Какими гвоздями лучше сбивать каркасный дом. Типичные ошибки проектирования и строительства каркасных домов

Проект дома составляется с учетом всех возможных физических и механических воздействий на дом и на строительные материалы, в том числе с расчетом нагрузок на тот или иной элемент. Немаловажную роль в расчете стойкости конструкции играет выбор крепежного материала – особенно это важно при строительстве каркасного дома.

1. Проект дома и расчет стойкости конструкций

Строительство дома по проекту – это не просто приблизительная последовательность сборки и следование чертежам. Это учет всех заложенных в него особенностей, включая, конечно, и способы крепления и метизные материалы.

Особенностью каркасного дома является шарнирное соединение его элементов. Это означает, что оно допускает вращение соединяемых конструкций. Если мы рассмотрим каркас дома, то увидим, что боковые нагрузки могут привести к наклону вертикальной стойки в любую сторону.

Этому препятствуют дополнительные элементы, стягивающие каркас – верхняя и нижняя обвязка и установка укосин.

В целом нагрузка на каркас выравнивается и равномерно передается на фундамент. Но все это правомерно при прочном соединении всех частей, всех узлов и элементов каркаса. Отсюда – важнейшая роль креплений и метизных материалов.

Можно смело сказать, что если в монолитных домах основой конструкционной прочности является не столько материал, сколько связующее (бетонный раствор), то в каркасных гвоздях по аналогии – крепежные материалы.

2. Гвозди и саморезы – основные крепежные метизы

Металлические крепежные материалы появились в строительстве сравнительно недавно. Основным и единственным способом скрепления деревянных конструкций были вырезание в них крепежных узлов – шипов, с помощью которых одна часть присоединялась к другой. Примером таких соединений является вырезание «чаши» в бревнах при сооружении срубов – домов из толстых бревен.

Но не будем углубляться вглубь времен.

Сегодня существует масса крепежных метизов, основные из которых:

1. Гвозди в виде клина, вбиваемые в толщу материала
2. Саморезы с винтовой резьбой, вкручиваемые в материал
3. Скобы, вбиваемые в материал частично
4. Болты, соединяющие элементы, не внедряясь в материал

В данной статье мы затронем вопрос о выборе между гвоздями и саморезами в строительстве каркасного дома.

Гвозди вбиваются в место соединения двух частей, одновременно крепко связываясь с одной и другой частью. По сути, гвоздь – это клин, вбиваемый в толщу материала.

Он раздвигает (расклинивает) материал и держится внутри за счет сил упругости: структура материала со всех сторон давит на гвоздь и это давление позволяет ему прочно держаться в толще вещества.

Несколько иной принцип действует при использовании саморезов (или шурупов). Саморез – это, по сути, клин с резьбой. Он не вбивается в материал, а вкручивается. При этом вхождение клина в материал облегчается. Саморез удерживается в материале не только за счет давления его толщи по бокам, но и за счет стенок образованных винтовыми спиралями полостей в дереве, бороздок.

С точки зрения вертикальных нагрузок крепление саморезом значительно прочнее гвоздевого. Чтобы удалить саморез, нужно преодолеть не просто силы упругости материала, но и разрушить удерживающие бороздки, то есть разрушить материал.

Использование гвоздей и саморезов, например, в бетоне дает практически вечное соединение. Правда для этого нужно использовать специальные гвозди – крепчайшие дюбеля, в саморезы ввинчивать (или просто монтировать), пока бетон не застыл.

3. Учет свойства древесины

Это теория, а на практике есть некоторые особенности, особенно в работе с древесиной. Древесина – материал сравнительно мягкий, но и достаточно упругий.

Определяющей особенностью его является то, что на дерево сильно влияет влажность. Структура древесины легко впитывает и отдает влагу. При этом волокна целлюлозы, из которых в основном состоит древесина, меняют свои размеры. Дерево расширяется, увлажняясь, и сужается, высыхая.

Понятно, что во взаимодействии с окружающей средой – от атмосферных осадкой до водяного пара из помещения – дерево постоянно «дышит», т.е меняет свои размеры.

Что происходит в этих случаях с крепежным материалом?

При разбухании – сужении древесины гвоздь остается в ней в сжатом состоянии. Даже сильно рассохшиеся доски скрепленные гвоздями не распадаются.

В то же время эти циклы сжатия-растяжения разрушают целостность «бороздок» саморезов, и соединение распадается – саморез в рассохшейся древесине можно просто вынуть из гнезда.

