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 длине композитного конструкционного элемента выполнен, по крайней мере, один паз, ориентированный под углом к продольной оси композитного конструкционного элемента. Монтажный конструкционный элемент также характеризуется тем, что отношение глубины «L» упомянутого паза к толщине «N» композитного конструкционного элемента находится в диапазоне 0,45-0,55, а ширина «Т» паза равна ширине композитного конструкционного элемента «М».

Полезная модель относится к композитным конструкционным элементам, выполненным в виде бруса прямоугольного сечения, которые могут найти широкое применение при изготовлении большой номенклатуры 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 немногим 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.

Известен также 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.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату, является клееный брус для изготовления окон и дверей, включающий наружные ламели, выполненные из древесины, и внутренний слой, расположенный между наружными ламелями, при этом внутренний слой выполнен из твердого полиуретанового материала (свидетельство РФ на полезную модель №25447, МПК 7 В 27 М 3/00, 3/18; В 32 В 21/00, 2002 г.).

В данном решении частично минимизирована задача экономии древесины, за счет выполнения среднего слоя бруса из твердого полиуретанового материала. Однако в данном изделии внешний контур выполнен незамкнутым, что не обеспечивает требуемых прочностных характеристик, при использовании такого бруса в качестве монтажного конструкционного элемента.

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, выполненном в виде бруса прямоугольного сечения, имеющего наружные ламели и расположенный между ламелями внутренний слой, выполненный из наполнителя, внешний контур композитного конструкционного элемента, образованный наружными ламелями, изготовленными из листового материала, выполнен замкнутым, а внутренний слой выполнен из легкого, пенистого наполнителя, при этом по длине композитного конструкционного элемента выполнен, по крайней мере, один паз, ориентированный под углом к продольной оси композитного конструкционного элемента;

- а также тем, что ширина паза «Т» равна ширине композитного конструкционного элемента «М»;

- а также тем, что отношение глубины паза «L» к толщине композитного конструкционного элемента «N» находится в диапазоне 0,45-0,55;

- а также тем, что упомянутый композитный конструкционный элемент выполнен квадратного сечения;

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

- а также тем, что наружные ламели, образующие внешний контур композитного конструкционного элемента, выполненные из листового материала, закреплены на внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания;

- а также тем, что в качестве клея использован формальдегидный клей;

- а также тем, что в качестве листового материала для изготовления упомянутых ламелей использованы или фанера, или пластики, или деревосодержащие плиты: ДСП, ДВП, МДФ;

- 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 в качестве легкого, пенистого наполнителя использованы газонаполненные пластики на основе полиуретанов, полиэтилена, полистирола, полипропилена, поливинилхлорида.

Полезная модель иллюстрирована следующими графическими материалами.

На фиг.1 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения;

на фиг.1а - сечение композитного конструкционного элемента по В-В; на фиг.1б - вид композитного конструкционного элемента сверху со стороны поверхности элемента, на которой выполнены поперечные пазы. На фиг.2 показано сечение композитного конструкционного элемента по А-А. На фиг.3 показан один из возможных примеров сборки из композитных конструкционных элементов в изометрии.

Внешний контур монтажного конструкционного элемента фиг.1 и 2 образован ламелями 1. Ламели изготавливаются из тонкого, листового материала, в качестве которого может быть использована фанера, 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 использованы газонаполненные пластики на основе полиуретанов, полистирола, полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида.

Монтажный конструкционный элемент изготавливают следующим образом: пакет из двух листов фанеры, на внутреннюю сторону пласти которых предварительно нанесен клей, с размещенной между ними заготовкой из пенистого наполнителя, помещают под пресс для склеивания. Полученную таким образом заготовку раскраивают на брусья квадратного или прямоугольного сечения. 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. Кроме того, в брусе выполняют один или несколько пазов, ориентированных под углом к продольной оси, для обеспечения возможности соединения брусьев между собой.

В процессе изготовления композитного конструкционного элемента обеспечивается выполнение следующих условий:

- ширина паза «Т» равна ширине композитного конструкционного элемента «М»;

- отношение глубины паза «L» к толщине композитного конструкционного элемента «N» находится в диапазоне 0,45-0,55.

Приведенные соотношения и их оптимальные диапазоны получены экспериментальным путем, а также исходя из того, что они обеспечивают наиболее легкое и прочное соединение композитных конструкционных элементов между собой.

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. Наличие одного или нескольких пазов указанных геометрических соотношений 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, имеющий наружные ламели и расположенный между ламелями внутренний слой, выполненный из наполнителя, отличающийся тем, что внешний контур композитного конструкционного элемента, образованный наружными ламелями, изготовленными из листового материала, выполнен замкнутым, а внутренний слой выполнен из легкого, пенистого наполнителя, при этом по длине композитного конструкционного элемента выполнен, по крайней мере, один паз, ориентированный под углом к продольной оси композитного конструкционного элемента.

2. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что ширина паза "Т" равна ширине композитного конструкционного элемента "М".

3. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что отношение глубины паза "L" к толщине композитного конструкционного элемента "N" находится в диапазоне 0,45-0,55.

4. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что упомянутый композитный конструкционный элемент выполнен квадратного сечения.

5. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что ширина "М" упомянутого композитного конструкционного элемента выполнена равной двум толщинам "N" композитного конструкционного элемента.

6. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что наружные ламели, образующие внешний контур композитного конструкционного элемента, выполненные из листового материала, закреплены на внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания.

7. Композитный конструкционный элемент по п.6, отличающийся тем, что в качестве клея использован формальдегидный клей.

8. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве листового материала для изготовления упомянутых ламелей использованы или фанера, или пластики, или деревосодержащие плиты: ДСП, ДВП, МДФ.

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

10. Композитный конструкционный элемент по п.9, 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.

11. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкого, пенистого наполнителя использованы газонаполненные пластики на основе полиуретанов, полиэтилена, полистирола, полипропилена, поливинилхлорида.