Виды соединений для конструкций из различных материалов (деревянных)

ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ДЕРЕВЯННЫХ)

Общие сведения

Соединения являются наиболее ответственными частями деревянных конструкций. 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.

При изготовлении многих соединений в элементах конструкций делают отверстия и врезки, ослабляющие их сечения и повышающие деформативность.

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

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

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

в) соединения со связями, работающими на изгиб, — нагелями-болтами, гвоздями, 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.

Соединения, не требующие специальных связей (упоры и врубки), применяются главным образом при построечном, изготовлении 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.

Металлические соединения являются универсальными и широко используются при обоих основных методах изготовления деревянных конструкций.

Клеевые соединения, наиболее прогрессивные и технологичные, являются основными соединениями элементов при заводском изго­товлении деревянных конструкций.

Соединения без специальных связей

Конструктивные врубки (рис.1) являются соединениями, в которых возникают усилия намного меньше их несущей способности, и они не нуждаются в расчете. В деревянных конструкциях наибольшее применение находят конструктивные соединения в четверть, в шпунт, в полдерева и косой прируб.

Соединение в четверть представляет собой сплачивание досок кромками по ширине, для чего в них вырезаются односторонние пазы глубиной, несколько большей половины толщины, в которые входят образовавшиеся выступы кромок соседних досок. Обшивки стен из досок, соединенных в четверть, препятствуют продуванию стен и проникновению атмосферных осадков. Сосредоточенные нагрузки в таких обшивках распределяются на две соседние доски.

Соединение в шпунт представляет собой сплачивания досок или брусьев кромками, в одной из которых вырезаны двусторонние пазы, в другой - один средний паз (шпунт), равный примерно 1/3 толщины, в который входит образовавшийся выступ (гребень) соседней доски. Настилы из досок, соединены в шпунт, препятствуют просыпанию засыпок, и сосредоточенные нагрузки на них распределяются на ряд соседних досок.

Врубка в полдерева представляет собой соединение концов брусьев или бревен с врезками до половины толщины под углом в одной плоскости, стянутых конструктивным болтом. Так соединяются, например, концы стропильных ног в коньке крыш.

Косой прируб представляет собой продольное сращивание брусьев или бревен концами, в которых сделаны односторонние наклонные врезки длиной, равной удвоенной высоте сечения, с торцами, равными 0,15 высоты сечения. Косые прирубы стягиваются конструктивными болтами и применяются для соединения прогонов и балок по длине.

Рисунок 1 - Конструктивные врубки: а - врубка в полдерева; б - косой прируб; в - соединения в четверть; г - соединения в шпунт; 1 - соединяемые элементы; 2 - стяжные болты

Соединения со специальными связями

 Соединения с изгибаемыми болтами относятся к классу нагельных, в которых связи, в данном случае болты, работают главным образом на изгиб. Эти соединения широко применяются в стыках и узлах деревянных конструкций, препятствуя взаимным сдвигам соединяемых элементов. Расстановку болтов в соединении производят по правилам, исключающим опасность преждевременного разрушения древесины элементов от скалывания и растяжения поперек волокон. Расстояние между осями болтов вдоль волокон и до торцов элементов должно быть не меньше 7d, а поперек волокон между осями — 3,5 d и до кромок — 3 d.

  Гвоздевые соединения. Гвозди изготовляют из холод­нотянутой проволоки в соответствии с ГОСТ 4028—63. Острие гвоздя имеет четырехгранную форму и длину, равную полутора диаметрам. Круглая шляпка имеет диаметр, равный двум диаметрам гвоздя. Наибольшее применение в, деревянных конструкциях находят гвозди диаметром 3, 4, 5 и 6 мм² и длиной соответственно 80, 100, 150 и 200 мм. Гвозди забивают в цельную древесину ударами ручного или пневматического молотка. Гвоздевые соединения являются простыми и общедоступными, но трудоемкими и применяются главным образом при построечном изготовлении дощатых деревянных конструкций. Гвоздь при забивке частично разрывает, а частично раздвигает волокна древесины, образуя в ней отверстие с уплотненными стенками. Благодаря этому он прочно зажимается в древесине и хорошо сопротивляется выдергиванию, однако по этой же причине в ней возникают дополнительные усилия растяжения поперек волокон. Кроме того, малая изгибная жесткость гвоздей приводит к по­вышенной ползучести гвоздевых соединений. Расхождению соединений препятствуют стяжные болты. Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опасность преждевременного скалывания и раскалывания соединяемых элементов, которая повышается по мере уменьшения их толщины. Поэтому диаметр гвоздей должен быть не более ¹/₄ толщины эле­ментов. Расстояния между гвоздями диаметром d вдоль волокон соединяемых элементов должны быть не менее: от торцов—15d, между осями в элементах толщиной, равной и большей 10d, — 15d, между осями в элементах толщиной, равной 4d, — 25d, а в элементах промежуточной толщины принимают по интерполяции. Расстояния между гвоздями поперек волокон и до кромок элементов должны быть при прямой расстановке не менее 4d, а при расстановках шахматной и косыми рядами — не менее 3d. Нагели за исключение гвоздей диаметром до 6 мм ставятся в заранее просверленные отверстия диаметром на 0,2 – 0,5 мм меньше диаметра нагеля.

