24-4

Шайбы Шпоночного и Нагельного Типов в Деревянных Клееных Конструкциях

• За рубежом распространены шайбы шпоночного и нагельного типов.
• Среди центровых шайб зубчатые и когтевые шпонки технологичны и надежны для сборных узлов.
• Штампованные когтевые шайбы, предложенные профессором Леновым, нашли применение и развитие за рубежом.
• Зубчатые шпонки вдавливаются в древесину ударным способом или специальными зажимами.
• Соединение на зубчатых шпонках характеризуется высокой несущей способностью и вязкостью.
• Количество зубчатых шпонок в одном ряду многорядных соединений ограничивается 10 из-за недостатков.
• Металлические шпонки, находящиеся внутри деревянных изделий, не нуждаются в какой-либо особой антикоррозийной защите, но при нахождении в агрессивной химической среде, нуждается в оцинковке.

Соединения на Нагелях

• Нагели – гибкие стержни, соединяющие элементы деревянных конструкций, препятствуя их сдвигу.
• Силы, сдвигающие элементы, стремятся опрокинуть нагель.
• После поворота из-за неплотностей нагель упирается в древесину по краям элементов и изгибается, напряжения травеся по всей длине нагеля.
• Равнодействующие напряжений смятия образуют пары продольных сил (Т1 и Т2), препятствующие повороту нагеля.
• Равновесие нагеля обеспечивается продольными силами, параллельными направлению сдвига элементов.
• В нагельных соединениях отсутствует поперечная сила, создающая распор (в отличие от шпоночных).
• Цилиндрические нагели изготавливают из стали, металлических сплавов или твердых пород древесины.
• Для увеличения плотности соединения диаметр отверстия для нагеля принимают равным диаметру нагеля, или несколько меньше.
• Гвозди обычно изготавливаются из гладкой проволоки диаметром до 6 мм и забиваются без предварительного сверления.
• Цилиндрические нагели и болты используют для сплачивания элементов деревянных конструкций по длине и в узловых примыканиях.
• На плотность соединений влияет совпадение отверстий под геля.
• Чтобы получить хорошее совпадение и максимальное сжатие, ставят стяжные болты (около 25% от общего числа нагелей).
• В растянутых стыках по ширине элемента следует ставить только четное количество продольных рядов нагелей.
• Каждое пересечение нагеля с рабочим швом называется условным срезом.
• Работа нагеля в деревянных элементах отличается от работы заклепки в металлических из-за отношения длины к диаметру.
• Несущие способности заклепки определяют из расчета на смятие и срез.
• Нагель работает как гибкий стержень, главным образом на изгиб и неравномерно смятие.
• Напряжение среза не учитываются в расчете.
• Существуют симметричные (двухсрезные) и несимметричные (односрезные) соединения.
• Расчет нагельных соединений основан на том положении, что действующее на соединение усилие не должно превышать расчетной несущей способности.
• Расчетное количество нагелей принимают не менее двух с диаметром 12-24 мм и определяют по формуле, зависящей от усилия, количества срезов и несущей способности.
• Для сплачивания брусьев применяют пластинчатые нагели, вставляемые в гнезда.
• Расчетная несущая способность пластинчатых нагелей зависит от ширины нагеля и характеристик древесины.
• Применение дубовых или березовых пластинчатых нагелей допускается для сплачивания брусьев, составных элеметов.
• Размеры пластинчатых нагелей и гнезд, а также расстановку определяют по нормам.

