Композитный конструкционный элемент

Полезная модель относится к композитным конструкционным элементам, выполненным в виде бруса с прямоугольным сечением, которые могут найти широкое применение при изготовлении большой номенклатуры легких, сборно-разборных конструкций, например, быстро сооружаемых концертных площадок, выставочных и торговых павильонов, строительных конструкций, таких как, навесные потолки, межсекционные перегородки, колонны, а также для изготовления разнообразных предметов мебели, в том числе столов, торговых витрин, стеллажей, стоек для аудио-видео аппаратуры и т.п. Композитный конструкционный элемент выполнен в виде бруса прямоугольного сечения, внешний контур которого образован наружными ламелями, между которыми расположен внутренний слой, при этом внутренний слой выполнен из легкого, пенистого наполнителя и облицован ламелями, изготовленными из листового материала, а по всей длине внутреннего слоя выполнен паз, в который помещено средство крепления. Композитный конструкционный элемент также характеризуется тем, что отношение толщины «m» наружной ламели к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:50 до 1:5, отношение глубины «L» упомянутого паза к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:6 до 3:4, а отношение толщины «h» паза к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:20 до 1:5. Композитный конструкционный элемент может быть выполнен прямоугольного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнено два паза, расположенные симметрично относительно продольной оси бруса.

Полезная модель относится к композитным конструкционным элементам, выполненным в виде бруса с прямоугольным сечением, которые могут найти широкое применение при изготовлении большой номенклатуры легких, сборно-разборных конструкций, например, быстро сооружаемых концертных площадок, выставочных и торговых павильонов, строительных конструкций, таких как, навесные потолки, межсекционные перегородки, колонны, а также для изготовления разнообразных предметов мебели, в том числе столов, торговых витрин, стеллажей, стоек для аудио-видео аппаратуры и т.п.

В настоящее время большая часть конструкционных элементов в виде бруса, используемых в качестве строительного материала для жилых и хозяйственных объектов, а также для изготовления мебели и различных столярных изделий, выполняется из древесины.

Известен цельный брус прямоугольного или квадратного сечения, получаемый в процессе продольной распиловки круглого лесоматериала на типовом промышленном оборудовании, например, обычной пилораме, и используемый при сооружении стен, перегородок, каркасов конструкций помещений и других объектов (А.Н.Пясоцкий. Лесопильное производство. М., 1970, с.431).

Существенным недостатком такого изделия является необходимость использования для его получения бревен относительно большого диаметра и длины, т.е. лесного массива с достаточным возрастом, а также большой расход исходного лесоматериала на единицу продукции. Известно, что лесные массивы в процессе промышленных разработок, сокращаются быстрее, чем восстанавливаются. Кроме того, непосредственно заготовка лесоматериалов, помимо стоимости воспроизводства лесных массивов, постоянно дорожает в силу различных и многочисленных факторов.

В этой связи постоянно ведется поиск решений, которые позволят значительно сократить использование цельного массива древесины, а также предпринимаются попытки замены натуральной древесины другими конструкционными материалами.

Одним из таких направлений является вовлечение в хозяйственный оборот тонкомерного сырья диаметром 8-14 см. По данным научно-производственного центра «Промдрев» при Хабаровском государственном техническом университете

выход пиломатериалов из такого тонкомерного сырья составляет около 50%, а объем тонкомерной низкотоварной древесины в общем объеме лесосечного фонда составляет более 30%. Поэтому технология производства конструкционных элементов из этого, пока мало используемого сырья, является актуальной и получает широкое распространение.

Известен брус, содержащий четыре секторные детали, ориентированные наружными поверхностями внутрь и склеенные между собой по кромкам одинаковой ширины, при этом упомянутые кромки выполнены по сбегу бревна, а смежные детали повернуты относительно друг друга на 180° (Полезная модель РФ №11751, МПК 6 В 27 М 3/00, 1999 г.).

Данное техническое решение позволяет использовать для изготовления бруса бревна небольшого диаметра, а также значительные объемы отходов древесного производства, что в итоге, позволяет существенно сократить потребление бревен большого диаметра и длины, а, следовательно, и лесного массива в целом.

Вместе с тем, такая конструкция, хотя и обеспечила существенное сокращение используемого сырья, тем не менее, изготавливаемые по такой технологии брусья, не обеспечивают, в ряде случаев, необходимого запаса прочности. Используемый клей в процессе эксплуатации бруса в конструкции стареет, относительная жесткость соединенных частей бруса уменьшается, что может привести к нарушению прочности конструкции. Кроме того, различные составляющие части такой конструкции бруса, в процессе старения материала, также подвергаются различным деформациям, что в итоге может также привести к нарушению целостности конструкции.

