Соединить тонкие рейки между собой уголками. Соединение досок между собой по ширине и длине. Основные требования к рабочему процессу. Скрепление деталей «в ус»

Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него строительных конструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов. Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием , а для увеличения их продольной длины — сращиванием, под углом и прикрепление к опорам – анкеровкой.

Увеличение заготовок по длине называется сращиванием. Увеличение заготовок по сечению называется сплачиванием. Соединения деревянных конструкций классифицируют по различным признакам. Например, по виду работы элемента и работы самой связи (соединения на растянутых связях, соединения на податливых связях).

По характеру работы все основные соединения делятся на:

  • без специальных связей (лобовые упоры, врубки);
  • со связями, работающими на сжатие (шпонки колодки);
  • со связями, работающими на изгиб (болты, стержни, гвозди, винты, пластинки);
  • со связями, работающими на растяжение (болты, винты, хомуты);
  • со связями, работающими на сдвиг-скалывание (клеевые швы).

По характеру работы соединений деревянных конструкций делятся на податливые и жесткие. Податливые изготавливаются без применения клеев. Деформации в них образуются в результате неплотностей.

Принято различать три группы соединений деревянных конструкций:

  1. Контактные соединения (без использования рабочих механических связей: врубки и другие соединения «впритык»)
  2. Соединения с использованием механических связей (нагельные: болтовые, гвоздевые; шпоночные, соединения на шайбах, нагельных пластинках и т.п.)
  3. Клеевые соединения и соединения комбинированного типа

Требования к соединениям

1. Надежность. В частности, рекомендуется сводить к минимуму неблагоприятные (ненадежные) виды работы древесины в соединениях (работа древесины на скалывание, смятие поперек волокон, растяжение поперек волокон). С понятием надежности тесно связан так называемый принцип дробности: «чем мельче связи и чем их больше, тем выше надежность соединения». Другими словами, десять болтов маленького диаметра предпочтительнее одного болта при одинаковых затратах металла, так как в первом случае древесина работает в основном на смятие («надежный» вид работы древесины), а во втором случае — на сдвиг («ненадежный» вид работы древесины)

2. Прочность. В частности, стремление к равнопрочности с основной частью конструкции, к отсутствию ослаблений (отверстия) в сечении.

3. Снижение трудоемкости при изготовлении и монтаже конструкций (технологичность)

4. Деформативность. Например, в контактных соединениях величина предельной деформации смятия ограничена

Работа древесины в соединениях. Виды работы древесины на смятие поперек и под углом к волокнам, а также на скалывание относятся к неблагоприятным. Именно эти виды работы древесины сопровождают работу соединений и именно они чаще всего являются прямой или косвенной причиной отказа конструкции.

Смятие. Работа древесины на смятие поперек и под углом к волокнам характеризуется повышенной деформативностью и низкой прочностью. Диаграмма «сила — деформация» при смятии древесины поперек волкон отражает эффект сплющивания трубчатообразных клеток древесины. Различают три вида смятия:

  • n смятие по всей поверхности (R см = 1,8 МПа, самый неблагоприятный вид смятия)
  • n смятие на части длины
  • n смятие на части поверхности (под шайбами) (R см = 4 МПа)

Увеличение прочности в последнем случае объясняется подкрепляющим влиянием окружающих площадку смятия волокон древесины.

Основные эмпирические зависимости при смятии.

Зависимость сопротивления от угла между направлением силы и направлением волокон древесины

R см,a = R см,0 / (1 + (R см,0 /R см,90 — 1) sin 3 a

Зависимость сопротивления от длины площадки смятия

R см,L = R см (1 + 8 / (L см + 1.2); [см]

Скалывание. Работа древесины на скалывание (сдвиг) характеризуется низкой прочностью и хрупким характером разрушения. В «чистом» виде скалывание практически не встречается. Обычно этот вид напряженного состояния комбинируется с другими (растяжение и сжатие поперек волокон).

Различают два вида скалывания: скалывание одностороннее и скалывание двустороннее. В первом случае прочность меньше, поскольку выше степень неравномерности распределения напряжений. В расчетах условно принимают равномерное распределение напряжений по длине площадки сдвига. Поэтому вводят понятие «среднее значение сопротивления сдвигу»

R ск,ср = R ск,ср / (1+ bL/e)

Формула отражает физическую сущность явления скалывания: коэффициент b учитывет вид скалывания, а отношение L/e учитывает влияние нормальных напряжений, сопутствующих скалыванию. R ск,ср — сопротивление скалыванию при равномерном распределении касательных напряжений.

Зависимость сопротивления скалыванию от угла между направлением силы и направлением волокон древесины имеет вид:

R ск,a = R ск,0 / (1 + (R ск,0 /R ск,90 — 1) sin 3 a

Назначение соединений

В конструкциях, изготовляемых в заводских условиях

В конструкциях, изготовляемых с применением облегченных средств механизации.

из высушенных пиломатериалов

из брусьев и досок

из местного круглого леса

Сплачивание На водостойком клее На дубовых или березовых пластинках Деревягина; на гвоздях и топких нагелях из круглой стали, из пластмасс На колодках, болтах, скобах
Наращивание
В сжатом стыке

Лобовым упором

В растянутом стыке Зубчатым стыком на водостойком клее Деревянными накладками и прокладками на нагелях из круглой стали, на болтах, гвоздях Деревянными накладками на нагелях из круглой стали, на болтах
Накладками с клеестальными шайбами Накладками с шайбами на глухих нагелях и шурупах Стальными накладками с шайбами на глухих нагелях и глухарях
Узловые примыкания
Сжатых стержней Лобовым и трехлобовым упором Лобовой врубкой; лобовым и трехлобовым упором
Растянутых стержней Стальными тяжами или хомутами через накладки и прокладки на клее или нагелях и болтах Стальными тяжами или хомутами через накладки и прокладки па гвоздях или нагелях и болтах Стальными тяжами или хомутами через накладки на нагелях и болтах; скобами крестового профиля
Стержней, воспринимающих знакопеременные силы Центровым болтом через клеестальные шайбы Нагелями, штырями крестового профиля, гвоздями Нагелями, штырями крестового профиля
Центровым болтом, через когтевые шайбы, шайбы на глухих нагелях, шурупах, штырях крестового профиля или на гвоздях Центровым болтом через шайбы на глухих нагелях, глухарях или на штырях крестового профиля

Основные виды соединений (при сплачивании)

1. Соединения на врубках , работающих без специальных рабочих связей. Соединения безраспорные; требуются лишь вспомогательные поперечные связи (устаревший вид сплачивания)
Схема соединения на врубках
Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растянутому нижнему поясу.

Соединяемые врубкой элементы деревянных конструкций (д. к.) должны быть скреплены вспомогательными связями - болтами, хомутами, скобами и т. п., которые следует рассчитывать в основном на монтажные нагрузки

2. Соединения на шпонках , работающих в основном на сжатие (с), аналогично сжатым раскосам фермы (с). Распор Q шп воспринимается рабочими поперечными связями (р) - болтами, хомутами и т. п., работающими на растяжение аналогично растянутым стойкам фермы (р)

Схема соединения на шпонках

3. Соединения на нагелях , работающих в основном на изгиб (и), аналогично стойкам (и) безраскосной фермы. Соединения безраспорные, требуются лишь вспомогательные поперечные связи

4. Соединения на клею , работающем в основном на сдвиг (τ), аналогично сварному шву в металлических балках. Поперечная связь обычно обеспечивается самим клеевым швом

Соединения по ширине

При стыковке нешироких досок получаются щиты необходимых размеров.
Для соединения существует несколько способов.

1) Соединение на гладкую фугу;
При таком методе соединения каждая рейка или доска называется делянкой, а шов, который образуется в результате соединения, фугой. О качестве прифуговке говорит отсутствие просветов между стыками кромок смежных делянок.

2) Соединение на рейку;
По кромкам делянок выбирают пазы и вставляют в их рейки, скрепляющие между собой делянки. Толщина рейки и ширина паза не должны превышать 1/3 толщины доски.

3) Соединение в четверть;
В скрепляемых делянках выбирают по всей длине четверти. В таком случае размеры четверти, как правило, не превышают половину толщины делянки.

3) Соединение в паз и гребень (прямоугольный и треугольный);
Такой вид соединения обеспечивает делянку пазом с одной стороны и гребнем с другой. Гребень может быть как прямоугольным, так и треугольным, но последний редко используется, поскольку его прочность немного хуже. Соединение в паз и гребень довольно популярно и часто используется изготовителями паркета. Минусом такого соединения считается меньшая экономичность, поскольку используется больше досок.