Что происходит в креплениях узлов при разбухании-сжатии древесины? Относительно друг друга каждый элемент расширяется-сужается, не влияя на положение гвоздя.

Саморез же ослабляет соединение, так как сам «сидит» в дереве непрочно.

4. Влияние шарнирности конструкции на крепежный материалы

Второй особенностью каркасных домов является шарнирность его конструкции. На места соединения элементов оказываются очень сильные не только вертикальные, но и боковые нагрузки.

Гвоздь выносит боковые легко – сталь значительно прочнее дерева.

Саморезы тоже прочнее, но они из изготовлены из спецсталей – твердых, но хрупких. Иной материал не годен для создания резьбы. Нагрузки «на отрыв» они держат прекрасно (в отличие от гвоздей), но таких нагрузок на каркас сравнительно мало. Такие нагрузки значительны на элементы внешней отделки, прикрепленные к каркасу и тому подобные.

А вот нагрузки «на срез» (или «на сдвиг») саморезы могут не выдержать, а это именно те боковые нагрузки, которые в основном и действуют на шарнирное соединение. Хрупкий металл просто ломается.

5. Использование гвоздей и саморезов в конструкциях

Таким образом, мы видим, что использование гвоздей лучше в местах, где действуют в первую очередь нагрузки «на срез», а именно там, где крепятся:

• Балки обвязки и перекрытия
• Стойки
• Стропильные ноги

При этом гвозди подбирают согласно толщине досок. Для усиления соединения рекомендуется забивать гвозди под некоторым углом. Кроме того, зачастую используются «усиленные» гвозди – винтовые и ершовые, на поверхности которых есть дополнительная резьбы и бороздки, увеличивающие сопротивление «на разрыв».

Саморезы лучше использовать в местах действия нагрузок «на отрыв»:

• Крепление ОСП
• Минваты
• Сайдинга
• Обрешетки

Вкручивать саморезы нужно тоже правильно, с обязательным раззенковыванием углубления под шляпку:

Для саморезов по понятным причинам очень важна коррозионная стойкость. В ответственных узлах, предпочтительнее применение оцинкованных саморезов.

6. Заключение

Таким образом, можно сделать вывод: использование гвоздей или саморезов следует выбирать, согласно проекту дома. В местах соединений, испытывающих нагрузки «на сдвиг» лучше использовать гвозди, а при нагрузках «на разрыв» предпочтительнее применять саморезы.

Последнее десятилетие шурупы и саморезы стали настолько популярными, что про гвозди у нас практически не вспоминают. В то же время на Западе в каркасном строительстве по большей части используют только гвозди. Так что лучше, гвозди или саморезы?

Мы провели небольшой тест, чтобы показать один из основных недостатков шурупов, о котором многие забывают.

Чтобы саморезы или шурупы из металлического сплава при заворачивании не гнулись, в процессе изготовления их подвергают закалке. После нее металл становится твердым, но хрупким. Это и есть основной недостаток шурупов и саморезов. Но если быть точным, закалке подвергаются только оцинкованные саморезы (белые, желтые). Черные саморезы, как правило, изготавливаются из оксидированной стали С1022, хотя она тоже относительно хрупка.

Гвозди не подвергаются закалке, потому лучше держат большие нагрузки. Если нагрузка чрезмерно повышается, гвоздь будет гнуться, но не сломается, в противовес шурупам или саморезам. Оттого их до сих пор применяют в строительстве при сборке каркасов в зонах с повышенными нагрузками. Шурупам же, зачастую, отводится роль крепления отделочных материалов.

Еще одно преимущество гвоздей – со специальными гвоздезабивными пистолетами процесс сборки конструкций ускоряется в разы.

Теперь небольшой тест. Для сравнения мы взяли два шурупа 6х90 и 4,5х70, два самореза 4,8х110 и 3,5х55, а также небольшой гвоздь 3х75.

Увидеть разницу между ними вам поможет короткий видеоролик.

Видно, что закаленные саморезы являются самыми хрупкими и ломаются практически сразу. Черные стальные саморезы оказываются более прочными, но тоже не выдерживают нескольких изгибов. А вот чтобы сломать гвоздь, нужно сделать пару десятков резких изгибающих движений.

Данный тест вовсе не означает, что мы агитируем за использование гвоздей. Лишь хотим показать, что к выбору крепежа следует относиться с должным вниманием. И, разумеется, найдется масса мест, где саморезы дадут фору любым гвоздям.