Известен также брус, выполненный из отходов древесины следующим образом. Пиломатериал, отобранный для изготовления бруса, подвергают сушке при мягких режимах. Из высушенного материала удаляют пороки строения древесины, недопустимые пороки формы и склеивают заготовки на зубчатые шипы. Склеенные заготовки фрезеруют по пласти на продольно-фрезерном станке, после чего производят раскрой непрерывной ленты на заготовки требуемой длины и выдерживают на подстопном месте. Полученные заготовки склеивают по пласти клеем КБ-3 в брус необходимых размеров, фрезеруют боковые поверхности бруса под углом 90° к их основанию (авторское свидетельство СССР №905087, МПК 3, В 27 М 3/00, В 32 В 21/14, 1980 г.).

Использование этого технического решения значительно сокращает расход добротного лесоматериала, однако выполнения бруса в виде цельного массива,

утяжеляет конструкционный элемент, и в процессе неравномерного старения материала, брус меняет свою форму, создавая в конструкции дополнительные напряжения.

Известна также технология производства пустотелого строительного бруса из тонкомерной древесины. В соответствии с этой технологией отсортированную по диаметрам и качеству низкотоварную древесину окорковывают, торцуют бревна в размер, формируют лыски на каждом бревне с четырех сторон, распиливают бревно продольно на четыре сегмента, в сегментах пропиливают компенсационные канавки, затем сегменты сушат, далее производят нанесение клея, сборку сегментов, склеивание (под прессом), сращивание (на зубчатый шип), раскрой по длине, калибрование, герметизацию швов, упаковку (Лесной комплекс Дальнего Востока, 17.09.2003). Данное решение позволяет использовать и тонкомерную древесину, однако, сам технологический процесс достаточно сложен, длителен и трудоемок.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является брус, содержащий одинаковые элементы, соединенные по длине в пакет наибольшей по площади плоскостью, при этом внутренние элементы, имеющие длину меньшую, чем внешние элементы, образуют одно или несколько промежуточных пространств, а внутренние элементы соединены с внешними элементами двусторонней гвоздевой пластиной (свидетельство РФ на полезную модель №23406, МПК 7 В 27 М 3/00, 2002 г.).

В данном решении хотя и обеспечивается дальнейшее снижение используемой деловой древесины, тем не менее, она еще используется в значительных объемах, а брус, выполненный в соответствии с этим решением достаточно тяжел и его использование при сооружении легких, быстро сооружаемых конструкций достаточно проблематично.

Задача, положенная в основу заявляемой полезной модели, заключается в создание облегченного конструкционного элемента в виде бруса, который можно было бы использовать при сооружении быстро монтируемых, сборно-разборных строительных конструкций, например, выставочных павильонов, а также для изготовления предметов мебели, различного назначения.

Технический результат, достигаемый в процессе использования данной полезной модели, заключается в существенном снижении расхода деловой древесины, за счет выполнения бруса, внутренний объем которого заполнен пенистым

наполнителем, при этом его прочностные характеристики, не уступают аналогичным характеристикам бруса, выполненного из цельного массива древесины.

Задача, положенная в основу заявляемой полезной модели, с достижением в процессе реализации заявляемой полезной модели упомянутого технического результата, решается тем, что в известном композитном конструкционном элементе, представляющем собой брус прямоугольного сечения, внешний контур которого образован наружными ламелями, между которыми расположен внутренний слой, внутренний слой выполнен из легкого, пенистого наполнителя и облицован ламелями, изготовленными из листового материала, при этом по всей длине внутреннего слоя выполнен паз, в который помещено средство крепления;

- а также тем, что отношение толщины «m» наружной ламели к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:50 до 1:5;

- а также тем, что отношение глубины «L» упомянутого паза к толщине «T» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:6 до 3:4, а отношение толщины «h» паза к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:20 до 1:5;

- а также тем, что упомянутый брус выполнен квадратного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнен паз;

- а также тем, что упомянутый брус выполнен прямоугольного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнено два паза, расположенные симметрично относительно продольной оси бруса;

- а также тем, что отношение глубины «L» каждого из упомянутых пазов к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:6 до 3:4, а отношение толщины «h» каждого из пазов к толщине «Т» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:20 до 1:5;