4) Соединение «ласточкин хвост»;
Такой вид крепления немного похож на предыдущий, вот только гребень имеет трапециевидную форму. Ну отсюда и название.


Соединение досок в щиты: а - на гладкую фугу, б - в четверть, в - на рейку, г - в паз и прямоугольный гребень, д - в паз и треугольный гребень, е - в «ласточкин хвост»

Также при сборке щитов используют шпонки, наконечники в паз и гребень с вклейкой рейки в торец. Среди вклеенных реек встречаются треугольные, прямоугольные и наклеенные, а при использовании шпонки в основном выбирают паз «ласточкин хвост». Все это нужно для надежного скрепления щита.


Щиты: а - со шпонками, 6 - с наконечником в паз и гребень, в - с вклейной рейкой в торец, г - с вклейной треугольной рейкой, д - с наклеенной треугольной рейкой.

Соединение по длине

Среди популярных видов соединения по длине можно выделить: впритык, на «ус», в паз и гребень, на зубчатое клеевое соединение, в четверть и на рейку. Наибольшей популярностью пользуется зубчатое соединение, потому что оно имеет лучшую прочность.


Соединение брусков по длине: а - впритык, б - в паз и гребень, в - на ус, г, д - на зубчатое клеевое соединение, е - в четверть, ж - на рейку

Также существует сращивание, когда более длинные отрезки стыкуются между собой. Это может происходить несколькими способами. Например, вполдерева , косым прирубом , косым и прямым накладным замком , косым и прямым натяжным замком и впритык . При выборе сращивания вполдерева необходимая длина соединения должны составлять 2 или 2,5 от толщины бруса. Для большей надежности используют нагеля, например, такое можно встретить при строительстве брусчатых домов.

При использовании косого прируба с подрезкой торца размеры составляют 2,5 - 3 от толщины бруса и так же крепится нагелями.

Соединение прямым или косым накладным замком используют в конструкциях, в которых присутствуют растягивающие усилия. Прямой накладной замок находится на опоре, а косой можно разместить у опор.

Если Вы решили использовать косой прируб с подрезкой торца, то соединение должно иметь 2,5 или 3 толщины бруса. В этом случае то же используются нагеля.

При стыковке прямым или косым натяжным замком можно не волноваться о прочности, но такое соединение имеет сложности в изготовлении, а также при усыхании древесины клинья ослабляются, поэтому такой метод соединения не подойдет для серьезной конструкций.

Сращивание впритык - это когда два конца бруса помещают на опору и надежно соединяются скобами.

Сращивание: а - вполдерева, б - косым прирубом, в - прямой накладной замок, г - косой накладной замок, д - прямой натяжной замок, е - косой натяжной замок, ж - впритык

Соединение брусьев или бревен можно встретить при возведении стен или в верхней или нижней обвязке в каркасных домах. К основным видам соединений можно отнести вполдерева , вполулапу , шиповое и угловой сковороднем .

Врубкой вполдерева считается вырубка или срезка половины толщины на концах брусьев, после чего они соединяются под углом в 90 градусов.

Соединение вполулапа образуется при зарезке на концах брусьев наклонных плоскостей, благодаря которым брусья плотно соединяются. Размер наклона определяется по формуле.

Врубка угловым сковороднем очень похожа на врубку вполдерева, но отличительной чертой является то, что при таком соединении один из брусьев теряет небольшую часть в ширине.

Наращивание

Наращиванием брусьев и бревен называется соединение элементов по высоте, что часто используется при строительстве столбов или матч.

Существует несколько видов наращивания:
1) впритык с потайным шипом;
2) впритык со сквозным гребнем;
3) вполдерева с креплением болтами;
4) вполдерева с креплением хомутами;
5) вполдерева с креплением полосовой сталью;
6) косым прирубом с креплением хомутами;
7) впритык с накладками;
8) крепление болтами;

Длина стыков обычно составляет 2-3 от толщины соединяемых брусьев или 2-3 диаметра бревен.

Соединение бревен при наращивании: а - впритык с потайным шипом, б - впритык со сквозным гребнем, в - вполдерева с креплениес болтами, г - вполдерева с креплением полосовой сталью, д - вполдерева с креплением хомутами, е - косым прирубом с креплением хомутами, ж - впритык с накладками и креплением болтами

Шиповое соединение

При шиповой вязке брусков на одном делают зарезку шипа, а на другом проушину или гнездо. Шиповую вязку брусков часто используют при создании столярных изделий, дверей, окон или фрамуг. Все соединения делаются на клею. Можно использовать не только один, но и два или более шипа. Чем больше шипов, тем больше площадь склеивания.Такой вид соединения можно разделить на угловые концевые, угловые серединные и угловые ящичные.

При угловом концевом соединении используется открытый сквозной шип (один, два или три), шип с потемком сквозной и несквозной, вставные шканты. Угловые серединные соединения можно встретить на дверях. Угловые серединные и концевые могут дополнительно использовать гвозди, шурупы, нагеля или болты.

Угловые шиповые соединения: а - открытый сквозной одинарный шип УК-1, б - открытый сквозной двойной шип УК-2, в - открытый сквозной тройной шип УК-3, г - шип несквозной с полупотемком УК-4, д - шип сквозной с полупотемком УК-5, е - шип несквозной с потемком УК-6, ж - шип сквозной с потемком УК-7, з - соединение несквозное и сквозное на шкантах УК-8, и - на ус со вставными круглыми шкантами УК-9, к - несквозной на ус со вставным плоским шипом УК-10, л - сквозной на ус со вставным плоским шипом УК-11


Угловые серединные соединения на шип: а - несквозной типа УС-1, б сквозной УС-2, в - сквозной двойной УС-3, г - несквозной в паз и гребень УС-4, д - несквозной в паз УС-5, е - несквозной на круглых шкантах УС-6

Все фото из статьи

Иногда при проведении строительных и других работ с использованием древесины требуется сделать элементы длиннее или шире, а как это правильно делается, знают очень немногие. Именно поэтому мы рассмотрим, как провести сращивание доски самостоятельно и какие способы и методики существуют. Важно выбрать вариант, который лучше всего подойдет в той или иной ситуации и потребует минимальных затрат времени и средств.

Основные требования к рабочему процессу

Прежде чем мы начнем рассматривать конкретные варианты проведения работ, необходимо разобраться в том, соблюдение каких факторов гарантирует получение того результата, который и ожидается:

Качество материала Тут все просто: невозможно сделать из некачественного дерева прочные конструкции, особенно это касается мест соединения, если на них будут сучки, повреждения древоточцами, плесенью и другие проблемы, то ни о какой надежности и долговечности не может быть и речи. Подбирайте самые лучшие элементы, чтобы не тратить силы и средства попусту
Влажность Еще один наиважнейший параметр, который всегда следует учитывать. Для работы походят только сухие элементы, так как повышенная влажность, во-первых, снижает прочность, во-вторых, уменьшает адгезию клеевого состава при его использовании, а в-третьих, после окончания работ никто не даст гарантию, что через неделю или месяц конструкцию не поведет или она не потрескается
Нагрузки на соединения Именно от этого показателя во многом зависит выбор того или иного варианта соединения, чем больше нагрузка, тем выше требования к качеству сопряжения и тем сложнее процесс. Поэтому заранее решите, какой вариант будет использоваться, чтобы гарантированно обеспечить высокий результат
Использование качественного инструмента От этого также зависит очень многое, особенно когда дело касается сложных вариантов, когда соединение вырезается специальными приспособлениями. Они должны обеспечивать максимальное качество резки и максимальную точность стыковки, так как от этого во многом зависит надежность

Важно!
Помните одно простое правило, которое всегда используют специалисты: для получения наилучшего результата нужно, чтобы параметры соединяемых элементов были аналогичными, проще говоря, должна использоваться одна порода древесины.

Варианты проведения работ

Все мероприятия подобного рода можно разделить на две большие группы – сплачивание досок по ширине и по длине, мы рассмотрим их отдельно и расскажем, какие методики наиболее популярны и как их правильно реализовывать.

