Деревянная многослойная конструкция

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при жилищном строительстве. Технический результат состоит в создании надежной деревянной многослойной конструкции, с повышенной фиксацией досок за счет использования дополнительных нагелей, а также - повышении тепловых характеристик, экономии материала. Деревянная многослойная конструкция, выполненная в виде панели, или многослойный брус содержит нескольких слоев досок, уложенных один на другой и соединенных между собой основными нагелями, установленными в совмещенных отверстиях, расположенных в каждом слое, на заданном расстоянии друг от друга. При этом основные нагели фиксированы дополнительными нагелями, установленными перпендикулярно основным нагелям и проходящими основные нагели насквозь в каждом слое или в части слоев досок. Предложены варианты конструкции, в которых, например, слои досок уложены с зазорами, которые заполнены мягкой древесноволокнистой плитой МДВП. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при жилищном строительстве.

Мировой опыт показывает, что деревянное домостроение считается одной из наиболее удобных, экологичных и дешевых технологий строительства жилых домов.

На сегодняшний день наиболее популярными среди населения, предпочитающего жить в деревянных домах, являются дома, построенные из клеёного бруса и бруса массив. Причем, клеёный брус стал за последнее время очень востребованным и приобретает все больше сторонников. В деревянном домостроении более 30% домов возводятся по технологии с использованием клеёного бруса.

Кроме того, в последнее время всё большую популярность завоёвывает технология строительства из многослойных деревянных панелей.

Дом из многослойных деревянных панелей создаётся из досок, перекрёстно сшитых, которые соединяются, как правило, при помощи клея и представляют собой большие панели, из которых формируются стены дома.

Технологии многослойных панелей – это технологии Cross Laminated Timber, X-LAM, Унипанель, Massiv-Holz-Mauer, Naturi (см. Интернет).

Главные достоинства многослойных деревянных панелей состоят в том, что дома, построенные из них, не подвержены усадке, у них нет проблемы с устранением щелей между многочисленными венцами, как в традиционных деревянных домах. Возможно получение панелей практически любой толщины. При всем этом, дом из таких панелей остается полностью деревянным, поскольку стены в нём состоят исключительно из деревянного массива.

Однако они обладают и недостатками, заключающимися в том, что основные отдельные блоки, из которых формируется дом, производятся только в заводских условиях и скрепляются уже на объекте; при возведении дома требуется специальная техника и профессиональные навыки строителей. Кроме того, немаловажным является их высокая стоимость.

Известна конструкция деревянной панели, содержащая уложенные один на другой элементы, образующие щит, и соединенные между собой крепежными элементами, установленными в совмещенных пазах, расположенных вдоль всей длины каждого элемента на заданном расстоянии друг от друга, при этом крепежные элементы выполнены в виде деревянных сплошных шпонок, несущих вертикальную нагрузку, а продольные оси пазов и шпонок расположены по отношению к продольной оси каждого элемента щита под углом, величина которого определена интервалом от 60 до 90° - RU 56423 U1, 2006 г.

Недостатки панели следующие:

- в данной конструкции возможна свободная усадка используемых материалов, это вызывает нестабильность плотности панели, то есть, при изменении влажности панель будет давать усадку, либо расширяться, что приведёт к возникновению щелей и мостов холода, снижая теплоизоляционные свойства всей конструкции;

- толщина панели ограничена шириной бруса, а размер доступного выпускаемого бруса - до 200 мм, что не обеспечивает необходимую теплоизоляцию в соответствии с современными требованиями.

Известна конструкция здания, включающая каркас, стены, перекрытия и крышу, выполненные из древесного материала и соединенные между собой, причем каркас здания выполнен из бруса, снабженного выступами и пазами, а стены и перекрытия выполнены многослойными, каждый слой выполнен из досок, уложенных в одном направлении, при этом доски соседних слоёв уложены в различных направлениях и соединены между собой шкантами, расположенными под наклоном к поверхности досок, причем соседние шканты наклонены в противоположные стороны, при этом доски, соприкасающиеся с брусом, вставлены в паз или лежат на выступе бруса, а все слои дополнительно скреплены нагелями, наружные слои выполнены заподлицо с брусьями, при этом здание обшито снаружи и изнутри однослойной или многослойной обшивкой, выполненной из досок – RU 140295 U1, 2013 г.