- а также тем, что ширина «М» упомянутого бруса выполнена равной двум толщинам «N» бруса;

- а также тем, что наружные ламели, образующие внешний контур бруса, закреплены на внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания, при этом в качестве клея использован формальдегидный клей;

- а также тем, что упомянутое средство крепления выполнено в виде стержня с резьбой;

- а также тем, что наружные ламели покрыты декоративным отделочным материалом;

- а также тем, что в качестве декоративного отделочного материала использован или шпон ценных пород дерева, или пленка, или ткань, или кожа, или бумага, или фольга, или грунтовка, или краска, или лак;

- а также тем, что брус квадратного сечения может быть образован из двух брусьев прямоугольного сечения, соединенных друг с другом сторонами с наибольшей по площади плоскостью посредством склеивания;

- а также тем, что в качестве легкого, пенистого наполнителя использован пенополистерол.

Полезная модель иллюстрирована следующими графическими материалами.

На фиг.1 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения; на фиг.1а - сечение композитного конструкционного элемента по А-А; на фиг.1б - сечение композитного конструкционного элемента по В-В; на фиг.1с - композитный конструкционный элемент в изометрии.

На фиг.2 показан композитный конструкционный элемент прямоугольного сечения; на фиг.2а - сечение композитного конструкционного элемента по А-А; на фиг.2б - сечение композитного конструкционного элемента по В-В; на фиг.2с - композитный конструкционный элемент в изометрии.

На фиг.3 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения, выполненный из двух брусьев прямоугольного сечения; на фиг.3а - сечение композитного конструкционного элемента по А-А; на фиг.3б - сечение композитного конструкционного элемента по В-В; на фиг.3с - композитный конструкционный элемент в изометрии.

Внешний контур композитного конструкционного элемента фиг.1 и фиг.2 образован ламелями 1, являющимися армирующими элементами. Ламели изготавливаются из тонкого, листового материала, в качестве которого может быть использована фанера, пластики и тонкие деревосодержащие плиты: ДСП, ДВП, МДФ. С наружной поверхности ламели покрывают отделочным материалом 2: шпоном ценных пород дерева, пленкой, тканью, кожей, бумагой, фольгой, грунтовкой, краской или лаком. Между наружными ламелями 1 расположен внутренний слой, являющийся матрицей, выполненный из легкого, пенистого наполнителя 3, в качестве которого можно использовать термопластичные полимеры, например, полиэтилен, полистерол, полипропилен, поливинилхлорид, полиуретаны, пенополистерол. По всей длине внутреннего слоя выполнен паз 4, в котором размещено средство крепления, которое может быть выполнено, например, в виде стержня 5 с резьбой, монтирующегося стяжными гайками 6.

Композитный конструкционный элемент фиг.3 может быть изготовлен из двух брусьев прямоугольного сечения, ширина каждого из которых равна двум толщинам бруса. При склеивании таких брусьев друг с другом, сторонами с наибольшей по площади плоскостью, получают композитный конструкционный элемент с квадратным сечением.

Композитный конструкционный элемент может быть изготовлен следующим образом: пакет из двух листов фанеры, на внутреннюю сторону пласти которых предварительно нанесен клей, с размещенной между ними заготовкой из пенополистерола, помещают под пресс для склеивания. Полученную таким образом заготовку раскраивают на брусья квадратного или прямоугольного сечения. Затем с одной стороны, не закрытой фанерой, бруса квадратного сечения или с двух сторон, не закрытых фанерой, бруса прямоугольного сечения фрезеруется паз требуемой глубины При необходимости две заготовки прямоугольного сечения можно склеить друг с другом сторонами с наибольшей по площади плоскостью для получения бруса квадратного сечения двойной толщины. Далее на каждую незакрытую фанерой сторону бруса помещается заготовка из фанеры соответствующей длины и ширины, на внутреннюю сторону пласти которой предварительно нанесен клей. Полученный таким образом пакет помещают под пресс для склеивания. Изготовленный брус при необходимости калибруют в точный размер или под декоративную отделку, которая может быть выполнена путем покрытия поверхности шпоном ценных пород дерева, пленкой, тканью, кожей, бумагой, фольгой, грунтовкой, краской или лаком.