Соединение по ширине

Конечно, простейшим решением будет щитовой вариант сращивания, поэтому мы начнем именно с него, вначале представим схему основных вариантов, а ниже опишем их подробно:

  • Первый способ предполагает вырезание с помощью фрезерного станка полости, которая имеет трапециевидную форму и позволяет использовать шпонку в качестве фиксатора . Плюсом этого решения можно назвать надежность, а минусом – необходимость в фрезерном станке или наличие ручного фрезера для проведения работ, ручным инструментом здесь не обойдешься;
  • Сплачивание с использованием торцевого бруска, который соединяется с торцами доски методом паз-гребень, используется для элементов небольшой длины , так как данный вариант обеспечивает высокую надежность именно небольших конструкций. Для работы опять же понадобится . С его помощью она будет проведена быстро и качественно;
  • Можно сделать вырез по торцу, подогнать под него рейку и посадить ее на столярный клей , это также довольно интересный вариант, который подходит для конструкций небольшого размера;
  • Последние два варианта предполагают приклеивание треугольной рейки, только одна из них врезается в торец, а второй вариант предполагает зарезку торца под углом , нужно выбрать то, что лучше подойдет в той или иной ситуации.

Но если требуется соединить доску более надежно, то подойдет один из следующих методов:

  • Второе решение – соединение в так называемый минишип, это очень прочный и надежный вариант, но для проведения работ вам понадобится специальная фреза, цена которой велика, поэтому такой способ выбирают те, кому приходится сращивать элементы часто;

  • Если элементы соединяются по длине не в один, а в два и более слоя, то можно использовать вариант впритык, такое соединение досок по длине хорошо подходит для многослойных систем, на рисунке оно под буквой А;
  • Часто используется традиционный вариант паз-гребень, тут важно обеспечить оптимальную конфигурацию соединения, так ширина паза и соответственно шпунта не должна составлять больше третьей части общей толщины доски, важно делать нарезку очень точно, чтобы элементы совпадали идеально, это значительно увеличит прочность соединения;

Важно!
При работе чаще всего используется фрезер, но фрезы могут иметь разную конфигурацию, следует следить за состоянием их режущих кромок и своевременно точить их или заменять, так как от чистоты обработки во многом зависит качество соединения.

  • Можно применять вариант зарезки под углом, он хорошо подходит там, где особая прочность не требуется, а нужно хорошо соединить между собой элементы, которые могут использоваться для отделки и т.д.;
  • Треугольный шип-паз во многом напоминает обычный, различается лишь конфигурация торцов. Тут также важно, чтобы элементы идеально совмещались между собой, так как это обеспечит и аккуратность сопряжения, и его максимальную надежность;
  • Соединение в четверть отличается простотой – делаются вырезы на половину толщины, длина выступов не должна сильно превышать толщину, элементы смазываются клеем и сжимаются до высыхания состава, это стандартная процедура практически для всех вариантов;
  • Последний вид – шпоночное сплачивание, оно не отличается от вышеописанного варианта при проведении работ по ширине, требования те же.

Вывод

Правильно и надежно соединить доску, значит обеспечить ее максимальную прочность, важно выполнять все рекомендации и использовать только качественные материалы. Видео в этой статье покажет некоторые варианты проведения работ наглядно, а если у вас есть вопросы или дополнение – отписывайтесь в комментариях.

Столярно-строительные и мебельные изделия состоят из различных деталей, соединенных между собой тем или иным способом и большей частью неподвижно. В некоторых частях разборной и складной мебели применяются и разъемные соединения.

Деталь - брусок, доска (делянка), щиток - как первичный элемент изделия может быть изготовлена из одного куска древесины, из двух или нескольких кусков, предварительно склеенных между собой, а также может быть фанерованной.

Соединение двух или нескольких деталей образует узел - щит, рамку, коробку, представляющие собой конструктивные элементы изделия. Из соединенных между собой деталей и узлов получают простое столярное изделие или обособленную его часть - комбинат, агрегат.

Детали соединяют между собой путем столярной вязки, клея или металлических скреп.

Согласно ГОСТу 9330-60 "Детали деревянные. Основные соединения", различают следующие группы соединений:

  • по длине - деталей, примыкающих друг к другу торцами; это соединение осуществляется путем сращивания или наращивания деталей;
  • по кромкам (сплачивание) - двух и более элементов для получения широкой детали;
  • угловые концевые - деталей, сходящихся под тем или иным углом, для образования большинства конструктивных элементов строительных и мебельных изделий;
  • угловые срединные - соединение элементов, из которых один либо примыкает своим концом к середине другого (примыкания), либо пересекает его под тем или иным углом (пересечения) для образования в основном щитов;
  • ящичные угловые (ящичные вязки) - широких элементов; такие соединения применяются при сборке ящиков, коробок и т. п. Они могут быть концевыми и срединными (примыкания).

Из сопряженных элементов образуется простейшее изделие или часть сложного изделия (агрегат), в зависимости от назначения которого выбирается и способ соединения элементов.

Сращивание и наращивание. Вследствие сравнительно небольшой длины столярных деталей, не превышающей обычной длины используемых досок и брусков, сращивание и наращивание в столярных работах применяется в основном лишь при изготовлении столярно-строительных изделий (поручни, карнизы, плинтусы и т. п.), а также при замене негодных частей деталей новыми.

Сращивание и наращивание выполняется:

  1. впритык , когда элементы соединяются друг с другом торцами плоско обрезанными под прямым или косым углом;
  2. накладкой вполдерева (рис. 181, а);
  3. шипами круглыми , плоскими и косыми типа "ласточкин хвост" (рис. 181, б);
  4. клиновидным замком (рис. 181. в).

Сплачивание применяют главным образом для соединения узких элементов с целью получения детали большей ширины; значительно реже сплачивание служит для увеличения толщины. Лицевые стороны изделия фанеруют - оклеивают древесиной ценных пород. При сплачивании применяются следующие способы соединения элементов:

  1. В гладкую фугу на клею (рис. 182, а), заключающееся в том, что детали плотно прифуговывают кромками одну к другой и затем склеивают. После этого детали помещают в специальные приспособления (верстаки, сжимы, прессы), сжимают при помощи винтов, клиньев и т. п. и оставляют в сжатом положении до высыхания клея. При сжатии излишний клей выдавливается по линии соединения.
  2. На шипах и шкантах (рис. 182, б, в), когда в кромках плотно прифугованных деталей вырубают гнезда или высверливают отверстия. в которые вставляют прямоугольные шипы или круглые шканты. Толщина шипов не должна превышать 1 / 3 толщины соединяемых деталей.
  3. В четверть (рис. 182, г), когда в кромках соединяемых деталей выбирают до половины их толщины и такой же ширины продольные выемки - четверти.
  4. В шпунт (рис. 182, д), при котором в кромке одной детали выбирают посредине паз - шпунт в 1 / 3 толщины, а в кромке другой отбирают гребень, соответствующий пазу. Гребень и паз могут быть прямоугольной или трапециевидной формы ("ласточкин хвост").
  5. На рейку (рис. 182, е), отличающееся от соединения в шпунт тем, что в кромках соединяемых деталей выбирают пазы, в которые выявляют рейку.
  6. На шпонках (рис. 182, ж), состоящее в том, что в соединяемых деталях выбирают суживающиеся кверху и по длине трапециевидные пазы глубиной в 1 / 3 толщины доски. В пазы заколачивают бруски-шпонки со скошенной кромкой соответственно профилю выбранного паза. Помимо сплачивания элементов, такое соединение служит также средством предохранения щитов от коробления.
  7. В наконечник (рис. 182, з, и), заключающееся в том, что на торцовую кромку щита, обработанную в виде шпунта-гребня треугольного, прямоугольного или иного профиля, наклеивают брусок. Это соединение применяют для предохранения щитов от коробления и укрытия торца, плохо поддающегося чистовой обработке и отделке.

Сплачивание в гладкую фугу на клею может быть выполнено как с параллельными, так и с непараллельными кромками соединяемых досок. Последнее соединение по затрате материала более экономично, так как используются доски с кромками, опиленными по сбегу дерева, но оно менее красиво и труднее поддается выполнению.

Сплачивание на шипах и шкантах обычно выполняют без склеивания, главным образом для соединения лежащих одна на другой деталей или частей изделия с целью предупреждения их смещения. Выполнение этого вида сплачивания, в особенности на шипах, представляет некоторые трудности.

Сплачивание в четверть, в шпунт и на рейку на клею прочнее, сплачивания в гладкую фугу, так как дает большую площадь склеивания. Сплачивание на рейку выгоднее, чем в четверть или в шпунт, потому что древесина не расходуется на образование четверти или гребня, а сама рейка обычно вырабатывается из отходов.