Мне кажется, что любовь наших строителей каркасных домов к саморезов проистекает из непонимания элементарных законов физики и механики. Кажется им, что если затянуть потуже, то будет крепко и надежно! Ну и винтят саморезы куда ни попадя - скрепляют ими каркасы стен и перекрытий, монтируют плитную обшивку и искренне считают, что если использовать снаружи не каленые, а оцинкованные шурупы, то дом на них простоит века. Ну-ну...

"Гвозди! Всем нужны гвозди!" кричал Крош в известном мультике и был во многом прав. Североамериканский "КОД " регламентирует использование только гвоздей, наш СП 31-105-2002 тоже настаивает на гвоздях, финны со шведами вон, почему-то строят каркасные дома с помощью нейлеров... Может они все не в курсе, что на свете есть такое чудо, как чОрный китайский саморез? =)

Однако, все намного прозаичней - материал, из которого сделан гвоздь, подразумевает возможность его деформации. То есть, в случае каких-либо не расчетных нагрузок гвоздь изогнется или вытянется не деформируя сбитые детали и не ломаясь сам.

В случае же каленого самореза (а они все каленые, даже оцинкованные) получается, что либо будут повреждены детали, либо саморез элементарно сломается. Да и гниют те же черные саморезы только в путь, ибо они предназначены для крепления ГКЛ/ГЛВ где не предполагается наличие больших нагрузок и отсутствует агрессивное воздействие влаги на крепежный материал.

Итак, использование саморезов (шурупов - один черт) в каркасе стен, это:

• потеря времени на процесс (нейлером бить гвозди на порядок быстрее!);
• потеря финансов (гвозди дешевле саморезов и биты постепенно стачиваются);
• разрушение крепежа в будущем за счет коррозии;
• высокий риск облома или разрушения каркаса в случае возникновения сильной нагрузки на сдвиг (сильный ветер, например).

Единственно, где можно использовать саморезы - это монтаж материалов к каркасу перекрытия, т.к. в этом случае на саморез не действуют нагрузки на сдвиг, повседневная эксплуатация не предполагает наличие влаги и можно сэкономить на клее и винтовых гвоздях.

Когда создают современную каркасную конструкцию, то используют саморезы, гвозди или шурупы. Это достаточно удобный вариант крепежа. А в древности такие деревянные конструкции создавали без единого гвоздя или шурупа. Мастера умели создавать скрытый шип-паз. Такое крепление было очень прочным. Созданные еще несколько веков назад, западноевропейские фахверковые дома живут и сегодня, потому что тот шип-паз, который применяли плотники того времени, - это мастерство, без которого невозможно было построить каркасный дом. Скорее всего гвозди и разнообразные скобы уже были, но они не использовались в то время, по причине их чрезвычайно высокой стоимости. Крепление шип-паз во многом себя оправдывает, потому что при нем дерево соединяется с деревом, и это считается более целесообразным, чем крепить саморезами или гвоздями дерево к дереву. И все же сегодня саморезы и гвозди – популярный тип метизов, а мастеров, владеющих мастерством устройства точного и надёжного типа «косой зуб», «ласточкин хвост» сегодня почти нет. Хотя такие альтернативные соединения вполне приемлемы и даже предпочтительны и в наше время.
Прочность каркасной конструкции и ее жесткость зависит не только от качества соединений и качества самого используемого материала, но и от способа крепления, и грамотно распределенных нагрузок на этапе проектирования. Если соединения сделать неправильными или перегруженными, то в скором времени они проявят себя поющими звуками и скрипами. Чтобы конструкция не разболталась, нужно строго соблюдать технологию сборки и следить за качеством сборки элементов каркаса. Чтобы саморезы не подвергались коррозии, они должны быть оцинкованными или обработанными иными способами против коррозии. Можно дополнительно окунуть их в олифу, грунтовку или какой-нибудь иной защитный состав во время завинчивания или хорошо обработать после, хотя это будет уже менее эффективно.

На самом деле, гвозди успешно заменяют на саморезы различных типов. Потому что они обладают целым рядом преимуществ. Основное же достоинство – они надежно закрепляют все элементы. В отличие от гвоздя, саморез обладает резьбой. Это позволяет его вкручивать в любые материалы: будь то дерево, пластмасса, гипсокартон, фанера или металл. Для металла используют специальные саморезы, с более прочной структурой и меньшей резьбой. К тому же саморезы, при такой же длине, как и гвоздь, обладают повышенными качествами по прочности удержания на выдёргивание или растяжение. Даже маленький саморез будет прочно держать любой материал, и, скорее всего, не будет ослабляться со временем, как может быть с гвоздем при сборке мебели. Это позволяет успешно применять саморезы там, где гвозди могут испортить внешний вид. И что еще важно, саморезы при необходимости могут быть легко удалены, так как имеют резьбу и шлиц для выкручивания.

