Дома из натурального дерева сейчас снова обрели популярность. Но древесина – это далеко не однородный материал, поэтому в процессе усадки происходит небольшая деформация, разные части дома принимают окончательный вид неравномерно.
Отсюда вытекает проблема крепления бруса между собой, которое обеспечит надежность, с одной стороны, и равномерную усадку с другой. Решение было найдено очень давно – нагели. Элемент отличается по размеру, форме сечения (круг или квадрат), материалу изготовления.
Виды нагелей
Разновидностей крепежного элемента много, но условно их делят на группы по материалу и форме. Рассмотрим этот вопрос подробней.
Материал изготовления
Активно используются два вида:
- Деревянный.
Большинство специалистов настоятельно рекомендуют использовать именно деревянный шип при возведении конструкций из дерева. Приводятся главные преимущества при выборе такого крепежа:
- Равномерное высыхание. Брус и нагель должны быть приблизительно одной влажности. Это позволит пройти процессу усадки практически без видимых изменений;
- Не подвержен действию перепадов температур . Дерево практически не меняет линейные размеры при различных температурах, поэтому крепежный элемент будет всегда на своем месте;
- Отсутствует ржавчина . Металл со временем ржавеет, что приводит к гниению соприкасающихся с ним деревянных поверхностей;
- Отсутствует конденсат. На стали при резком изменении температуры образовывается влага, которая совсем ни к чему внутри несущей стены.
- Шкант срастается со стеной. Через определенное время дом станет монолитным, деревянные поверхности спаиваются.
- Металлический.
Этот вариант также относится к бюджетному способу крепления, часто используются отходы (трубы, арматура). Хотя специалисты отдают предпочтение предыдущему способу, у металлического нагеля есть свои преимущества:
- Верхние слои древесины защищены от кручения;
- Долговечность конструкции.
Форма
Также выделяют несколько основных форм:
- Округлое сечение. С учетом того, что отверстия под крепление в бревне выполняются сверлом, то круглый нагель обеспечит максимальную площадь соприкосновения, гарантируя надежность и долговечность конструкции;
- Квадрат. Сделать такой элемент проще, стоит он также дешевле. Но на этом положительные стороны заканчиваются. При входе в отверстие края шипа деформируются, а общая площадь контакта остается минимальной. Строить таким образом дом опасно;
- Узкий прямоугольник . Наиболее простой в изготовлении вариант. Берется доска определенной толщины, распускается на прямоугольники. Единственное преимущество – очень небольшая толщина. Подходит для узкого бруса, но монтаж крайне затруднен.
Изготавливаем нагель своими руками
Этот вид крепежа продается в магазинах, но без особого труда можно сделать его и дома. Деревянный элемент изготавливается следующим образом:
- берутся обрезки досок, из которых нарезаются брусья размером 25 на 25 сантиметров;
- изготавливаются колья, длинной 1,5 толщины строительного бруса, диаметром 2,5 сантиметра;
- топором срезаются углы, для придания округлой формы.
Но необходимо принимать во внимание следующее:
- древесина для крепежа должна быть тверже бруса. Сейчас для этих целей чаще всего используется береза;
- нагель не должен значительно отличаться влажностью от основного элемента конструкции;
- категорически запрещено использовать шкант с сучком.
Проводим расчеты
В зависимости от выбранной технологии крепления, можно с достаточной точностью определить количество нагелей, вычислить их правильные характеристики.
Определяемся с размерами
Существует много научных трудов, которые помогут определиться с диаметром шканта. Но в профессиональной среде плотников-строителей уже сформировались определенные правила:
- для бруса толщиной 20 сантиметров и менее используется нагель диаметром 25 миллиметров;
- более толстый брус крепится шипом размером 3 сантиметра;
- брус толще 0,2 метра можно крепить шкантом 2,5 см, но при условии уменьшения шага до метра.
Длина определяется еще проще – наиболее распространенный и рекомендованный способ – крепление двух бревен нагелем длиной в полтора бруса.
Считаем количество
Даже небольшая баня потребует довольно большого количества шипов, которые необходимо приобрести или сделать, что может занять много времени. Поэтому количество крепежных элементов лучше знать заранее.
Существуют правила крепления:
- первый шкант вставляется на расстоянии от 20 до 70 сантиметров до угла;
- шаг составляет от полутора до 2 метров;
- скрепляются два соседних по высоте бревна обязательно.
