, the stability of the cross-sectional shape, at least in one of the bars of the upper belt 1 and the lower belt 2 of the metal-wood beam, longitudinal grooves 9 are made for the entire length of the structure, coinciding with the position of the longitudinal sections 5 of the broken lattice with arc mates trapezoidal shape.

В одном из вариантов балки продольные участки 5 соединительной решетки 3 усилены приваркой дополнительных отрезков прутка 8 с образованием лучей вдоль поясов, размещенных и вклеенных в их продольные пазы 9.In one of the variants of the beam, the longitudinal sections 5 of the connecting grid 3 are reinforced by welding additional sections of the rod 8 with the formation of beams along the belts, placed and glued into their longitudinal grooves 9.

В другом варианте исполнения балки, в зоне с наибольшим изгибающим моментом, дополнительные отрезки прутка 8 объединяют несколько продольных участков 5 с образованием локальной структуры фермы. In another version of the beam, in the zone with the highest bending moment, additional sections of the rod 8 combine several longitudinal sections 5 to form a local truss structure.

Дополнительные отрезки прутка 8, размещаемые в продольных пазах 9 клееных брусьев поясов, облегчают фиксацию и сборку балки в процессе её изготовления, а также формование боковых углублений 4 путем запрессовки гнутых участков зигзагообразной соединительной решетки 3 в брусья верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2.Additional segments of the rod 8, placed in the longitudinal grooves 9 of the glued beams of the belts, facilitate the fixation and assembly of the beam during its manufacture, as well as the formation of side recesses 4 by pressing the bent sections of the zigzag connecting lattice 3 into the beams of the upper belt 1 and lower belt 2.

С целью повышения несущей способности и жёсткости металлодеревянной балки соединительная решетка 3 может быть выполнена составной, образованной из двух однотипных зеркально наложенных друг на друга частей соединительной решетки 3 (Фиг. 5), поперечные элементы которых образуют крестовую решетку между поясами.In order to increase the bearing capacity and rigidity of the metal-wooden beam, the connecting lattice 3 can be made composite, formed from two parts of the connecting lattice 3 of the same type mirror superimposed on each other (Fig. 5), the transverse elements of which form a cross lattice between the belts.

В другом исполнении соединительной решетки 3 металлодеревянной балки её составные части соединительной решетки 3 (Фиг. 6, 3, а и 3, b) с различной геометрической схемой зигзага с трапециевидной формой гнутых участков наложены друг на друга по подобным и равновеликим поперечным элементам, жестко соединены при помощи сварки с образованием замкнутой многосвязной структуры фермы, непрерывные пояса которой состоят из последовательно чередующихся продольных участков 5 в виде узких и широких оснований трапеций.In another version of the connecting lattice 3 of a metal-wood beam, its components of the connecting lattice 3 (Fig. 6, 3, a and 3, b) with a different geometric zigzag scheme with a trapezoidal shape of bent sections are superimposed on each other along similar and equal-sized transverse elements, rigidly connected by welding with the formation of a closed multi-connected truss structure, the continuous belts of which consist of successively alternating longitudinal sections 5 in the form of narrow and wide trapezoid bases.

За счёт дугообразной или трапециевидной формы гнутых участков соединительной решетки, смещенных относительно продольной оси верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 к внешним краям брусьев, искусственно создается расцентровка узлов, что увеличивает рабочую область деревянных поясов, ограниченную боковыми углублениями 4, воспринимающую усилия сдвига, а вклеивание этих гнутых участков в древесину локально повышает несущую способность поясов изгибу.Due to the arcuate or trapezoidal shape of the bent sections of the connecting grid, displaced relative to the longitudinal axis of the upper belt 1 and lower belt 2 to the outer edges of the beams, the misalignment of the nodes is artificially created, which increases the working area of the wooden belts, limited by the side recesses 4, which perceives shear forces, and gluing these bent sections into the wood locally increases the bearing capacity of the bending belts.

В зависимости от назначения, пролета балки, внешних нагрузок толщина прутка должна быть 6..12 мм. Увеличение толщины элементов решетки d напрямую связано с толщиной (шириной) брусьев b. Рекомендуемое соотношение b/d не менее 4.Depending on the purpose, span of the beam, external loads, the thickness of the bar should be 6..12 mm. The increase in the thickness of the lattice elements d is directly related to the thickness (width) of the bars b. The recommended b/d ratio is at least 4.

В качестве клеевого состава целесообразно использовать эпоксидные компаунды, отличающиеся безусадочностью, технологичностью и хорошей адгезией к разнородным материалам, таким как сталь и древесина.As an adhesive composition, it is advisable to use epoxy compounds, which are characterized by non-shrinkage, manufacturability and good adhesion to dissimilar materials, such as steel and wood.

Возможно использование компаундов на основе полиуретановых смол, одним из достоинств которых является возможность использования древесины с повышенной влажностью.It is possible to use compounds based on polyurethane resins, one of the advantages of which is the possibility of using wood with high humidity.

Продольные пазы 9 в деревянных брусьях верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 балки, помимо теснения созданного запрессовкой металлической соединительной решетки 3, а при необходимости локальной доводки до нужных геометрических параметров, могут быть созданы известными механизированными способами, например, фрезерованием.Longitudinal grooves 9 in the wooden bars of the upper chord 1 and lower chord 2 of the beam, in addition to the embossing created by pressing the metal connecting grid 3, and if necessary, local fine-tuning to the desired geometric parameters, can be created by known mechanized methods, for example, milling.