Недостатки многослойных перекрытий из досок в конструкции здания следующие:

- установка нагелей под углом не обеспечит плотности прилегания деталей и, тем самым, снизит ветро- и теплозащитные свойства всей конструкции;

- установка нагелей производится в натяг, что приводит к необходимости заколачивать нагели, это увеличивает трудозатраты и риск повреждения нагеля;

- изготовление нагелей для данной конструкции требует высокой точности в связи с необходимостью устанавливать нагели в натяг, что повышает требования к оборудованию по изготовлению нагелей.

Известна деревянная многослойная панель, содержащая корневой сегмент, выполненный из нескольких слоёв досок, сплочённых по рёбрам, и два наружных отделочных слоя, также выполненные из сплочённых по рёбрам досок, при этом, слои выполнены из шпунтованных досок, слои досок корневого сегмента панели скреплены между собой деревянными нагельными соединениями с определённым шагом, по меньшей мере, часть нагелей пересекает все слои досок корневого сегмента панели насквозь под углом к нормали слоёв, а корневой сегмент и наружные отделочные слои панели соединены при помощи шпоночных соединений, причем шпонки по форме соответствуют форме шпоночных пазов, выполненных на наружных поверхностях досок корневого сегмента и на внутренней поверхности наружного отделочного слоя, ориентированных перпендикулярно или параллельно направлению волокон досок и имеющих в поперечном сечении форму трапеции с большим основанием, расположенным в теле слоя - RU 92053 U1, 2010 г.

Недостатки известной панели:

- соединение корневого сегмента с наружными отделочными слоями при помощи шпоночных соединений усложняет конструкцию панелей, т.к. требуется особая форма шпонок, соответствующая форме шпоночных пазов наружных поверхностей досок корневого сегмента и внутренней поверхности наружного отделочного слоя;

- технологическая сложность и удорожание конечного продукта, т.к. формирование панелей требует больших трудозатрат.

Наиболее близким аналогом является устройство в соответствии со способом формирования деревянной многослойной панели или многослойного бруса, выполненных из нескольких слоёв досок, при котором слои формируют путём последовательного наращивания слоёв досок, сверлят отверстия под углом к нормали слоёв, а затем через отверстия фиксируют слои досок при помощи нагелей, которые располагают под углом к нормали сквозь слои, сверлят отверстия под углом 3-70 град. к нормали слоёв, после чего через отверстия фиксируют слои досок при помощи нагелей - RU 2742531 С1, 2021 г.

Недостатки известной конструкции панели:

В попарно-перекрёстном расположении нагелей в прототипе необходимо установление длинных нагелей, что приводит к большему износу инструмента по изготовлению отверстий, т.к. возможно заклинивание инструмента на широких брусах и, в результате, увеличение материальных и финансовых затрат, т.к. нагели делаются большего размера, чем отверстие и идут в натяг, поэтому их установка возможна с помощью кувалды или иного механизированного инструмента, что не исключает появления сколов и трещин.

В прототипе невозможно выполнение конструкции многослойной панели или бруса с воздушными зазорами, что позволяет увеличить тепловые характеристики и сэкономить на материале, т.к. это может привести к появлению неустойчивости конструкции, и, в конечном счёте, не позволяет в последующем профилировать получаемый брус.

В связи с указанными недостатками, техническая задача, решаемая изобретением, состоит в создании надёжной деревянной многослойной конструкции, выполненной в виде панели или бруса, содержащей слои с повышенной фиксацией досок за счёт использования дополнительных нагелей, а также – повышение тепловых характеристик, экономии материала и уменьшения трудозатрат.