Зная эти хитрости, высоту строения, диаметр бруса, можно с легкостью вычислить количество необходимых для строительства нагелей.
Технология крепления
Сверление
Используется мощная дрель, если необходимо делать отверстия непосредственно на строительной площадке либо станок, если брус подготавливается заранее.
Второй способ распространен на западе и позволяет собрать конструкцию практически любого дома за несколько дней. Но требуется внимательность, точный чертеж, профессионализм.
В первом и втором случае незыблемым остается правило – отверстие должно быть строго вертикальным.
Диаметр сверла и толщина шканта должны совпадать, а для верхних ярусов бруса отверстие должно быть даже на миллиметр два больше. Так избавляются от провисания несущей конструкции из-за небольшой вертикальной нагрузки. Отверстие делается на 2 сантиметра длиннее необходимого, чтобы шип мог спокойно ходить во время усадки.
Забивание
Обычно используется кувалда весом несколько килограмм. Нагель вгоняется внутрь ниже кромки бруса до конца отверстия, для этого используются насадки (обычно из латуни).
Правильное расположение
Идеальным считается вариант, когда нагели расположены в шахматном порядке. Но строго вертикальное направление по параллельным линиям также допускается и на прочность влияет не существенно.
Рекомендуется зазор до начала проема не менее тридцати сантиметров. Расстояние крепежа до угла не должно превышать 70 сантиметров. Шаг может варьироваться от метра до 3, в зависимости от материала, из которого сделан брус (твердые сорта требуют меньший шаг).
Преимущества и недостатки
Как и любой другой крепежный элемент, нагель обладает рядом положительных сторон, а также пассивом из недостатков.
Преимущества:
- Шип придает надежное сцепление, предотвращает провисание венца;
- Обеспечивает долговременную надежность при нагрузках на изгиб, чем не могут похвастаться гвозди и болты;
- Способствует равномерной усадке дома. Крепежный элемент свободно ходит по вертикальной плоскости, предотвращая горизонтальные деформации;
- Деревянное изделие не подвергается образованию влаги и коррозии, исключая процесс гниения;
- Предельная дешевизна. Даже покупка готовых нагелей не слишком ударит по карману, позволяя минимизировать бюджет.
Но есть и недостатки:
- Сложность монтажа. Абсолютное вертикальное расположение, идеальный подбор диаметра, подразумевает наличие приличных навыков строительства;
- Серьезные требования качества. Наличие сучков или неоднородность материала могут привести к плачевным последствиям;
- Чрезмерное приложение силы при забивании часто приводит к трещинам в брусе. После чего его необходимо менять.
Существует набор хитростей при монтаже, позволяющих построить дом своей мечты, который прослужит долгие годы:
- Шахматный порядок. Условие не обязательное, но настоятельно рекомендованное плотниками всех мастей;
- Во избежание провисания, необходимо пользоваться деревянными нагелями округлой формы. Квадратные изделия в основном продвигаются производителями, так как они проще в изготовлении;
- При забивании можно и нужно снижать трение. Для этого достаточно использовать мыльный раствор;
- Рекомендуется использовать крепеж из березы. Это гарантирует надежность конструкции, придает определенный шарм, при этом не увеличивает себестоимость строительства;
- Сходная влажность между шипом и брусом – принципиальное условие долговечности конструкции. На это нужно обращать пристальное внимание;
- Не стесняйтесь использовать дополнительные элементы крепления. Наука не стоит на месте, современные приспособления могут значительно облегчить задачу.
Основой любого дома является фундамент и его стены. Касается это и возведения деревянных домов. Их стены должны быть прочными, бревна либо брусья хорошо зафиксированными. Просто так уложить даже небольшой сруб не получиться, со временем венцы деформируются, сместятся, что приведет к искривлению стен или же вовсе к их полному разрушению. Именно поэтому изготавливаются самые разнообразные крепежные элементы, при помощи которых венцы сруба прочно скрепляются друг с другом. Наиболее простыми в использовании, доступными в цене и популярными являются нагеля. Но они существуют нескольких видов и различных форм, поэтому при их выборе необходимо знать, каким именно нагелям лучше отдать свое предпочтение.
Что представляют собой крепежные элементы – нагеля?