В процессе изготовления композитного конструкционного элемента обеспечивается выполнение следующих условий:

- отношение толщины «m» наружных ламелей 1 к толщине «Т» внутреннего слоя 3 находится в диапазоне от 1:50 до 1:5;

- отношение глубины «L» паза 4 к толщине «Т» внутреннего слоя 3 находится в диапазоне от 1:6 до 3:4;

- отношение толщины «h» паза 4 к толщине «Т» внутреннего слоя 3 находится в диапазоне от 1:20 до 1:5.

Приведенные соотношения и их оптимальные диапазоны получены экспериментальным путем, а также исходя из того, что при использовании более тонких материалов не обеспечивает требуемых прочностных характеристик бруса, а применение более толстого материала не приводит к увеличению прочностных характеристик бруса при существенном росте веса и стоимости материала.

Композитный конструкционный элемент, выполненный в соответствии с заявленной полезной моделью, представляет собой существенно облегченную конструкцию, практически исключающую использование деловой древесины, и по своим прочностным характеристикам не уступающую аналогичным брусам, выполненным из древесины. У него отсутствуют внутренние напряжения, возникающие в брусах из дерева в процессе их старения, а также деформации под действием упомянутых напряжений и внешних воздействий окружающей среды. Кроме того, композитный конструкционный элемент, выполненный в соответствии с заявленной полезной моделью, обладает очень низким коэффициентом теплопроводности и звукопроводимости, т.е. может использоваться для тепло- и звукоизоляции. При использовании для изготовления композитного конструкционного элемента влагостойких материалов, можно добиться минимального водопоглощения, не достижимого при использовании деревянного бруса. Заявляемый композитный конструкционный элемент имеет более высокую морозостойкость и может использоваться в конструкциях, подверженных частой смене температурных режимов при сохранении механических и теплоизоляционных свойств. Он также обладает высокой устойчивостью к биологическим воздействиям, таким как плесень, грибок, гниение и т.п. Применяемые для производства композитного конструкционного элемента материалы являются, в основном, безвредными и безопасными для здоровья человека. Точность геометрических размеров и незначительный вес композитного конструкционного элемента, выполненного в соответствии с заявленной полезной моделью, позволяет достичь максимальной производительности труда при сборке и монтаже, без применения специальных инструментов и механизмов.

Заявленный композитный конструкционный элемент может серийно изготавливаться в условиях современного производства, с использованием имеющегося стандартного оборудования, современных технологий и материалов.

1. Композитный конструкционный элемент, выполненный в виде бруса прямоугольного сечения, внешний контур которого образован наружными ламелями, между которыми расположен внутренний слой, отличающийся тем, что внутренний слой выполнен из легкого, пенистого наполнителя и облицован ламелями, изготовленными из листового материала, при этом по всей длине внутреннего слоя выполнен паз, в который помещено средство крепления.

2. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что отношение толщины "m" наружной ламели к толщине "Т" внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:50 до 1:5.

3. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что отношение глубины "L" упомянутого паза к толщине "Т" внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:6 до 3:4, а отношение толщины "h" паза к толщине "Т" внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:20 до 1:5.

4. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутый брус выполнен квадратного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнен паз.

5. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутый брус выполнен прямоугольного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнено два паза, расположенные симметрично относительно продольной оси бруса.

6. Композитный конструкционный элемент по п.5, отличающийся тем, что отношение глубины "L" каждого из упомянутых пазов к толщине "Т" внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:6 до 3:4, а отношение толщины "h" каждого из пазов к толщине "Т" внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1:20 до 1:5.

7. Композитный конструкционный элемент по п.5, отличающийся тем, что ширина "М" упомянутого бруса выполнена равной двум толщинам "N" бруса.

8. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что наружные ламели, образующие внешний контур бруса, закреплены на внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания.

9. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве клея использован формальдегидный клей.

10. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство крепления выполнено в виде стержня с резьбой.

11. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что наружные ламели покрыты декоративньм, отделочным материалом.

12. Композитный конструкционный элемент по п.11, отличающийся тем, что в качестве декоративного отделочного материала использован или шпон ценных пород дерева, или пленка, или ткань, или кожа, или бумага, или фольга, или грунтовка, или краска, или лак.

13. Композитный конструкционный элемент по п.7, отличающийся тем, что брус квадратного сечения образован из двух брусков прямоугольного сечения, соединенных друг с другом сторонами с наибольшей по площади плоскостью посредством склеивания.

14. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкого, пенистого наполнителя использован пенополистирол.