Наилучший и наиболее прочный вид сплачивания-соединение трапециевидным шпунтом ("сшивание"). Выполнение такого соединения ручным инструментом крайне сложно и редко применяется. Для этой цели в настоящее время используются специальные сшивательные станки, получающие широкое применение при производстве мебели и тары. Соединение трапециевидным шпунтом может быть выполнено при непараллельности кромок как в продольном, так и в поперечном направлении, что позволяет полностью использовать необрезные доски со сбегом, дающие значительный отход при других способах сплачивания. Доски располагаются поочередно в разные стороны сердцевинной стороной и комлевым концом, что предупреждает коробление щита в целом.

Угловые соединения. Соединение деталей под углом, т. е. вязка углов, наиболее часто встречающийся вид соединения в столярном деле. Формы этих соединений весьма разнообразны; их можно подразделить на две основные группы: рамочные и ящичные.

Существуют следующие способы угловых соединений:

  1. Внакладку (рис. 183, а), являющееся наиболее простым, но вместе с тем наименее прочным из всех угловых соединений. В торце каждой соединяемой детали выбирают древесину до половины ее толщины.
  2. Прямым рамочным шипом (рис. 183, б, в, г), представляющее собой основной вид углового соединения различных деталей в столярном производстве. Шип - часть бруска или детали входит в гнездо , выбранное в другом бруске или детали. Шиш обычно получают при обработке торца бруска. Сообразуясь с требуемой прочностью соединения, которая зависит от общей площади склеиваемых поверхностей, рамочный шип делают одиночным, двойным или тройным. Гнездо, в которое вставляется шип, бывает открытым с одной стороны (глухое гнездо) и с двух сторон (сквозное гнездо). Отверстие, открытое с трех сторон, называется проушиной или проушкой . Гнездо бывает в срединной части бруска, а проушина - на его конце. Сквозное гнездо обычно делают в тех случаях, когда изделие окрашивается непрозрачной краской, глухое же тогда, когда внешняя лицевая сторона должна быть чистой. Если нежелательно иметь открытым торцовый конец шипа, то вместо проушины делают глухое гнездо с потемком, т. е. с суженным шипом. Это скрывает дефекты при выделке гнезда и увеличивает прочность углового соединения, так как шип оказывается зажатым с четырех, а не с двух сторон, как в проушине.
  3. Косым шипом "ласточкин хвост" (рис. 183, д) - соединение более прочное, чем прямым шипом. Шип и проушину запиливают не параллельно кромкам брусков; основание шипа делают равным 1 / 3 , а конец - 3 / 5 толщины бруска.
  4. На шкантах (рис. 183, е), называемое иногда вязкой на круглых вставных шкантах или дюбелях. Это соединение менее прочно, чем шиповое; вместе с тем оно более экономично, так как не требует припуска на шип.
  5. На ус (рис. 183, ж, з, и), когда концы брусков срезают под косым углом. На ус могут быть соединены бруски как одинаковой, так и разной ширины и сходящиеся под любым углом. Для увеличения прочности соединения его делают вполдерева с прорезным или глухим шипом (на ус с шипом впотай), а иногда со вставным открытым или потайным шипом.

Прирезку углового соединения в брусках, имеющих фигурно обработанные кромки (калёвки), выполняют двумя способами: обрабатывают шиповое соединение прямоугольной формы с подрезкой фигурной части на ус или выполняют шиповое соединение соответственно профилю соединяемых брусков. Первый способ, являющийся более простым (но дающий менее прочное соединение), применим при ручной обработке, второй применяют при машинной обработке деталей, обеспечивающей необходимую точность выполнения.

Узловые соединения в изделиях, окрашиваемых непрозрачной краской, укрепляют деревянными гвоздями (нагелями), вбиваемыми в просверленные отверстия.

Соединения примыкания (рис. 184) являются разновидностью угловых соединений: конец одного бруска примыкает к средней части другого. Их выполняют внакладку (вполдерева), прямым и косым шипом сквозным или полупотайным. Иногда примыкания выполняют на вставных круглых шипах (шкантах).


Рис. 185. Ящичные угловые соединения: а - прямым открытым шипом; б - косым открытым шипом; в - открытым шипом "ласточкин хвост"; г - в шпунт на вставной рейке; д - в шпунт с открытым и закрытым торцом; е - на вставных плоском и круглом шипах; ж - шипом "ласточкин хвост" впотай; з - шипом "ласточкин хвост" впотай; и - на ус с вставной рейкой; к - на ус с гребнем; л - с подклейной бобышкой

Ящичные угловые соединения (рис. 185) досок или щитков широко применяются в столярно-мебельном деле. Они выполняются прямыми и косыми шипами вида "ласточкин хвост" или "сковородень". Число шипов зависит от ширины и толщины соединяемых деталей или щитков. Шипы имеются на концах обеих соединяемых деталей, причем щиток - деталь с проушиной на краю кромки - имеет на один шип больше, чем соответствующая ему смежная деталь.

Ящичные соединения могут быть сквозными, глухими, вполупотай и глухими на чистый ус. Сквозные соединения применяются для деталей, расположенных внутри изделия, также и на лицевых его сторонах, если покрывают их фанерой или непрозрачной краской. Детали, открытые только с одной стороны, соединяют вполупотай, а открытые со всех сторон - впотай. Ящичные угловые соединения выполняют и на вставных шипах, однако такие соединения наименее прочны.

Ящичные соединения примыкания (рис. 186) выполняют прямыми сквозными шипами и пазами с гребнем: треугольным, прямоугольным, трапециевидным (внаград). Пазовые соединения применяют в случаях, когда на внешней стороне нежелательно иметь выступающие торцы.

Соединение на клею. В столярно-мебельном производстве клеевые соединения применяются сравнительно широко. Соединение только посредством клея является достаточно прочным при условии надлежащей подгонки ч правильном склеивании деталей.

Этот способ применяется не только при соединений деталей в щит на гладкую фугу, но и для приготовления переклейных щитов (склейки щитов на пласть) и наклейки фанеры на рамку, фанерования и облицовки (наклейки фанеры и дощечек разных пород) для получения из тонких брусков и дощечек толстой детали (подставки, ножки и т. п.), а также и для приклейки мелких брусков к готовым изделиям (калёвок, плинтусов, карнизов, штапиков и т. п.).

Фанерование. Оклейка простой древесины тонкими дощечками (облицовка) и фанерование - оклейка листами (фанерой) более ценной древесины представляет особый вид клеевого соединения для улучшения внешнего вида изделия и повышения его прочности.

В зависимости от способа получения различают фанеру пиленую, строганую (ножевую) и лущеную.

Детали фанеруют с одной или € двух сторон; двухстороннее фанерование значительно повышает прочность изделия. Фанеру наклеивают в один или в два и более слоев.

При одностороннем фанеровании фанеру наклеивают волокнами параллельно волокнам основания (каркаса, остова или обвязки), а при двухстороннем - взаимно перпендикулярно.

Вследствие усадки или высыхания клея и коробления усыхающей после увлажнения фанеры коробится основа - доска или щит (рис. 187, а) и образуется вогнутость на оклеенной фанерой поверхности. Это коробление тем больше, чем меньше отношение толщины основы к ее ширине. Фанерование хорошо высушенного бруска, толщина которого не менее половины ширины, вовсе не влечет за собой его коробления.

Наклейка фанеры на правую (сердцевинную) сторону бруска уменьшает коробление основы и можно, создавая выпуклость на правой стороне, компенсировать выгиб, получившийся вследствие усадки клея и коробления фанеры.

Двухстороннее фанерование (рис. 187, б) не вызывает коробления детали. При этом внутренние, нелицевые стороны детали можно оклеивать фанерой простых пород, а лицевые - фанерой более ценных пород.

Нередко требуется облицовывать брусковые детали с трех или четырех сторон В этом случае наклеивают на широкие грани фанеру, а на узкие - фанеру или обкладку из массива (рис. 187, в, г).

Фанеруемую поверхность соответствующим образом подготовляют: высверливают сучки и заполняют отверстия деревянными пробками; трещины и заколы заделывают деревянными вставками или шпаклюют; поверхность точно выстрагивают. Торцы, обычно плохо поддающиеся фанерованию, либо проклеивают и затем (после высыхания клея) выстрагивают цинубелем, либо оклеивают продольными брусочками.