Нагеля – это стержни квадратного, треугольного либо цилиндрического сечения, предназначенные для закрепления двух бревен либо брусьев в срубе между собой (нижнего и верхнего). Устанавливаются нагеля в срубе в шахматном порядке, расстояние между ними должно составлять не менее 1 метра. Для начала в бревнах либо брусьев просверливается отверстие, а затем в них уже необходимо забивать нагеля. При этом нужно пользоваться только деревянными молотками, чтобы не повредить торец шканта. Устанавливаются нагеля строго вертикально, таким образом, они не будут препятствовать скольжению бревен либо брусьев вниз. Если нагель плохо поддается забивки, то усердствовать не стоит, лучше просверлить данное отверстие чуть большим диаметром.
Данные крепежные элементы обеспечивают стенам сруба устойчивость и прочность. Нагеля во время усадки сруба предотвращают деформацию бревен, снижается вероятность образования на них трещин внушительных размеров. Также после высыхания бревен нагеля обеспечивают им плавное скольжение вниз, чем уменьшают зазоры между венцами сруба. Изготавливаются они различных размеров. Чаще всего они встречаются выполненные диаметром 25-30 мм. Отличия у нагелей имеются не только в их размерах, но и разновидностях.
Виды нагелей
Существуют данные крепежные элементы нескольких видов: металлические и деревянные. Металлические нагеля являются прочными, изготавливаются из стали, обладают ребристой поверхностью. Используются они в деревянном домостроении редко, т.к. даже после обработки защитными составами, находясь в структуре дерева, они со временем подвергаются коррозии, а ржавчина в свою очередь негативно сказывается на самих венцах сруба. Да и на металлических шкантах образуется конденсат, который приведет рано или поздно к развитию гниения деревянного материала. К тому ребристая поверхность металлических нагелей травмирует древесину во время ее движения.
Деревянные нагеля по прочности не уступают металлическим, т.к. изготавливаются они из твердых пород древесины. Они обладают гладкой поверхностью, чем не травмируют движущиеся венцы сруба во время их высыхания и усадки. Деревянные нагеля хорошо сочетаются с венцами сруба, они не вызывают их гниение и других негативных реакций.
Как правильно выбрать нагеля для сборки сруба?
Покупая нагеля для сборки деревянного дома необходимо учитывать следующее:
- Приобретать все же желательно именно деревянные нагеля. Наиболее прочными являются шканты, изготовленные из березы. Можно приобрести и нагеля, изготовленные из дуба, но по своей стоимости они слишком дороги.
- Покупать желательно нагеля именно круглого сечения, под них будет легче подготавливать отверстие в венцах.
- В продаже могут встречаться как короткие, так и длинные нагеля. Рекомендуется остановиться на длинных, их можно уже на месте разрезать на необходимую длину.
- Обязательно нужно при покупке обращать внимание на имеющиеся дефекты. Их должно быть по минимуму, нагеля желательно приобретать идеально гладкие и без наличия сучков.
Считаются, что нагеля необходимо приобретать только для оцилиндрованных бревен, на самом деле они принесут большую пользу брусовым и даже рубленым срубам. Они придадут стенам прочность, устойчивость, снизят риски образования деформаций венцов, их кручение, и появление на них трещин.
Фото: схема установки нагелей в брусе деревянного дома.
Данные крепежи препятствует перемещению венцов относительно друг друга. Главное приобрести нагеля, соответствующие рекомендациям данными опытными строителями.
Фото: схема установки нагелей в бревнах деревянного бревенчатого дома или бани.
Фото: схема устройства бревенчатой стены деревянного сруба. Показано правильная установка шканта (нагеля) в рубленном бревне. Хорошо видно, что основной диаметр круглого нагеля из березы равен 25 мм. и хорошо виден допуск на осадку бревен который должен составлять примерно 50 мм.
Фото: при сверлении отверстий в брусе под установку нагелей необходимо присутствие двух рабочих. Так лучше всего выполнить данную работу правильно и без ошибок – перекосов сверления и контроля запаса на усадку бруса.
Фото: в местах установки дверных и оконных блоков, так называемых «вырезов» под окна и дверные коробки лучше всего вместо шкантов ставить строганные бруски 40х40 мм. в типовых деревянных срубах и бруски 50х50мм в бревенчатых срубах большого диаметра бревен. Это вызвано тем, что к таким брускам лучше всего крепить оконные и дверные, так называемые «обсады». Но, в местах стыка бревен и бруса – в «замках» обязательно ставятся деревянные круглые нагели из твердых пород древесины – дуба, бука или березы.