Определение Расчетной Несущей Способности Одного Среза Нагеля

• Действующее усилие стремится сдвинуть элементы, нагель препятствует этому, изгибаясь.
• Неравномерное распределение сминающих напряжений по контуру нагельного гнезда.
• Сложное напряженное состояние нагельного соединения характеризуется изгибом нагеля смятием древесины, скалыванием и раскалыванием.
• Критерий идеального подбора нагеля и шага расстановки – равенство несущих способностей по изгибу, смятию, скалыванию и раскалыванию.
• Минимальные расстояния между осями нагелей выражают в диаметрах нагеля и определяются видом нагелей и толщиной элементов.
• Расстановка нагелей может быть прямой или шахматной.
• Расчетная несущая способность определяется из условий изгиба и смятия древесины.
• Нагель рассматривают как балку на упругопластическом основании, разделенном на части.
• Давление по длине нагеля неравномерна и зависит от толщины элементов и диаметра нагеля.
• Другой метод определения несущей способности – экспериментально-теоретический.
• Согласно методу доктора технических наук Коченова для упрощения расчета, приняты диаграмма деформирования упругопластического материала, постоянство напряжения в пластическом участке и ограничение предельной деформации.
• Расчетные формулы из условий изгиба нагеля включают коэффициенты, диаметр нагеля, сопротивления изгибу и смятию.
• Расчетные формулы из условий смятия элементов включают коэффициенты, толщину элементов, диаметр нагеля и сопротивление смятию.
• В таблице приводятся формулы для определения несущей способности различных видов нагелей с учетом напряженного состояния и вида нагеля.
• Коэффициент Ка учитывает уменьшение несущей способности при действии усилия под углом к направлению волокон древесины.
• При диаметрах нагеля менее 6 мм снижение сопротивления смятию не наблюдается (Ка = 1).
• Сопровождение изгиба нагеля из стеклопластика АГ4С принимается как 318 мегапаскалей.

Особенности Работы Гвоздей

• Гвозди работают как нагели, когда соединяют сдвигаемые элементы.
• Обычно гвозди забивают в древесину без предварительного сверления.
• Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6 мм.
• Расчет длины защемления конца гвоздя: вычитается полтора диаметра гвоздя и 2 мм на каждый шов между элементами.
• Если расчетная длина защемления меньше 4 диаметров гвоздя, ее не учитывают.
• Диаметр гвоздей должен быть не более 0,25 толщины пробиваемого элемента.
• Заостренный конец раздвигает волокна, уплотняя древесину и увеличивая риск раскалывания.
• Минимальное расстояние между осями гвоздей вдоль волокон – не менее 15 диаметров гвоздей.
• Расстояние вдоль волокон древисины от оси гвоздя до торца элемента во всех случаях должно быть не меньше чем 15 диаметров.
• При толщине пробиваемых элементов больше 10 диаметров гвоздей шаг = 25 диаметров гвоздя.
• Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке принимают не менее 4 диаметров.
• Гвозди образуют более плотные соединения, чем нагель.
• Гвоздевые соединения имеют заметную ползучесть при длительных нагрузках.
• Для плотности, используют гвозди с негладкой поверхностью.

Нагельные Соединения со Вставками в Узлах

• Целесообразно использовать вставки (узловые пластины) для увеличения площади узла и многосрезность рабочих связей.
• Соединения с накладками и прокладками на болтах / цилиндричемких нагелях допускаются, если обеспечена необходимая плотность постановки нагелей.
• Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление не менее 5 диаметров нагеля.
• Усилие передается последовательно через нагели в пластинку и на нагеле другого деревянного элемента.
• В нагельных соединениях применяют стальные пластинки толщиной не менее 5 мм.
• Отверстие гнезда для нагеля сверлят одновременно в дереве и пластинке.
• Концы нагеля и болтов оставляют ниже поверхности элементов и заклеивают деревянной вставкой.
• Намного проще соединять на узловых пластинах толщиной не более 2 мм, пробиваемых насквозь гвоздями, например, система Грейм.
• Необходимо обеспечить плотное прилегание пластинки разрезам и установить рабочие связи с шагом при котором, не получится выпучивание пластины.
• Несущую способность нагеля определяют из условий изгиба нагеля и смятия древесины.
• Стальные накладки и прокладки проверяют на растяжение по ослабленному сечению и смятие под нагелем.
• Соединение деревянных элементов возможно на пластинах из бакелизированной фанеры на цилиндрических нагелях, гвоздях или шурупах (связевые и другие соединения).
• Если фанерные пластинки снаружи, то они присоединяются односрезными нагелями.
• Клеем на основе синтетических смол обрабатываются кромки фанерных листов.
• Толщина выбирается в зависимости от диаметра нагеля.
• Направление волокон наружных слоев фанеры должно совпадать с направлением волокон соединяемых элементов.

