PL248675B1 - Drewniana belka konstrukcyjna - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest drewniana belka konstrukcyjna z krzywoliniowymi podcięciami i ściągiem stalowym, swobodnie podparta, mająca zastosowanie w budownictwie, zwłaszcza jako dźwigarowy element konstrukcyjny. Drewniana belka konstrukcyjna z drewna klejonego charakteryzuje tym, że wzdłuż drewnianej belki konstrukcyjnej (1) są co najmniej trzy poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) ułożone symetrycznie względem pionowej osi symetrii belki oraz co najmniej dwa żebra (4), które znajdują się pomiędzy poprzecznymi krzywoliniowymi wycięciami (5), przy czym poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) mają kształt eliptyczny lub kołowy o długości: cięciwy a, która ma długość od 0,75 m do 1,25 m i strzałce h, która ma wysokość od 1/4 do 1/3 całkowitej wysokości belki (1) H, która to wysokość H belki (1) stanowi liczbę n lameli o pojedynczej wysokości c oraz H zawiera się w granicach od 0,8 m do 1,4 m.

Description

Przedmiotem wynalazku jest drewniana belka konstrukcyjna z krzywoliniowymi podcięciami oraz ściągiem stalowym, swobodnie podparta mająca zastosowanie w budownictwie zwłaszcza jako dźwigarowy element konstrukcyjny.

STAN TECHNIKI

Znane są dźwigarowe belki budowlane o różnych właściwościach materiałowych oraz zróżnicowanych przekrojach poprzecznych i podłużnych. Szczególne miejsce mają tutaj dźwigarowe belki budowlane drewniane, które uzyskuje się poprzez łączenie kawałków drewnianych.

Z polskiego opisu patentowego PL.162908 znana jest belka budowlana warstwowo-kształtowa, wykonana z włókna z cementem. Koncepcja konstrukcji jest zbliżona do budowy wewnętrznej drewna. Belka budowlana złożona jest w taki sposób, że kanałowy rdzeń, zbudowany z kształtowników o ściankach z włókniny, na której jest skorupa cementowa, otulają słoje wewnętrzne, wiążące z włókniny ze skorupą cementową. Pomiędzy warstwami a słojami środkowymi znajdują się cięgna nośne w postaci lin włókiennych ze skorupą cementową w listwach betonowych. Liny są w stanie wstępnie sprężone, co pozwala zrównoważyć dopuszczalne obciążenia eksploatacyjne belki.

Z opisu wzoru użytkowego Ru.053930 znane są belki ażurowe charakteryzujące się obniżonym środkiem ciężkości. Belki składają się z dwóch części, z których dolna część, rozciągana w trakcie pracy, ma pole powierzchni przekroju poprzecznego większe od pola powierzchni przekroju poprzecznego części górnej, ściskanej lub mniej rozciąganej podczas pracy. Belki powstały poprzez rozcięcie dwóch dwuteowników wzdłuż linii łamanej o takiej samej charakterystyce geometrycznej dla obu dwuteowników, a następnie zestawionych w taki sposób, że powstają między nimi otwory.

Z holenderskiego zgłoszenia patentowego NL8203471A znana jest belka wykonana z drewna o standardowych wymiarach, gdzie w każdej z przeciwnych płaszczyzn w strefie ścisku i rozciągania wzdłuż belki umieszczony jest pojedynczy pręt. W każdym szczelinie umieszczono pręt stalowy lub w szczelinie przynależnej do strefy ścisku umieszczono sznur lub strunę włókienniczą jako zbrojenie, osadzone w utwardzonym materiale polimerowym przylegającym do zbrojenia i ścianki szczeliny. Belka jest zakotwiczona w zakrzywionej pozycji w strefie ścisku pod wpływem zbrojenia, tworząc wygięcie.

Z australijskiego opisu patentowego AU2022202080B1 znana jest belka konstrukcyjna, która składa się z warstwowego laminatu drewnianego w połączeniu z elementami usztywniającymi, które pozwalają na uzyskanie wyższego standardu konstrukcyjnego dla laminatu drewnianego. W jednym z wariantów, belka z laminatu drewnianego składa się z warstw drewnianych sklejonych razem o ogólnie owalnym kształcie poprzecznym i długości podłużnej, kształt poprzeczny obejmuje stosunkowo krótsze boki szerokości i dłuższe boki głębokości. Krótsze boki szerokości belki z laminatu drewnianego posiadają wydłużone wgłębienia, a elementy usztywniające są umieszczone i przyklejone wewnątrz tych wydłużonych wgłębień w belce z laminatu drewnianego. Metoda produkcji obejmuje dostarczenie belki z laminatu drewnianego, wyformowanie przynajmniej jednego wydłużonego wgłębienia w krótszym boku szerokości belki z laminatu drewnianego lub bokach, oraz umieszczenie i przyklejenie przynajmniej jednego elementu usztywniającego w przynajmniej jednym wydłużonym wgłębieniu.