Фото: для улучшения осадочных деформаций в срубе из бревен и бруса, по новым технологиям рекомендуется ставить, сжимные устройства, так называемые пружинные узлы «Сила». Установка таких конструкционных деталей – «плавающих в дереве «глухарей»» с мощной пружиной сжатия позволяет, как следует прижимать брус и бревна друг к другу при постройке стен деревянных бревенчатых и брусчатых срубов.
Тематическое видео о «пружинных узлах»:
Сколько стоят нагеля? Цена?
Стоимость – цены нагелей в 2016 году на складе в Москве, таковы:
Универсальный нагель д.25 мм., длиной 1,25 м. (под нарезку) стоит 17 рублей за 1 шт. за 1 сорт. Цены на нагели 2-го сорта бывают процентов 5-10 ниже от данной цены. Но они не всегда имеются в наличии. На оптовые партии от 1000 шт. имеются скидки. Подробнее о наличии товара на складе и ценах лучше всего узнать по телефонам указанным в разделе контакты.
Тематическое Видео:
Самовывоз со склада и доставка
Наш интернет магазин – склад выдачи товаров расположен в г. Балашиха Московской области.
Имеется льготная доставка по ближайшим городам Подмосковья: Щелково, Реутово, Люберцы, Железнодорожный, Электроугли, Ногинск, Павлово-Посад, Орехово-Зуево, Черноголовка, Пушкино, Королев, Ивантеевка, Мытищи, Сергиев-Посад.
У нас есть недорогая (80 процентов от коммерческой стоимости) доставка в города:
1. Тверской области: Тверь, Конаково, Кимры, Калязин, Кашин, Мышкин, Углич, Торжок, Осташков, Нелидово
2. Владимирской области: г. Владимир, Ковров, Петушки, Киржач, Покров, Гусь-Хрустальный, Муром, Суздаль, Юрьев-Польский, Кольчугино, Лакинск и Струнино.
3. Ярославская область: города Ярославль, Переславль-Залесский, Ростов, Рыбинск, Тутаев, Углич, Мышкин.
4. Рязанская область: город Рязань, Касимов, Скопин, Сасово, Ряжск.
5. Краснодарский край: Краснодар, Новороссийск, Сочи, Ейск, Армавир, Кропоткин, Анапа, Туапсе, Геленджик, Славянск на Кубани, Тихорецк, Тимашевск, Белореченск, Усть-Лабинск, Апшеронск, Кореневск, Горячий Ключ, Темрюк и Крымск.
6. Калужская область: города Калуга, Обнинск, Людиново, Малоярославец, Балабаново и Козельск.
Заказывая сруб из натурального дерева, покупатели в первую очередь обращают внимание на лес, из которого возводится здание, форму и сорт бруса, планировку. При этом упускают такую деталь как соединительные материалы, тогда как именно этот фактор влияет на дальнейшие эксплуатационные характеристики строения. В качестве элементов крепежа для деревянного дома используются деревянные и металлические нагели. Какой из этих вариантов предпочтителен с точки зрения обеспечения оптимальных качеств объекта?
Технология крепления бруса в деревянном доме
Во избежание смещения бревен относительно друг друга, кроме крепления «в чашу» и усадочный паз, используют нагели. Их применение позволяет обеспечить необходимую вертикальность стен. Деталь представляет собой деревянный или металлический стержень, удерживающий от сдвига соседствующие бревна. Элемент устанавливается в шахматном порядке, с шагом примерно 2м, в заранее высверленные отверстия. Длина детали должна быть на 2-3 см меньше посадочного места, толщина - такой, чтобы обеспечивать небольшой натяг.
Сборка бруса с использованием нагелей осуществляется в следующем порядке:
- в уложенном брусе высверливаются отверстия заданного диаметра;
- в подготовленные отверстия забиваются нагели на глубину не менее 2 см;
- добавляется следующее бревно с соответствующими схеме расположения нагелей в предыдущем ряду отверстиями.
Металлические нагели: за и против
Изделия представляют собой отрезки арматуры заданной длины и диаметра. Они могут быть гладкими и рифлеными. В ряде случаев в качестве нагелей используют металлические грозди. К преимуществам этого типа изделий относятся:
- простота и быстрота монтажа и, как следствие, удешевление строительства;
- прочность и долговечность;
- невысокая цена.