Фанеру для лицевых и внутренних слоев нарезают кусками требуемой длины, ее кромки фугуют и соединяют (стягивают) в лист (набор) соответственно размерам оклеиваемой поверхности.

Стяжка фанеры производится на столе. Листы раскладывают фугованными кромками один к другому, прикрепляют их к столу мелкими гвоздями, швы и поверхность фанеры у швов на ширине 15 мм смазывают клеем и накладывают па места соединений полоски бумаги шириной 15 мм. После высыхания склейки гвозди выдергивают, набор снимают и наклеивают на щит.

Используя текстуру древесины и применяя соответствующее расположение (набор) листов фанеры, можно получить красивый рисунок и придать фанеруемому изделию художественный вид.

На рис. 188 показаны различные виды набора фанеры.

Соответственно заданному фанерованию и набору выполняют заготовку листов фанеры.

Подбирают лицевую фанеру после того, как она нарезана по размеру (с припуском) и ее кромки отфугованы. Подборку производят одним из следующих двух способов: срезанные со ствола листы раскладывают, перевертывая каждый второй лист (как бы развертывая листы открытой книги) или просто сдвигают, не перевертывая. В первом случае один лист окажется обращенным кверху сердцевинной (правой) стороной, а другой лист - заболонной (левой). Во втором случае все листы окажутся обращенными кверху одной - сердцевинной или заболонной - стороной.

Первый способ (развертывание) применяют для фанер с вязкой древесиной, мало подверженной растрескиванию. Колкую древесину (например, дуб) нельзя ставить на лицо левой (заболонной) стороной вверх, так как при усушке лист фанеры будет коробиться, отгибаясь кверху, тогда как листы, обращенные левой стороной вниз, при короблении плотно прижмутся к основанию, и в этом случае трещины будут мало заметны. Поэтому фанеру колкой древесины при подборе сдвигают, обращая все листы левой стороной к основанию.

Соединение элементов из различных материалов. Для производства мебели в настоящее время применяются, кроме массивной древесины, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, древесные и другие пластики, цветные металлы и т. д. Соединения таких материалов с массивной древесиной отличаются от приведенных выше соединений.

Элементы из древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, обладающие более высокой чувствительностью к увлажнению, меньшей прочностью и некрасивой поверхностью, обычно соединяют с древесиной ценных пород. Применяются следующие соединения (рис. 189): оклейка лицевых поверхностей шпоном и строганой фанерой, соединение по ширине на гладкую фугу и на вставную рейку, угловые соединения на ус со вставными рейками и шкантами, с вставной пилястрой из древесины на гладкую фугу и на вставную рейку, срединные соединения на гладкую фугу и в шпунт и гребень, заделка кромок древесиной. Закрепление соединений производится смоляными клеями, винтами и специальными скрепами.

Слоистые пластики присоединяют к древесине с помощью карбинольного клея или винтами и скрепами.

Соединения на винтах, скрепах и гвоздях. Соединение на винтах применяют в разборных изделиях, а также в изделиях, подверженных увлажнению, при которых клеевое соединение является ненадежным. Соединение на винтах иногда применяется с целью упрощения работы, когда склейка или вязка деталей затруднительна.

Винтами крепится почти вся фурнитура: петли, пятники, ручки, замки и различные украшения, а также и некоторые деревянные части: штапики, обкладки и т. п.

Скрепление нагелями (рис. 190) применяется главным образом для скрепления шиповых соединений. Для скрепления деталей из мягкой древесины нагели делают клинообразной формы, с заостренным концом и изготовляют их из твердых пород; для скрепления твердых пород применяют круглые нагели из мягкого дерева. Толщина нагелей от 3 до 12 мм.

Нагели забивают в отверстия, в собранном на клею и запрессованном соединении. Концы их смазывают клеем и забивают ударами молотка, при этом твердый нагель вминается в древесину соединения, а мягкий обминается по отверстию. При одном нагеле его ставят в центре соединения, а при двух - каждый из них располагают на расстоянии в 1 / 4 диагонали от внутреннего и наружного углов.

Соединения на металлических скрепах получают всё большее распространение. Применяемые скрепы весьма разнообразны.

Сшивка деталей при помощи волнистых пластинок (рис. 191, а) состоит в том, что половину пластинки по длине вгоняют (углубляют) в одну деталь, а вторую половину - в другую. Более всего это применимо при сборке брусков в рамку для последующего ее оклеивания фанерой (пустотелый щит) или же при сборке для этой же цели массивного дощатого щита.

Усовое соединение делают при помощи стальной пластинки, вгоняемой в соединяемые детали (рис. 191, б).

Сплачивание на кольцах (рис. 191, в) состоит в том, что для кольца в соединяемых деталях выбирают канавку, в которую закладывают специальное кольцо, стягивающее соединяемые детали.

Металлические скрепления для усиления вязки деревянных деталей чаще всего применяют в виде накладываемого сверху металлического угольника (рис. 191, г).

Наряду с металлическими скрепами пользуются деревянными угольниками, бобышками или сухарями (рис. 191, д), укрепляемыми на клею и на винтах.

Размеры лесоматериалов (длина и сечения) ограничены, поэтому отдельно они могут быть применены только в виде стоек и балок невысокой несущей способности. Для создания большинства строительных конструкций деревянные элементы должны быть прочно и надежно соединены между собой. При помощи соединений ряд элементов соединяется по длине - сращивается, по ширине - сплачивается, связывается под углом узлами и прикрепляется к опорам - анкеруется.

Соединения являются наиболее ответственными деталями деревянных конструкций. При изготовлении многих соединений в элементах конструкций делают отверстия и врезки, ослабляющие их сечения и повышающие их деформативность. Разрушение деревянных конструкций начинается в большинстве случаев в соединениях. Деформативностью соединений объясняются повышенные прогибы деревянных конструкций. Таким образом, от правильного решения, расчета и изготовления соединений зависят прочность и деформативность конструкции в целом.

Анизотропия строения, малая прочность древесины при скалывании, растяжении поперек волокон и смятии являются причиной большой сложности и многообразия соединений конструкций из дерева.

Наиболее просто и надежно решаются конструкции соединений сжатых деревянных элементов, в которых усилия передаются непосредственно от элемента, к элементу и не требуется специальных рабочих связей. Более сложно решаются соединения изгибаемых элементов, в которых для передачи усилий требуются рабочие связи.

Наиболее сложно решаются соединения растянутых элементов. В них имеется опасность хрупкого разрушения древесины по ослабленным сечениям, а также в результате скалывания и растяжения поперек волокон. Применение в соединениях растянутых элементов податливо работающих связей уменьшает опасность их хрупкого разрушения. Сложность соединения растянутых деревянных элементов приводит их в ряде конструкций к замене металлическими.

По характеру работы все основные соединения деревянных конструкций могут быть разделены на следующие группы:

а) соединения без специальных связей, требующих расчета, - упоры и врубки;

б) соединения со связями, работающими на сжатие,- шпонками и колодками;

в) соединения со связями, работающими на изгиб, - нагелями-болтами, штырями, гвоздями, винтами, деревянными пластинками и штырями;

г) соединения со связями, работающими на растяжение, - болтами, гвоздями, винтами и хомутами;

д) соединения со связями, работающими на сдвиг, - клеевыми швами.

В связи с тем что одни и те же связи входят в разные группы, удобно изучать соединения деревянных конструкций в следующем порядке: соединения без специальных связей, с деревянными связями, с металлическими связями, с клеевыми связями.

Клеевые соединения, наиболее прогрессивные и технологичные, являются основными соединениями элементов при заводском изго­товлении деревянных конструкций. Соединения, не требующие специальных связей (упоры и врубки), применяются главным образом при построечном, изготовлении деревянных конструкций. Металлические соединения являются универсальными и широко используются при обоих основных методах изготовления деревянных конструкций. Соединения с деревянными связями являются устарелыми типами соединений, требующими значительных затрат ручного труда. Они применяются редко и только при построечном изготовлении деревянных конструкций.

Все соединения деревянных конструкций являются податливыми, за исключением клеевых. Деформации в них образуются в результате неплотностей, возникающих при изготовлении, от усушки и смятия древесины, особенно поперек волокон и изгиба связей. Величина этих деформаций при длительном действии расчетных нагрузок в соединениях, где древесина работает поперек волокон, принимается равной 3 мм, а во всех других случаях- 1,5-2 мм.