Соединения на Нагельных Пластинах

• Нагельные пластинки системы Менник, изготавливаются из пенопласта (3 мм) и слоя синтетической смолы, усиленной стекловолокном (2 мм), с обоюдоострыми нагелями (диаметр от 1,6 мм) с разной длиной.
• Толщина соединяемых деревянных элементов может достигать 80 мм.
• Нагельные пластины устанавливают между соединяемыми деревянными элементами.
• При запрессовке пенопласт сжимается, контролируя равномерную запрессовку нагеля.
• Нагельные пластинки представляют собой металлические пластины с прикрепленными нагелями (диаметр 3-4 мм) и впрессовывают в отверстия или приваривают к обеим сторонам пластинки.
• Требуется тщательное изготовление, отбор материала и запрессовка при контроле качества.

Соединения на Металлических Зубчатых Пластинах (МЗП)

• МЗП применяют для узловых соединений дощатых элементов (например, системы Гангнейл).
• МЗП – стальные пластинки толщиной 1-2 мм с зубьями различной формы.
• МЗП ставят попарно по обе стороны соединяемых элементов, чтобы ряды МЗП располагались в направлении волокон присоединяемого элемента.
• В России используются МЗП-1-2 и МЗП-2 (разработка ЦНИСК имени Кучеренко).
• Рекомендуется применять в зданиях до 5 степени огнестойкости, без подвесного подъемно-транспортного оборудования с температурно-влажными условиями А1, А2, Б1, Б2.
• Изготовление производится на специализированных предприятиях с оборудованием для сборки, запрессовки и испытаний.
• Несущая способность МЗП определяется по условиям смятия и изгиба зубьев.
• Качество древесины удовлетворять требованиям СП-64 предъявляемым материалом деревянных конструкций.
• МЗП изготавливают из листовой углеродистой стали (марки >0,8 КП / 10 КП) толщной 1,2 и 2 миллиметра.
• Антикоррозионная защита МЗП – оцинковка или покрытие на основе алюминия.
• Расчетная несущая способность соединения на МЗП зависит от вида напряженно-деформированного состояния.
• При проектировании конструкции на МЗП стремятся к унификации типа размеров МЗП и сечения пиломатериала.
• МЗП располагают таким образом, чтобы расстояние от боковых кромок деревянных элементов до крайних зубьев было не менее 10 мм.

Растянутые Связи

• Растянутые связи: гвозди, винты, шурупы, глухари, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи, работающие на выдергивание.
• Различают связи ненатяжные и натяжные, временные, монтажные и постоянные.
• Все виды связей должны быть защищены от коррозии.
• Гвозди сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхностного трения.
• Расчетно несущая способность на выдергивание зависит от длины защемления и расчетного сопротивления выдергиванию на единицу поверхности.
• Расчетная длина защемления гвоздя без учета острия должна быть не менее 10 диаметров гвоздей.
• Шурупы (винты, завинчиваемые отверткой) и глухари (диаметром >12 мм, завинчиваемые ключом) удерживаются в древесине силами трения и упругостью древесины.
• Для надежного упора винтовой нарезки в гнезде диаметр должен быть на 2-4 мм меньше полного его диаметра.
• Глухари и шурупы лучше использовать для крепления к деревянным брусьям металлических накладок, применяют вместо нагелей и стяжных болтов.
• Необходимо подголовку подкладывать металлическую шайбу заданных параметров.
• Скобы (из круглой или квадратной стали толщиной 10-18 мм) применяют в качестве вспомогательных растянутых связей в сооружениях из круглого леса или брусьев.
• Хомуты также, как и скобы, относят к растянутым связям.
• Болты и тяжи применяют в качестве анкеров, подвесок, затяжек и пр.

