Нагельные соединения со вставками в узлах

Когда в узлах действуют большие усилия или соединяются несколько элементов, обеспечить передачу усилий через контактные поверхности всех сопрягаемых элементов сложно. В таких случаях целесообразно использовать различные вставки в виде узловых пластин, которые увеличивают площадь узла и одновременно создают многосрезность рабочих связей. В качестве узловых вставок чаще всего применяют пластинки из стали и фанеры. Они могут располагаться снаружи (накладки) и присоединяться снаружи к древесине соединяемых элементов с помощью односрезных нагелей или располагаться внутри деревянного элемента (прокладки) в специальных разрезах с тем, чтобы рабочие связи могли работать как многосрезные нагели.

Соединения с накладками и прокладками на болтах или глухих цилиндрических нагелях допускаются в тех случаях, когда обеспечена необходимая плотность постановки нагелей. Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление не менее 5 диаметров нагеля. Передача усилий от одного деревянного элемента другому происходит последовательно через нагели, пластинку и нагели другого деревянного элемента. Сечение пластинок назначают из условия расчета на растяжение по ослабленному сечению и обеспечения прочности на смятие в гнезде под нагелем. В нагельных соединениях обычно применяют стальные пластинки толщиной не менее 5 мм. Отверстия гнезда под нагели сверлят как правило одновременно в дереве и в пластинке. При этом если прокладки стальные, первый раз делают отверстие сверлом с d, соответствующим гнезду нагеля в деревянном элементе (на 0.2 –0.5 мм меньше d нагеля), затем металлическую пластинку вынимают из разреза и отверстия в ней рассверливают до размера диаметра нагеля.

Технология изготовления этих соединений относительно трудоемка, но оправдана тем, что при размещении металлических элементов внутри древесины (концы нагеля и болтов оставляют ниже поверхности элемента на 2 см и заклеивают сверху деревянной вставкой) повышается огнестойкость деревянных конструкций и их стойкость к действию химически агрессивных сред. Как правило, нагельные соединения со стальными прокладками применяют в узлах клееных элементов большого сечения.

Гвоздевые соединения

Гвозди в соединениях работают как нагели. Однако тот факт, что они забиваются в древесину, обусловливает некоторые особенности их работы: при диаметре гвоздей менее 6 мм их несущая способность на сдвиг не зависит от угла, образованного направлениями силы и волокон; заостренный конец гвоздя перерезает и раздвигает волокна, увеличивая опасность раскалывания. Эту опасность уменьшают более редкой расстановкой гвоздей, по сравнению с нагелями; при расчете учитываются только те гвозди, глубина защемления которых в древесине составляет не менее 4d гв (d гв – диаметр гвоздя в см); при этом заостренный конец длиной 1,5d гв не учитывается в работе. Недостатком гвоздевых соединений является их ползучесть.

Длина гвоздей для крепления растянутых элементов применяется такой, чтобы гвоздь пробивал все сплачиваемые элементы, но при этом не выходил наружу. Заостренный конец не засчитывается в длину гвоздя. Например, для одностороннего прибивания схватки толщиной 50 мм к стропилине толщиной тоже 50 мм нужны гвозди длиной 100 мм, а для для пришивания двусторонней схватки — 150 мм.

При сшивании всех элементов концы гвоздей должны остаться в дереве. Вбитые таким образом гвозди работают на срез (изгиб), то есть гвоздей должно быть установлено такое количество, чтобы они не были срезаны (изогнуты) растягивающими или сжимающими усилиями. Выход гвоздя наружу хотя ошибкой и не считается, но все же крайне нежелателен, концы ржавеют и заражают ржавчиной весь стержень гвоздя. При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную толщину последнего элемента следует уменьшать на 1,5d.

Растягивающее напряжение, которое выдерживает один гвоздь, вбитый в строительные элементы из сосны и ели, со смятием древесины вдоль волокон и работая на срез, определяется по формулам рисунка 14. Гвозди рассчитываются на срез (изгиб) по нескольким швам («условным срезам»), за расчетную несущую способность гвоздя принимается наименьшее из полученных значений. При определении несущей способности гвоздя со стороны непробиваемого крайнего элемента пакета расчетную длину гвоздя ао принимают без учета острой кромки. Это подсчитывается так: из общей длины гвоздя вычитают толщины сплачиваемых элементов, которые гвоздь проходит насквозь, потом вычитается длина острия и накидывается еще по два миллиметра на число швов, пробитых гвоздем. Если расчетная длина ао получается меньше четырех диаметров, то работу конца гвоздя не учитывают.

Расчетное количество гвоздей (гвоздевой бой) получается путем деления общего срезающего напряжения на несущую способность одного гвоздя.

Для того, чтобы гвозди не «измочалили» и не раскололи древесину, их нужно вбивать на определенном расстоянии друг от друга. При встречной забивке гвоздей, если их концы заходят один на другой не более чем на 1/3 толщины среднего элемента, разрешается сохранять одинаковую разметку гвоздей с каждой стороны соединения.