Причинами, по которым следует отказаться от применения металлического крепежа, служат:
- Разнородность структур. Дерево со временем будет усыхать, деформироваться, металл - нет. При жестком закреплении образующие стену брусья могут «зависнуть» на арматуре, или наоборот, начать болтаться.
- Подверженность коррозии. Перепады температур, изменения уровня влажности приводит к ржавлению элемента и порче материала вокруг него. В дальнейшем на поверхности сруба могут образоваться коричневые пятна.
Деревянные нагели: проверенно временем
Традиционно при строительстве срубов использовались деревянные шканты. Деталь изготовлялась из древесины с высокой прочностью - дуба, березы, бука. Отдать предпочтение этому варианту крепежа рекомендуется по таким причинам:
- предотвращение деформации бруса при дальнейшей эксплуатации;
- равномерная усадка стен дома;
- устойчивость к короблению, перепадам температур.
При покупке детали следует обратить внимание на ее качество. Древесина нагеля должна быть хорошо просушенной, не иметь следов плесени. Забивать изделие в отверстия следует киянкой.
Какой вариант выбрать
Металлические нагели оптимально подойдут в ситуациях, когда особое внимание уделяется именно надежности стяжки бруса. Для минимизации негативного влияния детали на конструкцию в целом рекомендовано использовать шканты, изготовленные из коррозионо стойких сталей. Компенсировать неспособность изделия справляться с нагрузкой «на изгиб» поможет покупка нагелей типа «пружинный узел» - крепежного элемента, состоящего из болта с пружиной.
Во всех иных случаях отдают предпочтение деревянному соединению. Оно обеспечит равномерную усадку всего дома, хорошую теплоизоляцию строения.
Бетон за счет высокой прочности и долговечности является одним из лучших материалов для стен, перегородок и перекрытий. Однако некоторые недостатки у него есть. Например, неудобство монтажа на таких ограждающих конструкциях каких-либо навесных деталей – люстр, полок или обычного карниза.
Помочь решить эту проблему поможет специальное крепежное изделие, называемое нагель по бетону. Недорогие по цене и несложные в монтаже эти предметы позволят вам сэкономить множество времени, потраченного при попытках применения других способов крепления к бетону.
Особенности и назначение
Шурупы или нагели по бетону представляют собой стержни, имеющие переменную резьбу и острые наконечники. Как правило, изделие снабжено потайной головкой c внутренними насечками, для работы с которой понадобится специальная бита, выполненная в виде шестиконечной звезды. Насечки же позволяют шурупам держаться на основании еще плотнее.
В основном нагели предназначены для того, чтобы крепить различные конструкции к таким основаниям, как бетон. Среди них – шкафчики, рамы, дверные косяки, отопительные радиаторы и различные коммуникации. Впрочем, тот же крепеж подойдет и для кирпича (полнотелого или пустотелого). А надежность крепления при помощи изделия объясняется неравномерностью его резьбы, надежно фиксирующей шуруп-нагель в любой подходящей поверхности, в том числе и бетонной.
Классификация нагелей
Основная классификация, согласно которой отличают различные виды нагелей, зависит от формы их головки. Есть еще несколько вариантов разделения изделий, хотя все они имеют меньшее значение при монтаже навесных изделий – тип покрытия крепежа, размеры и цена.
По форме головки нагели по бетону бывают:
- потайными, т.е. коническими и имеющими крестообразные шлицы;
- прямоугольными или в виде крюка (петли), иногда округлого типа;
- шестигранными с внутренней резьбой и крестообразной шлицей, предназначенными под накидные и рожковые ключи;
- в виде шпильки, имеющей резьбовой сгон для гайки.
От формы головок в какой-то степени зависят и особенности их монтажа. Так, например, нагель, заканчивающийся крюком или шпилькой, допускается устанавливать только в заранее рассверленные отверстия с установленным дюбелем. Остальные варианты разрешается вкручивать без предварительного сверления.
Для шурупов, имеющих потайную или шестигранную головку, подготовка посадочных отверстий не требуется, хотя такое бывает возможным не для каждого бетона.
Тип покрытия
По типу покрытия нагели могут быть:
- оцинкованными;
- омедненными;
- зачерненными.