Рабочие Болтовые Соединения

• Все элементы тяжей и рабочих болтов следует проверять расчетом по нормам для стальных конструкций, принимать диаметром не менее 12 миллиметров.

Стяжные Болты

• Стяжные болты, имеющие монтажное значение, применяют для обеспечения плотного прилегания досок и сечение стержня определяют по монтажным соображениям.

Клееные Стыки Растянутых Деревянных Элементов

• В случае разбухания древесины, плотно стянутого болтом пакета из досок, стержень болта испытывает большие продольные растягивающие усилия.
• Разрушение происходит от раскалывания при напряжениях сдвига.
• Стык с двойным обжимом перекрывается накладками из полосовой стали с приваренными уголками.
• Силы передаются на накладки через перекрестные болты и коротыши с нарезкой.
• К стыкуемым элементам приклеивают деревянные накладки со скошенными торцами для упора уголков.
• Сила обжима элемента противодействует растягивающим напряжениям и увеличивает концентрацию напряжений сдвига.
• Стык на скалывание рассчитывают из условия L скалывания.

Соединения на Вклеенных Стальных Стержнях

• Допускается в условиях эксплуатации конструкции при температуре окружающего возраста, не превышающего 35 градусов.

Расчтеная Несущая Способность

• Предварительно очищенные и обезжиренные стержни вклеивают составами на основе эпоксидных смол в подсверленные отверстия или в профрезерованные пазы, применяется формула для определения несущей способности в зависимости от заданных параметров.
• Расстояние между осями вклеенных стержней вдоль волокон следует применять не менее 3D.

Соединения на Клеях

Требования, предъявляемые клеям для несущих конструкций:

• Равнопрочность, монолитность и долговечность
• Устойчивость адгезионных связей, вид клея, качество, технология
• Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения не уступающую прочности древесины на скалывание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон.
• Соответствующая прочность клеевого шва соответствующей прочности древесины.

Виды Клеев:

• Синтетические полимерные материалы обеспечивают прочность и долговечность клеевых соединений.
• Обеспечвают требуемую прочность и долговечность клеевых соединений.
• В настоящее время в основном применяют резорциновые, алки резорциновые, фенольные клеи.
• Согласно СП-64, выбор типа клея зависит от температурно-влажных условий.
• Конструкции выполняются из сухих досок.

Виды Содинений на Клею:

• Растянутый стык клеенных элементов в заводских условиях изготавливают на зубчатый шип с уклоном склеиваем в поверхности зуба примерно 1 10 1 10.
• Зубчатый шип одинаково хорошо работа етна растяжение, изгиб, кручение или сжатие.
• Для сращивания фанерных листов в заводском производстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на УС.
• Угловые стыки представляют собой угловые и являются клеевыми соединениями, которые можно произвести между досками в рамах, но исключительно механически.
• Используютугловые стыки в элементах где необходима прочность.
• Существует соединение фанеры с досками по пласти и кромкой.
• Соединение является стыком для конструкци иклеефанерного типа.

Сами Клеевые Соединения:

• Клеевые соединения, сделанные на заводе,являются самым прогрессивным способом соединения деревянных элементов.
• Дают возможность произвести конструкции различной формы большого расширения используя малые формы.
• Они прочны и их малая подтливость, практически, не рассчитывается в значениях по построению.
• Технологичны своей автоматизацией.
• Используемая древесина должна имеет толщину меньше чем 50мм.
• Исключяют использование металла.
• Клеевые швы должны иметь минимльную шрину, обеспечивающую сжатие и сколотые формы.
• Адгезионные связи должны соответствовать определенным элементам во избежание расслаивания.