В большинстве соединений деревянных конструкций, кроме клеевых, в результате действия сжимающих усилий или начального обжима, например при постановке болтов, возникают между соединяемыми элементами силы трения, которые уменьшают усилия в связях. Однако эти силы в результате возможной знакопеременности усилий, усушки древесины и ослабления начальных натяжений связей могут снизиться до нуля и поэтому расчетом не учитываются. Они учитываются только при кратковременном действии сжатия с коэффициентами трения пласти по пласти 0,2, торца по пласти 0,3 и когда они вызывают дополнительные напряжения с коэффициен­том трения 0,6.

Расчет соединений деревянных конструкций по прочности производят на основе методики, изложенной в гл. 4.

Соединения деревянных элементов имеют задачу связать сопрягаемые строительные материалы, например обрезные брусья, так, чтобы они не смещались относительно друг друга. По положению и направлению соединяемых деревянных элементов различают продольные соединения и угловые соединения, а также соединения на ответвлениях и перекрестях. Пространственные соединительные элементы из стального листа и накладки из стального листа с просверленными заранее отверстиями часто заменяют плотницкие соединения.

Соединения, которые должны передавать усилия определенной величины и направления, например усилия сжатия, называют также стыками соединяемых деревянных элементов как стержней, например сжатых стержней. Сжатые стержни, соединяемые под острым углом, могут соединяться на врубках. Другие соединения деревянных конструкций устраиваются за счет стыков деревянных элементов с помощью соединительных средств.

По виду соединительных средств такие соединения называются гвоздевыми или болтовыми, дюбельными или нагельными соединениями. В строительстве из дерева применяют также клееные строительные конструкции. Так как они имеют особенные преимущества, применение клееных деревянных конструкций имеет все увеличивающееся значение.

Продольные соединения

Различают продольные соединения на опорах и продольные соединения в пролете. Над опорами применяют перпендикулярные цапфы, стык «в лапу» и частично цапфовый стык «в лапу» (рис. 1). Для усиления этих стыков сверху или сбоку могут вбиваться строительные скобы из плоской или круглой стали. Часто деревянные элементы стыкуются в лоб и закрепляются только строительными скобами. Если, однако, в стыке действуют большие растягивающие усилия, например у прогонов на стропилах крыши, то оба элемента в лоб стыкуются на опоре и связываются боковыми накладками из досок или дырчатыми полосками защищенной от коррозии стали.

Рис. 1. Продольные соединения

Прогоны могут быть также выполнены в виде консольно-подвесных (прогоны Гербера) или шарнирных прогонов . У них стык находится в месте, определенном расчетом, недалеко от опоры, в которых изгибающие моменты равны нулю и где нет изгибающих усилий (рис. 2). Там прогоны соединяют прямой или косой накладкой. Входящий прогон удерживается шурупным болтом, который называют также шарнирным болтом. Шарнирный болт с подкладочными шайбами должен воспринимать нагрузку от подвешенного прогона.

Рис. 2. Продольные соединения прогонов Гербера

Прогоны Гербера с лежащим сверху стыком нецелесообразны, так как имеется опасность, что прогоны на краю стыка оторвутся. При подвешенном стыке, напортив, опасность отрыва отсутствует.

Для соединения прогонов Гербера применяют также пространственные элементы из стального листа, которые называют также соединительными элементами Гербера. Они прикрепляются гвоздями по лобовым стыкуемым концам прогонов (см. рис. 2).

Угловые соединения

Угловые соединения необходимы, когда два бревна или бруса в углу стыкуются под прямым или приблизительно под прямым углом в одной плоскости. Наиболее часто применяемыми видами стыков являются вырезные цапфы, гладкая угловая лапа и сжатая лапа (рис. 3). С помощью вырезных цапф и гладких угловых лап соединяются лежащие на опорах или выступающие консольно концы порогов, прогонов и стропильных ног. Для закрепления соединений могут применяться гвозди или шурупные болты. Сжатая лапа имеет косо входящие друг в друга плоскости. Она особенно подходит для соединения нагруженных, полностью лежащих на опоре порогов.

Рис. 3. Угловые соединения

Ответвления

При ответвлении подходящий под прямым или под косым углом брус в большинстве случаев поверхностно стыкуется с другим брусом. В обычных случаях применяют стык на цапфах, а во второстепенных конструкциях также и соединение «в лапу». Кроме того, балки из бруса могут стыковаться с помощью металлических соединительных пространственных элементов. В цапфовых соединениях толщина цапфы составляет примерно одну треть толщины бруса. Цапфы имеют длину в большинстве случаев от 4 до 5 см. Паз для цапфы делается на 1 см глубже, чтобы сила сжатия передавалась не через сечение цапфы, а через большую площадь оставшегося сечения брусьев.

При устройстве цапф различают нормальные цапфы, проходящие через всю ширину бруса, и оттопыренные (пеньковые) цапфы , которые применяют при соединениях на концах брусьев (рис. 4). Если брусья в соединении подходят друг к другу не под прямым углом, например у угловых подкосов, то цапфа у подкоса должна быть выполнена под прямым углом к горизонтальному (или вертикальному) элементу конструкции (см. рис. 4).

Рис. 4. Соединения с помощью цапф

При устройстве цапф в деревянных балках и прогонах цапфа должна нести всю нагрузку. Более выгодно такие соединения осуществлять с применением балочных башмаков из защищенной от коррозии стали (рис. 9). Эти башмаки закрепляются с помощью специальных гвоздей таким образом, чтобы предотвратить их подкашивание и поворот относительно места стыковки. Кроме того, поперечное сечение балки не ослабляется отверстиями для цапф.

Перекрестные соединения

Деревянные брусья могут пересекаться в одной плоскости или со смещенными плоскостями и быть накладными или опорными. Пересекающиеся в одной плоскости брусья могут пересекаться «В ЛАПУ», если ослабление сечения не играет никакой роли (рис. 5). Пересекающиеся накладные пороги на опорных балках желательно связать круглыми шпонками (штифтами) из твердого дерева или из стали длиной от 10 до 12 см (рис. 6).

Рис. 5. Соединение «в лапу»

Рис. 6. Соединение с помощью круглых шпонок (штифтов)

Стыкующиеся сбоку брусья получают хорошую опору на столбе, если их соединение выполнено «В ПАЗ» (рис. 7). Для этого плоскости пересечения обоих элементов вырезаются на глубину от 1,5 до 2,0 см. При этом получается несдвигаемое соединение, которое закрепляется с помощью шурупного болта.

Рис. 7. Соединение «в паз»

При стыковании наклонных и горизонтальных брусьев, как это обычно имеет место при стыковании стропильных ног с прогонами - порогами, в стропильной ноге делается вырез, соответствующий уклону, который называется врезкой (рис. 8).

Рис. 8. Врезка стропильной ноги

Глубина врезки в стропильных ногах при нормальной высоте сечения от 16 до 20 см составляет от 2,5 до 3,5 см. Для крепления служит один гвоздь, проникающий в порог на длину не менее 12 см, или специальный анкер для крепления стропил к прогонам.

Рис. 9. Соединение с помощью стального башмака

Врубки

При врубках входящий под острым углом сжатый стержень связывается с другим брусом с помощью одной или нескольких передающих усилие плоскостей на его лобовой стороне. По количеству и положению передающих усилие плоскостей различают лобовую врубку, врубку с зубом и двойную лобовую врубку с зубом.

При лобовой врубке (называемой также лобовым упором) принимающий брус имеет клиновидный вырез, соответствующий по форме концу сжатого стержня (рис. 10). Лобовая плоскость должна проходить под углом, делящим тупой внешний угол врубки пополам. То же направление должен иметь и скрепляющий болт, гарантирующий стык от бокового смещения. Для разметки врубки проводят параллели на одинаковом расстоянии от сторон угла, который надо делить пополам. Соединительная линия между точкой их пересечения и вершиной тупого угла будет биссектрисой этого угла (см. рис. 10). Положение скрепляющего болта получается, если расстояние между биссектрисой и концом врубки разделить на три части параллельно биссектрисе (см. рис. 10).

Рис. 10. Лобовая врубка

Под действием сжимающей силы лежащая перед лобовой частью сжатого стержня древесина работает на срез (см. рис. 10). Так как допустимое напряжение на срез древесины вдоль волокон сравнительно невелико (0,9 МН/м 2), то плоскость древесины перед гранью среза (плоскость среза) должна быть достаточно большой. Так как, кроме того, следует принимать в расчет трещинообразование за счет усушки, то за редким исключением длина плоскости среза не должна быть меньше 20 см.