Эта задача решена в деревянной многослойной конструкции, выполненной в виде панели или бруса, содержащей нескольких слоёв досок, уложенных один на другой и соединённых между собой основными нагелями, установленными в совмещённых отверстиях, расположенных в каждом слое, на заданном расстоянии друг от друга, при этом, основные нагели фиксированы дополнительными нагелями, установленными перпендикулярно основным нагелям и проходящими основные нагели насквозь в каждом слое или в части слоёв.

Предлагаются частные решения конструкции, заключающиеся в следующем:

- слои досок уложены плотно;

- использованы профилированные доски;

- слои досок уложены с зазорами;

- зазоры между слоями досок заполнены мягкой древесноволокнистой плитой МДВП;

- отверстия в наружных досках выполнены не сквозными.

Устройство проиллюстрировано рисунками, где на фиг. 1 показан вид сверху панели из слоёв деревянных досок, уложенных плотно; на фиг. 2, 3 - вид сбоку этой панели в сечениях мест установки основных нагелей и их фиксации дополнительными нагелями; на фиг. 4 – увеличенное изображение крепления (Е по фиг.2); на фиг. 5 – изображение послойного сечения панели из плотно уложенных досок; на фиг. 6 - изометрия бруса из слоёв с использованием профилированных досок; на фиг. 7 показан вид спереди этого бруса; на фиг. 8 показан вид в сечениях А-А (по фиг. 7) мест установки основных нагелей и их фиксации дополнительными нагелями в брусе с профилированными досками; на фиг. 9 - изометрия многослойного бруса с укладкой слоёв с зазорами; на фиг. 10 показан вид сверху бруса с зазорами; на фиг. 11 - вид в сечениях Б-Б, В-В, Г-Г (по фиг. 10) мест установки основных нагелей и их фиксации дополнительными нагелями бруса с зазорами.

Деревянная многослойная панель 1 содержит нескольких слоёв досок 2, уложенных один на другой и соединённых между собой основными нагелями 3, установленными в совмещённых отверстиях, расположенных в каждом слое, на заданном расстоянии друг от друга. Основные нагели 3 проходят слои досок 2 всей панели 1, плотно и надёжно фиксируя их с помощью дополнительных нагелей 4, установленных перпендикулярно основным нагелям 3 и проходящих основные нагели 3 насквозь. Аналогично производится соединение в многослойном брусе 5.

Соединение нагелями 3, 4 показано на фиг. 2, 3, и увеличенных изображениях сечений на фиг. 4, 8, 11. Здесь на фиг. 2 показано сечение А-А, Б-Б, В-В панели 1, на фиг. 3 – сечение Г-Г, Д-Д панели 1. Эти сечения показывают предпочтительное расположение основных нагелей 3: диагонально по отношению друг к другу, что увеличивает надёжность крепления.

Вариантами крепления основных нагелей 3 дополнительными нагелями 4 являются крепления как в каждом слое панели 1 или бруса 5, так и в части слоёв.

Установка дополнительных нагелей 4 перпендикулярно основным нагелям 3 является оптимальной для достижения результата надёжности крепления, но возможна граница расположения дополнительных нагелей 4 по отношению к нагелям 3 например, в пределах 80-100 град. При этом эффект надёжности крепления может сохраниться без уменьшения прочности всей конструкции.

Как в случае перпендикулярного расположения нагелей 3 и 4, так в случае фиксации нагеля 3 дополнительным нагелем 4 под углом, его частичное вхождение в нагель 3 сохранит прочность конструкции.

На фиг. 1, 2, 3, 5 показана плотная укладка досок 2 в панели 1, на фиг. 6, 8, - использование профилированных досок в брусе 5, т.е. досок, выполненных с пазами 6.

Эта конструкция увеличивает теплоизоляционные свойства бруса (панели), сохраняя при этом конструктивную прочность изделия и минимизируя возможность появления конденсата внутри бруса.

На фиг. 9, 10, 11 показана конструкция и крепление нагелей 3, 4 в многослойном брусе 5 с укладкой слоёв с зазорами 7. При этом улучшаются тепловые характеристики конструкции: такая укладка слоёв досок 2 увеличивает теплоизоляционные свойства бруса 5, позволяя повысить его тепловые характеристики и сэкономить на материале.

При укладке слоёв досок 2 с зазорами 7, последние могут заполняться мягкой древесноволокнистой плитой (МДВП), что дополнительно повышает тепловые характеристики панели 1 или бруса 5 при экономии материала конструкции – досок 2.

На фиг. 5, в изображении послойного сечения панели 1, показаны не сквозные отверстия в наружных досках 8 с лицевой стороны, что придаёт наружным сторонам панели 1 более эстетичный вид, без видимых выходов нагелей 3, которые закрывают верхним и/или нижним слоем досок 2.

В предлагаемых конструкциях основной нагель 3 соответствует размеру отверстия для его фиксации, здесь нет необходимости делать нагель 3 большего размера, чем отверстие для него, поэтому установка нагеля 3 производится вручную без особых усилий, а фиксация при помощи дополнительных нагелей 4, с последующим увеличением размеров нагелей 3, 4 за счет набора влаги из древесины досок, создаёт надёжность крепления панели. Такая установка нагелей 3 и 4 уменьшает трудозатраты при сборке панели 1 и бруса 5, позволяя использовать нагели небольших размеров, что не приводит к быстрому износу инструмента при изготовлении отверстий под нагели из-за возможности его заклинивания на широких брусах.

Например, при ширине бруса 20 см глубина сверления в предлагаемой панели

составляет 19,2 см, в то время как при угловом или перекрёстном расположении нагелей глубина отверстия составляет более 30 см.

Такая жёсткая фиксация слоёв досок 2 совместно основными нагелями 3 и дополнительными нагелями 4 увеличивает прочностные характеристики конструкции, т.к. прочность панели уже меньше зависит от изменения размеров нагелей 3, 4 и досок 2 в результате понижения и повышения влажности.

Предлагаемая деревянная многослойная конструкция обладает следующими достоинствами.

Увеличенными прочностными характеристиками за счёт более жёсткой фиксации досок из-за применения дополнительных нагелей.

Улучшенными тепловыми характеристиками вследствие возможности установки досок в слоях с воздушным зазором и при варианте заполнения зазоров между слоями мягкой древесноволокнистой плитой МДВП. Это позволяет также сэкономить на материале.

Пониженными материальными и финансовыми затратами вследствие возможности использования нагелей небольших размеров, что не приводит к быстрому износу инструмента при изготовлении отверстий под нагели из-за возможности его заклинивания на широких брусах.

Уменьшенными трудозатратами при установке нагелей, т.к. нагель идет того размера, что и отверстие, и его установка производится вручную без особых усилий.

Конструкция не требует изготовления заданных размеров нагелей: здесь возможно использование фиксирующих нагелей, находящихся в свободной продаже.

Повышенная эстетика панели обусловлена возможностью её изготовления без «пятачков» - следов от нагелей, возникающих при выходе нагеля на поверхность бруса как с одной, так и с двух сторон. При изготовлении бруса по технологии перекрёстно расположенных нагелей это сделать невозможно.

1. Деревянная многослойная конструкция, выполненная в виде панели или бруса, содержащая несколько слоёв досок, уложенных один на другой и соединённых между собой основными нагелями, установленными в совмещённых отверстиях, расположенных в каждом слое, на заданном расстоянии друг от друга, отличающаяся тем, что основные нагели фиксированы дополнительными нагелями, установленными перпендикулярно основным нагелям и проходящими основные нагели насквозь в каждом слое или в части слоёв.

2. Деревянная многослойная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что слои досок уложены плотно.

3. Деревянная многослойная конструкция по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что использованы профилированные доски.

4. Деревянная многослойная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что слои досок уложены с зазорами.

5. Деревянная многослойная конструкция по п. 4, отличающаяся тем, что зазоры между слоями досок заполнены мягкой древесноволокнистой плитой МДВП.

6. Деревянная многослойная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что отверстия в наружных досках выполнены несквозными.