Выбор типа покрытия нагеля по бетону зависит от того, как им будут пользоваться. Первый вариант имеет серебристый цвет и подходит для монтажа в любых местах как снаружи, так и внутри. Омедненные шурупы используют для выполнения только внутренних работ. А зачерненный нагель подходит для условий с невысоким уровнем влажности и, естественно, не может устанавливаться ни на улице, ни в подвалах.
Несмотря на то, что каждый шуруп-нагель имеет переменную резьбу (отличаясь этим от остальных вариантов крепежа) и одинаковый диаметр 7.5 мм, существуют отличия в длине изделий.
Она варьируется от 70 до 200 мм (72–202 мм с учетом размеров головки) с шагом в 20 мм, кроме 30-миллиметрового промежутка между 150 и 180 мм. От длины зависит время закручивания шурупа в стену, и, соответственно, прочность смонтированного на нем изделия.
Стоимость материалов
Стоимость нагелей по бетону зависит в основном от их длины и параметров покрытия. Например, омедненные изделия обойдутся дороже зачерненных, а за 150-миллиметровые придется заплатить больше, чем за 70-миллиметровые. В любом случае приобретение шурупов не нанесет особого ущерба вашему бюджету, так как стоит нагель недорого, а для строительных работ этих изделий обычно нужно немного.
Основных стадий установки нагелей всего три. Это – подготовительные работы, расчет количества и размеров изделия и непосредственно монтаж.
Для каждой из них следует знать некоторые особенности.
Подготовительные работы
Устанавливая шуруп-нагель, не получится обойтись без сверления дополнительных отверстий. Диаметры таких проходов в бетоне должны быть меньшими по сравнению с резьбовой зоной крепежного изделия примерно на 15–20 процентов. После того, как отверстия просверлены, их обязательно следует прочистить от пыли.
Расчеты размеров и количества
Размеры нагелей по бетону чаще всего выбираются исходя из той нагрузки, которую им необходимо выдержать. Например, вес в 100 кг потребует установки саморезов длиной около 150 мм. А маленькую полку весом до 10 кг легко удержат и небольшие нагели, длина которых не превышает 70 миллиметров. Не стоит вешать новую конструкцию на нагели, предназначенные для подвешивания более легкого предмета.
Определение количества нагелей проводится по расстоянию между ними. Обычно его принимают равным 70–100 мм в каждом из направлений. То есть, например, для шкафчика размером 60×90 мм понадобится установка по углам 4 шурупов, а для конструкции со сторонами 120×150 мм – уже восемь штук.
Монтаж
В отверстие, предназначенное для установки нагеля по бетону, вставляется дюбель соответствующего размера. Материалом его изготовления может быть и пластмасса, и древесина, а главной характеристикой – возможность выдержать крепеж и надежное закрепление в перекрытии или стене. Для вкручивания следует пользоваться специальной отверткой, параметры которой зависят от формы головки нагеля.
Правильное вкручивание самореза позволит избежать его обламывания. Поэтому делать это следует аккуратно, не перетягивая. Также стоит избегать и слишком быстрого вкручивания, которое приводит к перегреву головки шурупа и ее разрушению.
Нагелями называются вкладыши, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов и работающие в основном на изгиб. По форме нагели бывают цилиндрическими и пластинчатыми. К цилиндрическим нагелям относятся: болты, штыри, гвозди и винты. К пластинчатым нагелям относятся дубовые пластинки (закладываемые в гнездо) и стальные пластинки (закладные и забивные).Область применения нагелей: болты и штыри - в стыках элементов для сплачивания составных сжатых элементов, в узловых соединениях; гвозди - для сплачивания составных сжатых элементов из досок, реже - в узловых соединениях; пластинчатые нагели - для сплачивания брусьев в составных балках; глухари и шурупы - в соединениях со стальными накладками.
В зависимости от вида деформации нагелей (относительно середины их длины) различают: симметричные соединения (рис. 59) и несимметричные (рис. 60). По числу плоскостей сдвига между соединяемыми элементами соединения делятся на односрезные, двухсрезные и многосрезные. Здесь понятие «срез» не относится к характеру работы и разрушения нагеля, а означает только место пересечения им плоскости сдвига.