При обратной или зубчатой врубке плоскость врубки обрезается под прямым углом к нижней стороне сжатого стержня (рис. 11). Вследствие того, что из-за внецентренного соединения в зубчатой врубке может возникнуть опасность раскалывания сжатого стержня, необходимо, чтобы свободный конец врубки плотно не прилегал к опорному стержню и между ними был бы предусмотрен шов.

Рис. 11. Зубчатая врубка

Двойная врубка состоит, как правило, из лобовой врубки в сочетании с зубчатой врубкой (рис. 12). Направление плоскостей врубки аналогично тому, как это принято для каждой из врубок этого сочетания. Однако зубчатая врубка в этом случае должна быть глубже не менее чем на 1 см, для того чтобы ее плоскость среза находилась ниже плоскости среза лобовой врубки. Скрепляющий болт должен проходить параллельно лобовой части врубки примерно посередине между биссектрисой и вершиной острого угла соединения.

Рис. 12. Двойная врубка

Глубина врубки t v ограничивается по DIN 1052. Определяющими для этого являются угол примыкания (а) и высота h вырезаемого стержня (табл. 1).

Штифтовые и болтовые соединения

В случае штифтовых и болтовых соединений деревянные брусья или доски, соприкасающиеся боковыми сторонами, соединяются цилиндрическими соединительными элементами, такими, как стержневые дюбели, болты с утопленными головками и гайками, обыкновенные болты с гайками. Эти стержневые дюбели и болты должны препятствовать тому, чтобы деревянные элементы сдвигались в плоскости соединения, которая называется также плоскостью среза. При этом действуют силы перпендикулярно к оси стержневого дюбеля или болта. Дюбели и болты при этом работают на изгиб. В соединяемых деревянных элементах все усилия сосредоточиваются на внутренней поверхности отверстий для дюбелей или болтов.

Количество устанавливаемых в месте соединения стержневых дюбелей и болтов зависит от величины передаваемого усилия. При этом, как правило, должно устанавливаться не менее двух таких элементов (рис. 13).

Рис. 13. Соединение с помощью стержневых дюбелей

В одном соединении многие плоскости среза могут быть расположены рядом друг с другом. По числу плоскостей среза, которые связаны одинаковыми соединительными элементами, различают односрезные, двухсрезные и многосрезные дюбельные и болтовые соединения (рис. 14). Согласно DIN 1052 односрезные несущие соединения с помощью стержневых дюбелей должны иметь не менее четырех стержневых дюбелей.

Рис. 14. Болтовые соединения

Для болтовых соединений применяют в основном болты с гайками из стали с нормируемым диаметром 12, 16, 20 и 24 мм. Для того чтобы головка и гайка болта не могли врезаться в дерево, под них следует подкладывать прочные стальные шайбы. Минимальные размеры этих шайб приводятся для различных диаметров болтов в DIN 1052 (табл. 2).

Чтобы предотвратить расщепление соединяемых деревянных элементов стержневыми дюбелями и болтами, эти соединительные средства должны иметь установленные минимальные расстояния между собой, а также от нагруженного и ненагруженного концов. Минимальные расстояния зависят от направления силы, от направления волокон древесины и от диаметра стержневого дюбеля или болта db и do (рис. 15 и 16). Для несущих болтов с гайками следует выдерживать большие расстояния между собой и от нагруженного конца, чем в случае стержневых дюбелей и болтов со спрятанными головками. Зато близко расположенные друг к другу в направлении волокон древесины стержневые дюбели или болты со спрятанными головками должны быть расположены в разбежку относительно линии среза, чтобы соединения не растрескивались (см. рис. 15).

Рис. 15. Минимальные расстояния в случае стержневых дюбелей и болтов со скрытой головкой

Рис. 16. Минимальные расстояния в случае несущих болтов

Отверстия для штифтов и болтов предварительно высверливаются перпендикулярно к плоскости среза. Для этого применяют электрические сверла со станиной с параллельным перемещением. Для штифтов при высверливании отверстий в дереве, а также при одновременном высверливании отверстий в дереве и металлических соединительных элементах диаметр отверстия должен соответствовать диаметру штифта.

Также и отверстия для болтов должны хорошо подходить к диаметру болтов. Нельзя увеличивать диаметр отверстия по сравнению с диаметром болта более чем на 1 мм. При болтовых соединениях плохо, когда болт свободно сидит в отверстии. Также плохо, если за счет усушки древесины зажим болта в отверстии постепенно ослабевает. При этом в плоскости среза возникает люфт, который приводит к еще большему давлению стержня болта на граничные плоскости стенок отверстий (рис. 17). Вследствие связанной с этим податливостью болтовые соединения не могут применяться неограниченно. Для простых построек, таких, как сараи и навесы, а также леса, их, однако, можно применять. Во всяком случае в готовом сооружении болты должны подтягиваться многократно в течение эксплуатации.

Рис. 17. Люфт при болтовом соединении

Дюбельные соединения

Дюбели - это крепежные элементы из твердого дерева или из металла, которые применяются вместе с болтами для соединения гладко-стыкуемых деревянных элементов (рис. 18). Их располагают таким образом, чтобы они равномерно действовали на поверхности соединяемых элементов. При этом передача усилий осуществляется только через дюбели, тогда как болты обеспечивают зажимающее действие в соединении, чтобы дюбели не могли опрокинуться. Рейки из плоской или профильной стали присоединяются к деревянным элементам также с помощью дюбелей. Для этого применяют односторонние дюбели или плоские стальные дюбели. Дюбели бывают различных форм и видов.

Рис. 18. Соединение деревянных элементов с помошью дюбелей и болтов

При устройстве дюбельных соединений с запрессованными дюбелями сначала в соединяемых элементах высверливаются отверстия для болтов. После этого деревянные элементы снова разделяются, и вырезается, если необходимо, паз для основной пластины. В зависимости от технологии строительства дюбель полностью или частично загоняется в паз одного из соединяемых элементов с помощью киянки. Для окончательного зажима точно выверенного по оси соединения применяют особые зажимные болты с большой шайбой. Соединения с многими или с большими запрессованными дюбелями зажимаются с помощью гидравлического пресса. При соединениях с большим числом дюбелей, как это бывает при устройстве угловых соединений в рамах из клееных дощатых элементов, более предпочтительно использовать круглые вставные дюбели, так как при запрессованных дюбелях давление запрессовки может оказаться слишком большим (рис. 19).

Рис. 19. Дюбельное соединение в углу рамы

Каждому дюбелю, как правило, должен соответствовать один болт с гайкой , диаметр которого зависит от величины дюбеля (табл. 3). Величина подкладочной шайбы такая же, как и при болтовых соединениях. В зависимости от величины действующей на соединение силы могут применяться большие или меньшие дюбели. Самыми употребительными являются диаметры от 50 до 165 мм. На чертежах величина дюбелей обозначается символами (табл. 4).

Таблица 3. Минимальные размеры в дюбельных соединениях
Наружный диаметр d d в мм Диаметр болта d b в мм Расстояние между дюбелями/расстояние от дюбеля до конца элемента, е db ,в мм
50 М12 120
65 М16 140
85 М20 170
95 М24 200
115 М24 230
Значения справедливы для семейства круглых запрессных дюбелей типа D.
Таблица 4. Чертежные символы для дюбелей особого вида
Символ Размер дюбеля
от 40 до 55 мм
от 56 до 70 мм
от 71 до 85 мм
от 86 до 100 мм
Номинальные размеры > 100 мм

При расстановка дюбелей следует придерживаться определенных расстояний дюбелей между собой и от краев деревянных элементов. Эти минимальные расстояния согласно DIN 1052 зависят от вида дюбеля и от его диаметра (см. табл. 3).

Болты с гайками дюбельных соединений проводятся почти всегда через центр дюбеля. Только при прямоугольных и плоских стальных дюбелях они лежат вне плоскости дюбеля. При затяжке гаек на болтах подкладочные шайбы должны врезаться примерно на 1 мм в древесину. При дюбельных соединениях гайки на болтах через несколько месяцев после установки должны подтягиваться повторно, для того чтобы их затягивающее действие осталось и после усадки древесины. Говорят о соединении с постоянной передачей усилия.