Соединения с винтами. Винты представляют собой стандартизованные стальные изделия и состоят из головки, ненарезанной и нарезанной частей. Их диаметр d измеряют по ненарезанной части. Винты диаметром меньше 12 мм называют шурупами. Они имеют сферические или плоские головки с прорезями для завертывания их отверткой. Винты диаметром 12 мм и более называют глухарями, которые имеют шестигранные или квадратные головки для завертывания их ключом. Винты применяют для крепления стальных накладок и деталей к деревянным элементам в узлах конструкций. Они завертываются через отверстия в накладках в отверстия, просверленные в древесине. Диаметр отверстий в древесине должен быть равным 0,8d ненарезанной части винта, для того чтобы нарезка полностью врезалась в древесину. Винты расставляют в соединениях на больших расстояниях, чем болты. Вдоль волокон между их осями должно быть не менее 10d,а поперек — 5d, поскольку уменьшенный диаметр отверстия вызывает дополнительные напряжения растяжения поперек волокон

Соединения с хомутами относятся к классу соединений с растянутыми связями. Они охватывают поверхности соединяемых элементов и применяются главным образом при построечном изготовлении деревянных конструкций. Хомуты бывают проволочными, полосовыми со стяжными болтами и болтовыми с подкладками из листовой или профильной стали. По форме хомуты бывают круговыми в бревенчатых конструкциях и прямоугольными в конструкциях из пило­материалов. Хомуты работают и рассчитываются на растяжение, а древесина — на местное смятие.

Соединения со скобами относятся к классу конструктивных соединений. Скобы изготовляют из арматурной стали класса A-I диаметром 10—16 мм и имеют П-образную форму с заостренными и зазубренными концами. Они забиваются в цельную древесину и обеспечивают проектное положение соединяемых элементов при построечном изготовлении деревянных конструкций из бревен и брусьев.

Соединения с когтевыми шайбами относятся к классу соединений на шайбах шпоночного типа. Они представляют собой стальные пластинки, в которых методом штамповки образованы многочисленные односторонние острия — когти. Шайбы забиваются или впрессовываются с двух сторон в древесину соединяемых элементов. Острия шайб работают на изгиб, а окружающая древесина — на смятие. Несущую способность шайб определяют экспериментально.

Клеевые соединения (рис.2) применяют для склеивания досок из хвойной древесины толщиной не более 50 мм и влажностью не выше 12%. При нарушении этих ограничений клеевые соединения могут разрушиться от усилий, возникающих в результате коробления досок при высыхании. Для клеевых соединений применяют конструктивные синтетические клеи на основе термореактивных смол. В настоящее время в отечественной практике для склеивания древесины и фан­еры наибольшее применение находят фенолоформальдегид­ный клей КБ-3 и резорциновый клей РФ-12, а для склеивания древесины с металлом — эпоксидный клей ЭПЦ-1.

Рисунок 2 - Клеевые соединения: с зубчатым шипом (а); соединением на «ус» (б).

Литература: В.И. Сетков «Строительные конструкции», М., ИНФРА-М,2009, с. 310 – 324

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение сращивание.

2. Дайте определение сплачивание.

3. Дайте определение анкеровка.

4. Где наиболее часто разрушаются деревянные конструкции.

5. От чего зависит прочность и деформативность конструкций.

6. Какие соединения деревянных конструкций разрабатываются наиболее просто?

7. Какие соединения деревянных конструкций разрабатываются наиболее сложно?

8. Приведите примеры соединений деревянных конструкций без специальных связей.

9. Приведите примеры соединений деревянных конструкций со связями, работающими на изгиб.

10. Приведите примеры соединений деревянных конструкций со связями, работающими на сжатие.

11. Приведите примеры соединений деревянных конструкций со связями, работающими на растяжение.

12. Приведите примеры соединений деревянных конструкций со связями, работающими на сдвиг-скалывание.