Несколько советов и хитростей при использовании саморезов и гвоздей в строительстве

Количество использованных гвоздей еще не гарантирует прочность конструкции.

Располагать гвозди нужно «с умом». Желательно не бить их в край доски, чтобы не расколоть. Забивать гвозди лучше «под углом» – так они надежнее держат.

Если нужно забить гвоздь в определенное место, но есть риск расколоть доску, предварительно затупите острие, гвоздь не будет раздвигать волокна и расщеплять доску, а будет их сминать.

Длину гвоздя желательно подбирать таким образом, чтобы он немного не выходил из материала, к которому прибиваем. Слишком тонкий гвоздь держать будет плохо. Длинный – забивать долго, а прочнее не будет если он выйдет наружу или ещё расколет доску.

Там, где конструкция «работает на отрыв», вместо гвоздей лучше использовать саморезы необходимого диаметра. Это надежнее.

Саморезы предпочтительнее и там, где на конструкцию передаются какие-либо вибрации, например: двери, окна; а также, где мы ведем обшивку по дереву каким-либо иным материалом: ДВП, ЦСП, фанерой, пластиком и т.п., а также при креплении к деревянным конструкциям, к примеру: металлических подвесов проводов, флагштоков и т.д. В таких местах гвозди со временем «вылезают», и их приходится добивать, что прочности не добавляет. Лучше сразу заменить такой «живой» гвоздь на саморез или шуруп.

Саморезы также используют в тех местах, которые, вероятно, впоследствии придется разбирать, это облегчит разборку и не повредит разбираемый материал.

Чтобы саморез не расколол дерево при завинчивании, можно предварительно высверлить отверстие такого же или меньшего диаметра.

Намного легче закручивать саморез, если смазать его мылом или обмакнуть в масло.

Быстро завернуть много саморезов вам поможет дрель, в патрон которой устанавливается бита или отвертка. Если есть возможность, воспользуйтесь специальным шуруповертом. Работать им будет, конечно, удобнее. В этом случае скорость сборки на саморезах будет такая же, как и на гвоздях.

В разделе, Скачать документы, инструкции, программы есть документ: Соединения на гвоздях, винтах и шурупах. Выбор крепежа для деревянного домостроения, требования и методы испытаний.
Стандарт подготовлен Ассоциацией деревянного домостроения в рамках принятой программы «Общая программа работ по нормативно-техническому обеспечению производства и применения деревянных конструкций». Очень подробный документ с объяснениями: какой и где использовать крепёж, его тип и размер.

А сейчас очередной факт: что произошло с саморезами всего за несколько дождливых дней.

В 2013 году, летом, у моего дома было покрашено крыльцо. Перед покраской в середине лета все доски были сняты (благо всё держалось на оцинкованных саморезах). Доски были слегка прошлифованы ручным электро рубанком, чтобы не торчали заусенцы и краска легла ровнее. Так как доски за пару лет полностью высохли и их подстрогали, то пришлось их прикручивать на новые места вплотную друг к другу, но без особого фанатизма. Всё было сделано быстро без щелей и покрашено кроющим антисептиком "Винха", которым и покрашен весь дом. Каково было моё удивление, когда, приехав по осени на дачу (осень выдалась на редкость дождливая), я обнаружил, что там, где доски понизу были привинчены на один целиковый брус каркаса крыльца, доски были оторваны и вышли за пределы крыльца почти на 5см! С учётом того, что всего-то досок не более чем 1,8м по ширине, и они не подвергались прямым осадкам (максимум редкими косыми дождями по хорошо прокрашенной поверхности).
Так как уже было достаточно холодно, то не стал ничего делать, оставив на следующий год. На первом фото ниже видно, что произошло с оцинкованными саморезами 4х40 мм: саморезы в шести крайних досках (из всего двадцати) были сломаны на 3 части. Первая часть - головка и тело 0,8-1 см было в доске снаружи, часть тела прим 1-1,5 см торчало из доски внутри, и примерно 2 см осталось в брусе каркаса крыльца, из которых вывернулось всего несколько штук, а большинство не удалось подцепить. Поэтому пришлось доски прикручивать саморезами под небольшим углом чтобы не попасть в обломки, оставшиеся в брусе, рис.2.