Такая необходимость может возникнуть на участках с природными дефектами, например, сучками. Поэтому при изготовлении брусьев верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 балки предпочтительно использование клееной древесины с исключением в местах контактного взаимодействия с соединительно решеткой 3 подобных пороков древесины или применением многослойной LVL-древесины, изготавливаемой из толстого шпона. Such a need may arise in areas with natural defects, such as knots. Therefore, in the manufacture of beams of the upper chord 1 and lower chord 2 of the beam, it is preferable to use glued wood with the exception of such wood defects in the places of contact interaction with the connecting lattice 3 or the use of multilayer LVL-wood made from thick veneer.

Изготовление металлодеревянной балки осуществляется на поточной линии.The production of a metal-wood beam is carried out on a production line.

На первом этапе изготавливаются клееные брусья для верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 (1-й поток) с продольными пазами 9 и соединительная решетка 3 (2-й поток). После чего на поточной линии с проходным прессом производится монтажная сборка брусьев верхнего пояса 1, нижнего пояса 2 и соединительной решетки 3 с использованием фиксирующих технологических приспособлений, а также монтажных скоб.At the first stage, glued beams are made for the upper chord 1 and lower chord 2 (1st thread) with longitudinal grooves 9 and a connecting grid 3 (2nd thread). After that, on the production line with a through press, the assembly of the bars of the upper belt 1, the lower belt 2 and the connecting grid 3 is carried out using fixing technological devices, as well as mounting brackets.

Следующий этап – совместная прокатка составной конструкции с использованием пресса проходного типа, формирование боковых углублений 4.The next stage is the joint rolling of the composite structure using a through-type press, the formation of lateral recesses 4.

Локальная доводка боковых углублений 4 в проблемных местах механическим способом, а также там, где будут приварены продольные отрезки прутка 8.Local finishing of lateral recesses 4 in problem areas mechanically, as well as where the longitudinal sections of the bar 8 will be welded.

Нарезка строганных парных досок 6 с пазами 7 вдоль оси досок.Cutting planed paired boards 6 with grooves 7 along the axis of the boards.

Завершающий этап – нанесение клеевой композиции, окончательная, сборка всех элементов конструкции балки и запрессовка. Для ускорения процесса склеивания могут быть использованы токи высокой частоты.The final stage is the application of the adhesive composition, the final assembly of all structural elements of the beam and pressing. High frequency currents can be used to speed up the bonding process.

Для повышения надежности клеевых соединений и предотвращения опасного расслоения из-за температурных и влажностных перепадов в местах вклеивания гнутых участков соединительной решетки 3 в брусья верхнего пояса 1 и нижнего пояса 2 конструктивно ставятся аварийные механические связи (винты, болты).To improve the reliability of adhesive joints and prevent dangerous delamination due to temperature and humidity changes in the places where the bent sections of the connecting grid 3 are glued into the bars of the upper chord 1 and lower chord 2, emergency mechanical connections (screws, bolts) are constructively placed.

Claims

1. A metal-wood beam with composite upper and lower wooden belts and a connecting lattice made of a zigzag bent metal rod, in which each belt is glued from two longitudinal bars, having, at least on the gluing side of one of the bars, side recesses corresponding in shape bends of a metal rod, and the bent sections of the lattice are placed between the bars of the belts in the corresponding recesses, characterized in that the belts are made of glued wood, the zigzag lattice at the junctions with the belts is centered, has an arc or broken trapezoid shape with arc mates with longitudinal sections between the kinks, providing anchoring of the lattice and local reinforcement of the chords in the zone of action of nodal bending moments, and the recesses in the chords are obtained by preliminary mechanical pressing of the grating by compacting the wood on presses of the through-type type.

2. The beam according to claim 1, characterized in that the beams of the belts are multi-layered with inner layers of a homogeneous structure that have undergone plasticization before recesses were created in them by preliminary mechanical pressing of the connecting grid.

3. The beam according to claim 1, characterized in that at least one of the bars of the upper and lower chords of the beam has longitudinal grooves for the entire length of the structure, coinciding with the position of the longitudinal sections of the connecting lattice of a broken outline.

4. The beam according to claim 1, characterized in that the open transverse elements of the connecting grid, located between the chords and at least in compression, are enclosed and glued between paired sections of boards of the appropriate shape, inserted at a distance between the chords, glued together and having grooves along the axis of the boards from the gluing side.

5. The beam according to claim 1, characterized in that the longitudinal sections of the connecting grid are reinforced by welding additional sections of the rod with the formation of beams along the wooden belts, placed and glued into their longitudinal grooves.

6. The beam according to claim 1, characterized in that the longitudinal sections of the connecting lattice in the zone of action of the greatest bending moment in the beam from the external load are obtained by welding of rod segments that combine several longitudinal sections of the connecting lattice, placed and glued into the longitudinal grooves of the belts, with the formation of a local flat farm structures.

7. Beam according to paragraphs. 1, 6, characterized in that the connecting lattice is made composite of two parts of the same type mirror superimposed on each other with a trapezoidal shape of bent sections, the transverse elements of which form a cross connecting lattice between wooden belts.

8. Beam according to paragraphs. 1, 6, characterized in that the connecting lattice is made composite of two parts rigidly connected at the points of contact with a different zigzag pattern with a trapezoidal shape of bent sections superimposed on each other along similar and equal transverse elements of the lattice to form a multi-connected structure of a flat truss, linear belts which are a continuous sequence of alternating longitudinal sections of the constituent parts of the connecting lattice in the form of narrow and wide bases of trapezoids.

9. The beam according to claim 1, characterized in that along the outer boundaries of the places where the bent sections of the connecting lattice are pasted into the bars of the upper chord and the lower chord, mechanical tensile bonds are structurally installed.