Z amerykańskiego opisu zgłoszenia patentowego US2003029128A1 znana jest belka drewniana złożona kilku sekcji, które są poddawane naprężeniu poprzecznemu, zwłaszcza w obszarach, w których znajdują się wgłębienia lub otwory. W belce zastosowano elementy w postaci prętów, na przykład śrub, które są wprowadzone w taki sposób, że rozciągają się poprzecznie do kierunku podłużnego belki, aby absorbować to naprężenie poprzeczne. Te śruby są wkręcane od górnej strony lub od dolnej strony belki i każda z nich rozciąga się tylko przez część wysokości (H) belki, co bezpośrednio wiąże się z obszarem, który jest poddany naprężeniu poprzecznemu.

Dotychczasowe rozwiązania w przypadku zastosowania kanałów dla instalacji np. elektrycznej, czy wentylacyjnej znacząco pogarszają właściwości mechaniczne belki.

UJAWNIENIE WYNALAZKU

Problemem technicznym rozwiązywanym przez wynalazek jest poprowadzenie przewodów instalacyjnych w belce z drewna klejonego, przy zachowaniu jej rozmiarów oraz nośności, co uzyskuje się dzięki wycięciom krzywoliniowym wzdłuż belki, wykonanej w strefie rozciągalnej oraz zastosowaniu ściągu stalowego z płaskownika, poniżej wycięć.

W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wskazanych niedogodności i dostarczenie belki o nośności zbliżonej do wartości uzyskiwanej dla belki bez wycięć o tych samych wymiarach, co uzyskuje się poprzez zastosowanie krzywoliniowych wycięć oraz wzmocnień w postaci elementów metalowych usytuowanych przy dolnej krawędzi belki zamocowanych elementami trzpieniowymi.

Drewniana belka konstrukcyjna wg wynalazku zbudowana z segmentów w postaci podłużnych lameli z drewna klejonego wyposażona w elementy wzmacniające w strefie rozciąganej w postaci elementów trzpieniowych oraz z płaskowników ze stali konstrukcyjnej, przeznaczona do stosowania jako element dźwigarowy w budownictwie charakteryzuje się tym, że wzdłuż drewnianej belki konstrukcyjnej są co najmniej trzy poprzeczne krzywoliniowe wycięcia ułożone symetrycznie względem pionowej osi symetrii belki oraz co najmniej dwa żebra, które znajdują się pomiędzy poprzecznymi krzywoliniowymi wycięciami, przy czym poprzeczne krzywoliniowe wycięcia mają kształt eliptyczny lub kołowy o wymiarach: - cięciwy a, która ma długość od 0,75 m do 1,25 m i

- strzałce h, która ma wymiar od 1/4 do 1/3 całkowitej wysokości belki H, która to wysokość H belki stanowi liczbę n lameli o pojedynczej wysokości c oraz H zawiera się w granicach od 0,8 m do 1,4 m.

Korzystnie, poprzeczne krzywoliniowe wycięcia są symetryczne względem pionowej osi symetrii, która przebiega w osi belki i stanowi oś symetrii poprzecznego krzywoliniowego wycięcia centralnego, natomiast kolejne poprzeczne krzywoliniowe wycięcia rozmieszczone są tak, że ich osie symetrii są oddalone od siebie o odległość d, która zawiera się od 0,9 m do 1,5 m, przy czym odległość pomiędzy sąsiadującymi dwoma poprzecznymi krzywoliniowymi wycięciami stanowi żebro, którego długość wynosi 0,2 długości cięciwy a i poprzeczne krzywoliniowe wycięcia wykonane są w liczbie odpowiadającej zachowaniu pełnych poprzecznych krzywoliniowych wycięć, tak aby w miejscu przyczółków długość żebra przekroju o pełnej wysokości H była nie mniejsza niż 0,5 długości cięciwy a oraz nie mniejsza niż wysokość przekroju w miejscu podparcia.

Korzystnie, elementy trzpieniowe są umiejscowione symetrycznie między osiami wycięć w miejscach pełnej wysokości H.