Несущие нагельные соединения

Несущие нагельные (гвоздевые) соединения имеют задачей передавать усилия растяжения и сжатия. С помощью нагельных соединений могут скрепляться несущие детали, например для свободно опертых ферм, а также конструкций из досок и брусьев. Нагельные соединения могут выполняться односрезными, двухсрезными и многосрезными. При этом величина гвоздей должна соответствовать толщине пиломатериалов и глубине забивки. Кроме того, при расположении гвоздей должны выдерживаться определенные расстояния между ними. В несущих нагельных соединениях отверстия метут высверливаться заранее. Высверленное отверстие при этом должно быть немного меньшего диаметра, чем диаметр гвоздя. Так как при этом дерево не так сильно растрескивается, гвозди таким способом можно размещать ближе друг к другу. Кроме того, несущая способность гвоздевого соединения повысится, а толщина древесины может быть уменьшена.

Односрезные нагельные соединения применяются, когда сжатые и растянутые стержни из досок или брусьев должны присоединяться к брусьям (рис. 20). При этом гвозди проходят только через один соединительный шов. Они нагружены там перпендикулярно шахте отверстия и могут изогнуться при слишком большом усилии. Так как в соединительном шве в теле гвоздя возникают также усилия среза, то эту плоскость сечения называют плоскостью среза. В случае парного присоединения дощатых стержней на плоскостях основного бруса имеют место два односрезных нагельных соединения друг напротив друга.

Рис. 20. Односрезное нагельное соединение

При двухсрезных нагельных соединениях гвозди проходят через три соединяемых деревянных элемента (рис. 21). Гвозди имею по две плоскости среза, так как они в обоих соединительных швах нагружены одинаково направленной силой. Поэтому несущая способность двухсрезно-нагруженного гвоздя в два раза больше, чем у односрезного. Для того чтобы двухсрезные нагельные соединения не могли разойтись, половину гвоздей забивают с одной стороны, а другую половину - с другой. Двухсрезные нагельные соединения в основном применяют, если свободно опертые фермы целиком или преимущественно состоят из досок или брусьев.

Рис. 21. Двухсрезное нагельное соединение

Минимальные толщины деревянных элементов и минимальная глубина забивки гвоздей

Так как тонкие деревянные элементы при забивании гвоздей легко раскалываются, то доски для несущих стержней, поясов и планок должны быть толщиной не менее 24 мм. При применении гвоздей начиная с размера 42/110 следует использовать еще большие минимальные толщины а (рис. 22). Они зависят от диаметра гвоздя. При нагельных соединениях с предварительно просверленными отверстиями минимальные толщины древесины метут быть меньше, чем при простом забивании гвоздей, так как опасность растрескивания при этом меньше.

Рис. 22. Минимальная толщина и глубина забивки

Удаление острия гвоздя от наиболее близко лежащей плоскости среза называют глубиной забивки s (см. рис. 22). Она зависит от диаметра гвоздя dn и имеет различную величину при односрезных и двухсрезных гвоздевых соединениях. Односрезно-нагруженные гвозди должны иметь глубину забивки не менее 12d n . Однако для определенных специальных гвоздей из-за большей удерживающей силы вследствие особой профилировки достаточной является глубина забивки 8d n . При двухсрезных соединениях также достаточной является глубина забивки 8d n . При меньшей глубине забивки несущая способность гвоздей уменьшается. Если гвозди имеют глубину забивки менее половины требуемой, то их нельзя принимать в расчет на передачу усилий.

Минимальные расстояния между гвоздями

Крепления опалубок, реек и кобылок, а также стропил, обрешетки и т.п. допустимы с применением менее четырех гвоздей. Однако в общем случае для каждого шва или многосрезного гвоздевого соединения, предназначенного для передачи усилий, требуется не менее четырех гвоздей.

Равномерное расположение этих гвоздей на плоскости соединения производится с помощью гвоздевых рисок (рис. 23). Для того, чтобы два расположенных друг за другом гвоздя не сидели на одном и том же волокне, их смещают относительно точки пересечения взаимно перпендикулярных гвоздевых рисок на толщину гвоздя в обоих направлениях. Кроме того, необходимо соблюдать минимальные расстояния. Они зависят от того, проходит ли направление силы параллельно или поперек волокон. Далее необходимо следить за тем, будут ли концы стержней или края древесины нагружены действующей в соединении силой или не будут. Так как при нагруженных концах стержней или краях возникает опасность растрескивания, то необходимо выдерживать большие расстояния от краев до гвоздей.

Рис. 23. Минимальные расстояния между гвоздями при односрезном соединении

При односрезном гвоздевом соединении вертикального или диагонального растянутого стержня гвоздями диаметром d n ≤ 4,2 мм действительны минимальные расстояния, приведенные на рис. 23. При применении гвоздей диаметром d n > 4,2 мм эти расстояния следует несколько увеличить. Если отверстия для гвоздей высверливаются предварительно, то в большинстве случаев требуются меньшие расстояния.

При двухсрезных гвоздевых соединениях гвозди располагаются уступами. Между рисками односрезного гвоздевого соединения проводятся дополнительные риски с минимальным расстоянием 10d n (рис. 24).

Рис. 24. Минимальные расстояния между гвоздями при двухсрезном соединении

Устройство гвоздевых соединений

При устройстве гвоздевых соединений гвозди должны забиваться в древесину вертикально. При этом шляпка гвоздя должна только слегка вдавливаться в дерево, чтобы волокна древесины в месте стыка не повредились. По этой же причине выступающие концы гвоздей могут загибаться только особым образом. Это должно происходить только перпендикулярно волокнам. Для нанесения расположения гвоздей применяют, как правило, соответствующим образом просверленные шаблоны из тонкой фанеры или жести. В случае фанерных шаблонов дырки делаются такого диаметра, чтобы через них могли проходить шляпки гвоздей. В случае шаблонов из жести места расположения гвоздей размечаются кисточкой и краской.

Гвоздевые соединения со стальными накладками

Гвоздевые соединения со стальными накладками можно подразделить на три вида, а именно соединения с врезанными или снаружи лежащими накладками толщиной не менее 2 мм и соединения с врезанными накладками толщиной менее 2 мм.

Снаружи лежащие накладки , как правило, имеют заранее просверленные отверстия (рис. 25). Они накладываются поверх соединения брусьев или досок в торец и прибиваются соответствующим количеством проволочных или специальных гвоздей. При врезанных накладках толщиной не менее 2 мм отверстия для гвоздей должны просверливаться одновременно в деревянных элементах и в накладках. При этом диаметр отверстий должен соответствовать диаметру гвоздя. Врезанные накладки толщиной менее 2 мм, которых в месте стыка может быть несколько, могут пробиваться гвоздями без предварительного просверливания (рис. 26). Такие соединения могут устраиваться только с помощью специально разработанных шлицевых инструментов и выполняться только на основе специального допуска властей.

Рис. 25. Соединение с помощью дырчатой стальной пластины-накладки

Рис. 26. Гвоздевое соединение с врезанными стальными накладками (Грейм)

Соединения с помощью гвоздевых фасонок

Гвоздевые фасонки применяются для рационального изготовления деревянных фахверковых ферм из однорядных сечений древесины (рис. 27). Для этого обрезаются по длине деревянные стержни одинаковой толщины, пропитываются и подгоняются точно друг к другу.

Рис. 27. Соединение с помощью гвоздевой фасонки

Влажность древесины при этом не должна превосходить 20%, а разница по толщине не должна быть больше 1 мм. Кроме того, стержни не должны иметь никаких срезов и кантов.

Гвоздевые фасонки необходимо расположить с обоих сторон симметрично и с помощью подходящего пресса так вдавить в древесину, чтобы гвозди сидели в древесине на всю длину. Забивка гвоздевых фасонок с помощью молотка или тому подобного недопустима.

Скрепление с помощью гвоздевых фасонок создает в узловых точках прочное на сжатие, растяжение и сдвиг соединение или стыки без ослабления несущего сечения древесины. Для передачи усилий главное значение имеет рабочая площадь соединения гвоздевой фасонки (рис. 28). Она соответствует площади соприкосновения гвоздевой фасонки с деревом, за исключением краевой полоски с шириной минимум 10 мм.

Рис. 28. Рабочая площадь соединения у гвоздевой фасонки

Фермы с соединением стержней фасонками индустриально изготавливаются только лицензированными предприятиями, поставляются в готовом виде на стройплощадку и там монтируются.

Поделиться: