Композитный конструкционный элемент

011657 Изобретение 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-видеоаппаратуры и т.п. Предшествующий уровень техники 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. M., 1970, с.431). Существенным недостатком такого изделия является необходимость использования для его получения брвен 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 ведтся 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 объм тонкомерной низкотоварной древесины в общем объме 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 27M 3/00, 1999 г.). Данное техническое решение позволяет использовать для изготовления бруса брвна небольшого диаметра, а также значительные объмы отходов древесного производства, что в итоге, позволяет существенно сократить потребление брвен 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 жсткость соединнных 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 27M 3/00, В 32 В 21/14, 1980 г.). Использование этого технического решения значительносокращает расход добротного лесоматериала, однако выполнение 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 брвна в размер, формируют лыски на каждом бревне с четырх 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, упаков-1 011657 ку (Лесной комплекс Дальнего Востока, 17.09.2003). Данное решение позволяет использовать и тонкомерную древесину, однако сам технологический процесс достаточно сложен, длителен и трудомок. Известен также брус, содержащий одинаковые элементы, соединнные 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 27M 3/00, 2002 г.). В данном решении хотя и обеспечивается дальнейшее снижение используемой деловой древесины,тем не менее, она ещ используется в значительных объмах, а брус, выполненный в соответствии с этим решением, достаточно тяжл, и его использование при сооружении лгких, 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 тврдого полиуретанового материала (свидетельство РФ на полезную модель 25447, МПК 7 В 27M 3/00, 3/18; В 32 В 21/00, 2002 г.). В данном решении частично минимизирована задача экономии древесины, за счт выполнения среднего слоя бруса из тврдого 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. Раскрытие изобретения Задача, положенная в основу заявляемого изобретения, заключается в создании облегчнного конструкционного элемента в виде бруса, обладающего повышенными прочностными характеристиками,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 данного изобретения, заключается в существенном снижении расхода деловой древесины, за счт выполнения бруса, внутренний объм которого заполнен лгким пенистым наполнителем, при этом его прочностные характеристики не уступают аналогичным характеристикам бруса, выполненного из цельного массива древесины, при значительном снижении веса собираемых конструкций и изготавливаемых предметов мебели. Задача, положенная в основу заявляемого изобретения, с достижением в процессе реализации заявляемого изобретения упомянутого технического результата, решается тем, что в известном композитном конструкционном элементе, выполненном в виде бруса прямоугольного сечения, имеющего наружные ламели, являющиеся армирующими элементами бруса, и внутренний слой, выполненный из наполнителя, в соответствии с изобретением ламели выполнены из листового материала и прикреплены к внутреннему слою с образованием замкнутого в поперечном направлении внешнего контура бруса, а наполнитель выполнен из вспененного материала; а также тем, что по всей длине внутреннего слоя выполнен продольный паз; а также тем, что отношение толщины m наружной ламели к толщине Т внутреннего слоя составляет от 1:50 до 1:5; а также тем, что отношение глубины L и ширины h продольного паза к толщине Т внутреннего слоя составляет соответственно от 1:6 до 3:4 и от 1:20 до 1:5; а также тем, что он имеет квадратное поперечное сечение, а по всей длине его внутреннего слоя выполнено по крайней мере два паза, расположенных симметрично относительно продольной оси бруса; а также тем, что отношение глубины L и толщины h каждого из упомянутых продольных пазов к толщине Т внутреннего слоя составляет соответственно от 1:6 до 3:4 и от 1:20 до 1:5; а также тем, что наружные ламели, выполненные из листового материала, прикреплены к внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания, при этом в качестве клея использован двухкомпонентный формальдегидный клей; а также тем, что наружные ламели имеют декоративное, отделочное покрытие; а также тем, что композитный конструкционный элемент состоит из двух брусков прямоугольного сечения, которые прикреплены друг к другу посредством клеевого соединения так, что образованный из них брус имеет квадратное поперечное сечение; а также тем, что в качестве лгкого вспененного наполнителя использованы газонаполненные пластики на основе полиуретана, полиэтилена, полистирола, полипропилена или поливинилхлорида; а также тем, что ламели выполнены из фанеры, пластики или деревосодержащей плиты, такой как ДСП, ДВП или МДФ; а также тем, что декоративное отделочное покрытие представляет собой шпон ценных пород дерева, пленку, ткань, кожу, бумагу, фольгу, грунтовку, краску или лак.-2 011657 Краткое описание фигур чертежей Изобретение иллюстрировано следующими графическими материалами. На фиг. 1 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения; на фиг. 1a - сечение композитного конструкционного элемента по A-A; на фиг. 1 б - сечение композитного конструкционного элемента по B-B; на фиг. 1c - композитный конструкционный элемент в изометрии. На фиг. 2 показан композитный конструкционный элемент прямоугольного сечения; на фиг. 2 а сечение композитного конструкционного элемента по A-A; на фиг. 2 б - сечение композитного конструкционного элемента по B-B; на фиг. 2 с - композитный конструкционный элемент в изометрии. На фиг. 3 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения, выполненный из двух брусьев прямоугольного сечения; на фиг. 3 а - сечение композитного конструкционного элемента поA-A; на фиг. 3 б - сечение композитного конструкционного элемента по B-B; на фиг. 3 с - композитный конструкционный элемент в изометрии. На фиг. 4 