Работа нагельного соединения
В правильно запроектированном нагельном соединении происходит смятие древесины гнезда (вязкость соединения) и изгиб нагеля (рис. 61, а), при жестком нагеле может произойти раскалывание древесины между гнездами (хрупкое разрушение) (рис. 61, б). Поэтому применять жесткие нагели не рекомендуется. Нагельные соединения отличаются плотностью. На рис. 62 показана работа различных видов односрезных нагельных соединений и схемы действия на них сдвигающих сил в виде распределенных напряжений смятия σ см, эпюр изгибающих моментов М и поперечных сил Q. Нагельные соединения (безраспорные) - Т 1 е 1 = Т 2 е 2 .Соединения на цилиндрических нагелях. Стальные цилиндрические нагели изготовляются диаметром 12...24 мм с градацией через 2 мм, дубовые - диаметром 12...30 мм с градацией через 4 мм (вытачиваются из брусков). Нагели вставляются в отверстия равного с ними диаметра.
Нагели и болты могут выполняться также из других материалов. Металлические нагели неприемлемы при работе конструкций в химически агрессивной среде и для этих условий нагели изготовляются полностью деревянными или деревопластмассовыми, например, из ориентированного прессматериала АГ-4С и из ДСП-Б. Из этих материалов прессованием изготовляются болты, нагели, гайки и шайбы.
Винты и шурупы диаметром до 10 мм и глухари диаметром до 20 мм завинчиваются в предварительно рассверленные сверлом меньшего диаметра отверстия.
Гвозди диаметром до 6 мм забиваются в цельную древесину; при большем диаметре гвоздей предварительно просверливаются гнезда сверлом меньшего диаметра (нерекомендуемое соединение).
Расчет соединения . Ввиду плотности нагельного соединения, деформации нагеля и древесины тесно связаны между собой. Поэтому несущая способность нагельного соединения определяется тем видом сопротивления (т. е. изгибом нагеля или смятием древесины стенок гнезда), который раньше достигает предельного состояния и находится для одного среза нагеля по формулам:
По смятию гнезда
по изгибу нагеля
В этих формулах с и а - толщины соединяемых элементов, k - коэффициенты, принимаемые по табл. 11. За расчетную несущую способность на один срез принимается минимальная из полученных величин.
По формулам (65) и (66) рассчитываются соединения, работающие вдоль волокон. В тех случаях, когда передаваемое нагелем усилие направлено под углом а к волокнам элементов, расчетная несущая способность находится по указанным формулам с умножением на коэффициент k α (табл. 12) при расчете по смятию древесины гнезда и на √k α при расчете по изгибу нагеля. Угол принимается равным большему из углов смятия нагелем элементов, прилегающих к рассматриваемому шву.
В соединении на нагелях из пластмасс кроме смятия древесины гнезда и изгиба нагеля может произойти срез нагеля. Несущая способность нагеля на один срез при этом виде сопротивления находится по формуле
где R cp - расчетное сопротивление материала нагеля срезу.
За расчетную несущую способность нагеля на один срез в этом случае принимается минимальное значение, получаемое по формулам (65), (66) и (67).
При проектировании соединений элементов, работающих при повышенной влажности или температуре, при проверке соединений на воздействие только постоянной и временной длительной нагрузок или рассчитываемых на воздействие кратковременных нагрузок, несущую способность на один срез следует определять по формулам (65)...(67) с умножением на соответствующие поправочные коэффициенты по табл. 1, 2, 3, 4 при расчете из условия смятия древесины и на корень квадратный из их коэффициентов при расчете из условия изгиба нагеля.
Число нагелей в соединении определяется по формуле
где N - расчетное усилие в соединении;
Т мин - расчетная несущая способность одного среза;
n ср - число срезов нагеля.
Конструирование соединения . Нагели в соединении размещаются с учетом предотвращения разрушения древесины от раскалывания в результате недопустимого ослабления соединяемых элементов. Нормативные расстояния между рядами нагелей s 2 , между нагелями в ряду s 1 зависят от типа нагеля, от толщины соединяемого пакета и от способа расстановки (рис. 63 и табл. 13). Чем толще пакет, тем больше опасность искажения правильной разбивки нагелей на обратной стороне пакета (из-за увода сверла при сверлении). Поэтому в толстых пакетах при b>10d, принимаются увеличенные расстояния между нагелями.