Zaletą zastosowanego rozwiązania jest łatwy dostęp do stref instalacyjnych oraz brak konieczności prowadzenia dodatkowych prac przy remoncie lub naprawach instalacji, ze względu na to, że instalacje są poprowadzone w dolnej strefie belki.

Zasadniczą zaletą jest zastosowanie krzywoliniowego wycięcia zamiast wycięcia o przekroju np. prostokątnym, z uwagi na pracę konstrukcji, zwłaszcza na mniejszą koncentrację naprężeń rozciągających.

Kolejną zaletą jest zachowanie podobnych właściwości mechanicznych jak przy belce bez wycięć, pomimo zapewnienia kanałów instalacyjnych.

Inną zaletą jest prostota konstrukcji.

Zaletą jest zastosowanie krzywoliniowego wycięcia zamiast wycięcia o przekroju np. prostokątnym, z uwagi na pracę konstrukcji, zwłaszcza na mniejszą koncentrację naprężeń rozciągających. KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU

W celu należytego zrozumienia wynalazku, został on zilustrowany w przykładach wykonania oraz na załączonych figurach rysunku, na których:

Fig. 1 - przedstawia widok drewnianej belki konstrukcyjnej;

Fig. 2 - przedstawia widok

A) przekroju drewnianej belki konstrukcyjnej w miejscu pełnego przekroju, tj. bez wycięć;

B) przekroju drewnianej belki konstrukcyjnej w miejscu z krzywoliniowym wycięciem ze ściągiem stalowym w postaci płaskownika;

Fig. 3 - przedstawia szczegół widoku przyczółku w drewnianej belce konstrukcyjnej;

Fig. 4 - przedstawia widok drewnianej belki konstrukcyjnej z zaznaczonymi wymiarami.

Drewniana belka konstrukcyjna na przedstawionych załączonych figurach jest jedynie ukazana jako poglądowa, natomiast ostateczny kształt wraz z wymiarami zależny jest od zastosowania belki w konkretnej konstrukcji.

SPOSOBY WYKONANIA WYNALAZKU

Poniższe przykłady ilustrują wynalazek, nie ograniczając go w żaden sposób.

Przykład 1. DREWNIANA BELKA KONSTRUKCYJNA

Na rysunku fig. 1 oraz fig. 4 przedstawiono drewnianą belkę konstrukcyjną 1 wykonaną z drewna konstrukcyjnego klejonego jednorodnego klasy GL24h o wymiarach:

- długość L = 15 m;

- wysokość przekroju poprzecznego H = 1 m;

- szerokość przekroju poprzecznego b = 0,25 m.

Lamele są klejone klejem rezorcynowym. Poprzeczne krzywoliniowe wycięcia 5 w strefie rozciąganej mają wymiary:

- Strzałka cięciwy łuku h = 0,25 m;

- Długość cięciwy łuku a = 1 m;

- Długość przyczółku a1 = 0,5 m drewnianej belki konstrukcyjnej, odległości między wycięciami w osiach łuków d = 1,2 m.

Płaskownik 2 ze stali konstrukcyjnej S235 o wymiarach 250 x 25 [mm x mm] mocowany jest prętami gwintowanymi M20 klasy S235 cynkowanymi ogniowo lub galwanizowanymi. Pierwsze mocowanie znajduje się w odległości ci = 0,25 m od podpory. Mocowanie jest wykonywane w miejscach, gdzie belka posiada pełny przekrój poprzeczny (B-B), symetrycznie w środku pomiędzy osiami podcięć krzywoliniowych, w odstępach co 1,2 m. Belka wyposażona jest w elementy trzpieniowe 3, które służą do mocowania płaskownika stalowego w strefie rozciąganej. Elementy te rozmieszczone są symetrycznie pomiędzy osiami wycięć, w miejscach pełnej wysokości belki.

Żebra 4 znajdują się pomiędzy poprzecznymi krzywoliniowymi wycięciami 5 i zapewniają odpowiednią sztywność oraz przenoszenie sił w miejscach, gdzie przekrój belki jest pełny.

Poprzeczne krzywoliniowe wycięcia 5 mają kształt eliptyczny lub kołowy i są rozmieszczone symetrycznie względem pionowej osi belki, co umożliwia prowadzenie instalacji oraz zmniejsza koncentrację naprężeń rozciągających.

Przykład 2. DREWNIANA BELKA KONSTRUKCYJNA

Na rysunku fig. 1 oraz fig. 4 przedstawiono drewnianą belkę konstrukcyjną 1, która wykonana jest z drewna konstrukcyjnego klejonego jednorodnego klasy GL32c o wymiarach:

- długość L = 15 m;

- wysokość przekroju poprzecznego H = 1 m;

- szerokość przekroju poprzecznego b = 0,25 m.

Lamele są klejone klejem rezorycynowym.

Poprzecznie krzywoliniowe wycięcia 5 w strefie rozciąganej mają wymiary:

- strzałka cięciwy łuku h = 0,3 m;

- długość cięciwy łuku a = 1 m;

- długość przyczółku a1 = 0,5 m drewnianej belki konstrukcyjnej 1, odległości między wy- cięciami w osiach łuków d = 1,2 m.

Płaskownik 2 wykonane są ze stali konstrukcyjnej S235 o wymiarach 250x20 mocowany są prętami gwintowanymi M20 klasy S235 cynkowanymi ogniowo lub galwanizowanymi. Pierwsze mocowanie znajduje się w odległości od podpory wynosi c1 = 0,25 m.

Mocowanie znajduje się w miejscach pełnego przekroju poprzecznego (B-B) belki i jest rozmieszczone symetrycznie w środku, pomiędzy osiami podcięć krzywoliniowych, w odległości c = 1,2 m.

WYKAZ OZNACZEŃ:

1. Drewniana belka konstrukcyjna;

2. Płaskownik;

3. Elementy trzpieniowe;

4. Żebro;

5. Krzywoliniowe wycięcie;

1a - widok przekroju poprzecznego belki w miejscu bez wycięcia;

1b - widok przekroju poprzecznego belki w miejscu z wycięciem i ściągiem stalowym;

L - długość belki;

H - wysokość belki;

h - strzałka wycięcia;

a - długość cięciwy wycięcia;

b - szerokość belki;

c - wysokość lameli;

dl - odległość pomiędzy podporą a osią symetrii pierwszego wycięcia; d - odległość pomiędzy osiami symetrii poszczególnych wycięć;

a1 - długość przyczółku belki do pierwszego wycięcia;

cl - odległość pierwszego mocowania od podpory;

g - wysokość krótszej krawędzi płaskownika;

n - liczba lameli.

Claims (3)

1. Drewniana belka konstrukcyjna zbudowana z segmentów w postaci podłużnych lameli z drewna klejonego wyposażona w elementy wzmacniające w strefie rozciąganej w postaci elementów trzpieniowych oraz z płaskowników ze stali konstrukcyjnej, przeznaczona do stosowania jako element dźwigarowy w budownictwie, znamienna tym, że wzdłuż drewnianej belki konstrukcyjnej (1) są co najmniej trzy poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) ułożone symetrycznie względem pionowej osi symetrii belki oraz co najmniej dwa żebra (4), które znajdują się pomiędzy poprzecznymi krzywoliniowymi wycięciami (5), przy czym poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) mają kształt eliptyczny lub kołowy o wymiarach:

- cięciwy a, która ma długość od 0,75 m do 1,25 m i

- strzałce h, która ma wymiar od 1/4 do 1/3 całkowitej wysokości belki (1) H, która to wysokość H belki (1) stanowi liczbę n lameli o pojedynczej wysokości c oraz H zawiera się w granicach od 0,8 m do 1,4 m.

2. Drewniana belka konstrukcyjna według zastrz. 1, znamienna tym, że poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) są symetryczne względem pionowej osi symetrii, która przebiega w osi drewnianej belki konstrukcyjnej (1) i stanowi oś symetrii poprzecznego krzywoliniowego wycięcia (5) centralnego, natomiast kolejne poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) rozmieszczone są tak, że ich osie symetrii są oddalone od siebie o odległość d, która zawiera się od 0,9 m do 1,5 m, przy czym odległość pomiędzy sąsiadującymi dwoma poprzecznymi krzywoliniowymi wycięciami (5) stanowi żebro (4), którego długość wynosi 0,2 długości cięciwy a i poprzeczne krzywoliniowe wycięcia (5) wykonane są w liczbie odpowiadającej zachowania pełnych poprzecznych krzywoliniowych wycięć (5), tak aby w miejscu przyczółków długości żebra (5) przekroje o pełnej wysokości H był nie mniejszy niż 0,5 długości cięciwy a oraz nie mniejsza niż wysokość przekroju w miejscu podparcia.

3. Drewniana belka konstrukcyjna według zastrz. 1 -2, znamienna tym, że elementy trzpieniowe (3) są umiejscowione symetrycznie między osiami poprzecznych krzywoliniowych wycięć (5) w miejscach pełnej wysokości H.