Общие сведения о средствах соединения элементов деревянных конструкций

16.02.2017

Для соединения элементов деревянных конструкций используют весьма разнообразные средства.
По характеру работы эти средства соединения можно разделить на шесть групп (рис. II—20): 1) врубки, 2) шпонки, 3) нагели, 4) связи, работающие на выдергивание, 5) растянутые связи и 6) клей.
В практике нашего строительства наиболее распространены нагели, клей и врубки; реже применяют шпонки и растянутые связи.
Основной недостаток всех видов соединения (за исключением клея) — большая податливость. Врубки, например, дают значительные деформации в период загружения за счет недостаточно плотной пригонки рабочих поверхностей. Нарастание деформации в процессе эксплуатации во врубках незначительно. Гвозди обладают хорошей плотностью в период загружения, но дают большие деформации в процессе эксплуатации, находясь под расчетной нагрузкой.

По опытам ЦНИПС (проф. Ю.М. Иванов) деформации гвоздевых соединений под расчетной нагрузкой в течение первого года возросли почти в 2,5 раза. Кроме того, на величину деформаций гвоздевых соединений оказывает большое влияние наличие щелей между соединяемыми досками (деформации увеличиваются в 2—3 раза).
Большое различие деформаций отдельных видов связей не позволяет использовать в одном соединении для передачи одного и того же усилия связи разных типов, с разной степенью податливости. Например, нельзя передавать одну часть усилия врубкой, а другую часть — нагелями; также нельзя использовать в совместной работе кольцевые шпонки и нагели.
He допускается передача части усилия от одного элемента другому непосредственно, а другой части усилия через вкладыш или коротыш, потому что их совместная работа ненадежна. Для примера на рисунке II—21,а показана конструкция опорного узла треугольной фермы. Часть усилия верхнего пояса передается в нижний непосредственно доскам нижнего пояса, а часть — через прокладку, прикрепленную, в свою очередь, к нижнему поясу при помощи кольцевых шпонок, дающих значительные начальные деформации. Разрушение такого узла происходит последовательно. Скачала скалываются площадки нижнего пояса (резко перегруженные), а затем — прокладки. Аналогичная ошибка допущена в соединении, показанном на рисунке II—21,б, где часть усилия передается непосредственно от подкоса в стойку, а другая часть — через коротыш.

Средства соединения деревянных элементов имеют ограниченные области применения, обусловленные специфическими их особенностями. Так, врубки и косые шпонки используют только для передачи усилий одного направления и преимущественно в конструкциях из брусьев или бревен, кольцевые и зубчатые шпонки — в дощатых сквозных конструкциях, клей — в дощатых конструкциях сплошных поперечных сечений.
Соединения на кольцевых шпонках, на пластинчатых нагелях и на клею применяют в конструкциях, изготовляемых на заводах. Соединения на врубках и на цилиндрических нагелях, особенно на гвоздях, наоборот, широко используют в конструкциях построечного изготовления. Соединения на цилиндрических нагелях требуют наименьшей затраты рабочей силы на изготовление по сравнению со всеми остальными видами соединений.
Процесс изготовления нагельных соединений допускает широкое использование механизмов (за исключением проволочных гвоздей) и не требует высокой квалификации рабочих; качество этих соединений легко контролируется. Для выполнения соединений на шпонках, на клею и на врубках требуются высококвалифицированные рабочие и тщательный технический надзор.
Соединения на клею и на болтовых и пластинчатых нагелях в наибольшей мере отвечают требованиям индустриализации строительства.
Для каждого вида конструкций есть свой наиболее подходящий. (оптимальный) способ соединения элементов. Строителю необходимо хорошо знать особенности различных типов соединения для того, чтобы в конкретных случаях сделать правильный выбор.
Несовершенство средств соединения, применяемых в деревянных конструкциях, затрудняет и замедляет переход к индустриальным методам изготовления их. Необходимы не только новые средства соединения, но и новые формы конструкций, которые позволили бы с наибольшим эффектом использовать в индустриальном строительстве уже известные и проверенные средства соединения.
При выборе средств соединения следует отдавать предпочтение таким, которые позволяют изготовлять конструкции механизированным путем, а для крупных конструкций — с предварительной блочной заготовкой крупных частей и скоростным монтажом на месте строительства. При этом нужно учитывать реальные возможности тех предприятий, на которых предположено изготовлять конструкции.
Для конструкций, которые изготовляют на постройке, следует выбирать относительно простые средства соединения, допускающие использование шаблонов и простейших механизмов и возможность надежного контроля за качеством выполненных работ. К числу таких соединений относятся нагели, упоры в торцы и лобовые врубки.
В необходимых случаях для учета влияния деформаций в местах соединений СНиП II—В.4—62 предписывает принимать следующие размеры сдвига при полном использовании их несущей способности:

Наибольшее ослабление деревянных элементов должно не превышать 0,5 F при симметричном ослаблении и 0,4 F при несимметричном; причем наименьшая площадь F поперечного сечения расчетного деревянного элемента должна быть не менее 50 см2, а наименьшая толщина его в ослабленном сечении — не менее 3 см. Следует также учитывать, что каждую сторону доски или бруса сострогивают примерно на 2—3 мм, а с обеих сторон — на 5 мм.
Полезное (разгружающее) действие трения при расчете конструкций не учитывают, за исключением тех случаев, когда равновесие системы обеспечивается только трением.. В последнем случае не допускаются вибрационные или ударные воздействия нагрузки. Коэффициент трения дерева по дереву в этих случаях принимают: торца по боковой поверхности 0,3; боковых поверхностей 0,2.
Неподвижность сдвигающихся (трущихся) частей достигается специальным креплением (болтами и т. п.). Начальное натяжение болтов при определении расчетной силы трения не учитывают.
Силы трения необходимо учитывать, если трение ухудшает условия работы конструкций и соединений, например вызывает: 1) дополнительные напряжения в элементах конструкций; 2) увеличение угла между направлениями сминающего усилия и волокон древесины; 3) увеличение расчетного усилия и т. п. В этом случае коэффициент трения принимают равным 0,6.