Нагели следует размещать, как правило, по двум, реже - четырем продольным рядам. Размещение нагелей по одному или трем продольным рядам не допускается, чтобы избежать совпадений среднего ряда с сердцевинной плоскостью элемента, где появляется усушечная трещина.
Размещение нагелей в шахматном порядке не рекомендуется. Трудоемкий процесс разметки облегчает применение шаблонов. Рассверливание отверстий электросверлами с направляющей рамой также облегчает работу и повышает качество отверстий. Рассверливание ведется через весь пакет досок, временно соединяемых струбцинами или гвоздями.
Забивают нагели в отверстия равного диаметра легкими ударами молотка. Забивка нагелей в отверстия меньшего диаметра может вызвать раскалывание древесины по рядам отверстий.
В нагельных соединениях должны быть поставлены стяжные болты: в растянутых стыках с деревянными накладками в размере 25...40% от общего числа нагелей; в растянутых стыках со стальными накладками в размере 50% от общего числа нагелей; в узловых соединениях ставят не менее одного стяжного болта в центре узла.
Соединяемые элементы проверяются на прочность с учетом ослабления отверстиями.
Применение нагельных соединений с тонкими прокладками, стальными или пластмассовыми накладками (рис. 59, б, г и рис. 60, г) допустимо, если нагели в отверстия поставлены плотно. Это достигается сквозным просверливанием пакета. Прокладки и накладки проверяются на растяжение по ослабленному сечению, на продольный изгиб, на смятие стенок отверстий по формулам:
здесь N - расчетное усилие в прокладке или одной накладке;
F нт - расчетная площадь ослабленного отверстиями сечения;
F бр - площадь брутто сечения накладки;
φ - коэффициент продольного изгиба при гибкости накладки, определенной на расчетной длине между точками закрепления;
d - диаметр отверстия;
δ н - толщина накладки (прокладки);
n н - число отверстий;
R p , R c , R см - расчетные сопротивления материала накладок (прокладки) растяжению, сжатию, смятию.
Гвоздевые соединения
Нормальной толщиной пробиваемого элемента следует считать с = 10 гв, при которой s 1 ≥15d гв, минимальной толщиной является с = 4d гв, при которой s 1 = 25d гв. Для промежуточных значений с наименьшее расстояние s 1 определяется по интерполяции. Для элементов, не пробиваемых гвоздем насквозь, независимо от их толщины, принимается s 1 ≥15d гв. Расстояние вдоль волокон от гвоздя до торца элемента во всех случаях должно быть не менее 15d гв. При расстановке гвоздей косыми рядами в шахматном порядке расстояние s 2 может быть уменьшено до 3d гв.Встречная забивка гвоздей с противоположных сторон пакета допускается лишь в том случае, когда их концы заглубляются в средний элемент пакета не более чем на 2/3 его толщины.
Забивка гвоздей в древесину твердых лиственных пород и в лиственницу не допускается из-за опасности появления трещин.
Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины в элементах, выполненных из осины, ольхи и тополя, следует увеличивать до 50% по сравнению с указанными выше.
Нагели из круглой стали в соединениях с листовыми шарнирами
Соединения с листовыми шарнирами применяются в основном для крепления массивных растянутых элементов в узлах и стыках (рис. 64).Стальная полоса к элементу крепится болтами и штырями. Число болтов должно составлять 25...50% от общего числа нагелей. Для обеспечения необходимой плотности соединения сверление отверстий для нагелей производится сверлом для металла через древесину и стальную полосу, заранее вставленную в прорезь деревянного элемента.
В соединениях с листовыми шарнирами применяются двухсрезные симметричные нагели. Несущая способность одного среза нагеля, кН, определяется по формуле
где d - диаметр нагеля, см;
α = h/2d - коэффициент, равный отношению половины толщины соединяемого элемента к диаметру нагеля d.
Несущая способность одного двухсрезного нагеля Т н = 2T 1 .
Для обеспечения равнопрочности нагеля по смятию и изгибу значения коэффициента α рекомендуется принимать в пределах 4...5. Размеры поперечного сечения полосы определяются из условия прочности ее на разрыв по ослабленному нагелями сечению.
Размещают нагели в соединениях с листовым шарниром по общим правилам размещения нагелей из круглой стали, причем расстояния между нагелями вдоль волокон и от крайнего нагеля до торца элемента принимаются s 1 ≥7,5d.