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения; на фиг. 4 а - сечение композитного конструкционного элемента по Б-Б; на фиг. 4 б - вид композитного конструкционного элемента сверху со стороны поверхности элемента, на которой выполнены поперечные пазы 7, совмещнный с сечением по B-B. На фиг. 5 показано сечение композитного конструкционного элемента по A-A. На фиг. 6 показан один из возможных примеров сборки из композитных конструкционных элементов в изометрии. Лучший вариант осуществления изобретения Внешний контур композитного конструкционного элемента фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 5 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 вспененного наполнителя 3, в качестве которого можно использовать газонаполненный пластик на основе полиуретана, полиэтилена, полистирола, полипропилена или поливинилхлорида. По всей длине внутреннего слоя выполнен продольный 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. Один из возможных многочисленных вариантов выполнения бруса показан на фиг. 4-6. Как следует из графических материалов, он отличается тем, что по длине бруса может быть выполнено необходимое количество поперечных пазов 7, ориентированных под заданным углом к продольной оси бруса. Эти поперечные пазы 7 обеспечивают возможность соединения брусьев между собой в процессе сборки необходимых конструкций. 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 пенополистирола, 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. В зависимости от дальнейшего использования в брусе по всей его длине могут быть выполнены поперечные пазы 7 (фиг. 4, 6) для обеспечения соединения бруса в процессе сборки соответствующих конструкций. 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 составляет от 1:50 до 1:5; отношение глубины L продольного паза 4 к толщине Т внутреннего слоя 3 составляет от 1:6 до 3:4; отношение толщины h продольного паза 4 к толщине Т внутреннего слоя 3 составляет от 1:20 до 1:5. При выполнении бруса с поперечными пазами по его длине: ширина поперечного паза K (фиг. 4) равна ширине композитного конструкционного элемента М;-3 011657 отношение глубины поперечного паза L (фиг. 4) к толщине композитного конструкционного элемента N составляет 0,45-0,55. Приведенные соотношения и их оптимальные диапазоны получены экспериментальным путм, 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. Промышленная применимость Композитный конструкционный элемент, выполненный в соответствии с заявляемым техническим решением, представляет собой существенно облегчнную 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 заявленным техническим решением, 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, незначительный вес композитного конструкционного элемента, наличие одного или нескольких поперечных пазов с указанными геометрическими соотношениями, выполненного в соответствии с заявленным техническим решением, 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. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Композитный конструкционный элемент, выполненный в виде бруса с прямоугольным поперечным сечением, содержащий наружные ламели, являющиеся армирующими элементами бруса, и внутренний слой в виде наполнителя, к которому прикреплены наружные ламели, отличающийся тем, что ламели выполнены из листового материала и прикреплены к внутреннему слою с образованием замкнутого в поперечном направлении внешнего контура бруса, а наполнитель выполнен из вспененного материала. 2. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что по всей длине его внутреннего слоя выполнен продольный паз. 3. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что отношение толщины m наружной ламели к толщине Т внутреннего слоя составляет от 1:50 до 1:5. 4. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что отношение глубины L и ширины h продольного паза к толщине Т внутреннего слоя составляет соответственно от 1:6 до 3:4 и от 1:20 до 1:5. 5. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что он имеет квадратное поперечное сечение. 6. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что по всей длине его внутреннего слоя выполнено по крайней мере два паза, расположенных симметрично относительно продольной оси бруса. 7. Композитный конструкционный элемент по п.6, отличающийся тем, что отношение глубины L и толщины h каждого из упомянутых пазов к толщине Т внутреннего слоя составляет соответственно от 1:6 до 3:4 и от 1:20 до 1:5. 8. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что наружные ламели, выполненные из листового материала, прикреплены к внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания. 9. Композитный конструкционный элемент по п.8, отличающийся тем, что в качестве клея использован двухкомпонентный формальдегидный клей. 10. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что наружные ламели имеют декоративное отделочное покрытие.-4 011657 11. Композитный конструкционный элемент по п.5, отличающийся тем, что он состоит из двух брусков прямоугольного сечения, которые прикреплены друг к другу посредством клеевого соединения так,что образованный из них брус имеет квадратное поперечное сечение. 12. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что вспененный наполнитель представляет собой газонаполненный пластик на основе полиуретана, полиэтилена, полистирола,полипропилена или поливинилхлорида. 13. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что он имеет один или несколько расположенных по его длине поперечных пазов. 14. Композитный конструкционный элемент по п.13, отличающийся тем, что ширина K поперечного паза равна ширине М бруса. 15. Композитный конструкционный элемент по п.13, отличающийся тем, что отношение глубины L поперечного паза к толщине бруса N составляет 0,45-0,55. 16. Композитный конструкционный элемент по п.1, отличающийся тем, что ламели выполнены из фанеры, пластика или деревосодержащей плиты, такой как ДСП, ДВП или МДФ. 17. Композитный конструкционный элемент по п.10, отличающийся тем, что декоративное отделочное покрытие представляет собой шпон ценных пород дерева, пленку, ткань, кожу, бумагу, фольгу,грунтовку, краску или лак.