Деревянные соединения включают в себя различные способы передачи давления, напряжения и боковых воздействий между деревянными элементами. В тексте показаны прессованные и растянутые соединения, заглушки, насечки, подвязки, клеевые соединения и узловые пластины.
1. Нажатая ссылка
Если грань одного элемента соприкасается с гранью другого элемента и если сборка защищена от бокового смещения, или если грань одного элемента соприкасается с продольным элементом, то достаточно установить клинья для предотвращения бокового смещения на поверхностях детали или прикрепить пиявки снаружи. Если используются небольшие заглушки, то отверстия, в которые они входят, следует вычесть из запрессованных поверхностей (рис. 1 и 2). Поэтому вертикальные колонны решетчатых конструкций - особенно если они уже поясов - всей своей поверхностью утоплены в пояс примерно на 2 cm и закреплены укрытием куска дерева треугольного сечения (рис. 3).
Изображения 1–3. Прессовые соединения деревянных элементов.
В случае превышения допустимого давления перпендикулярно волокнам вставляются куски лиственных пород или стальных С-профилей (рис. 4). Аналогичным образом расширения прессуемой поверхности отдельных колонн можно добиться путем вставки ножек (рис. 5). На рис. 6 показывает соединение вертикали с полными свадебными отрезками, продолжение которых расположено над ней. Чтобы добиться определенной жесткости соединения, необходимо разместить стальные полосы Т-образной формы. Если колонны из оцилиндрованного или точеного бруса сплошные и в их соединении возникают напряжения из-за изгиба или скручивания, необходимо компенсировать эти напряжения деревянными или стальными подвязками, расположенными сбоку, с помощью гвоздей или шурупов.
Изображения 4–6. Подкрепления и продолжения нажатых ссылок.
Часто бывает удобно закрыть узел трубчатой втулкой. Чтобы волокна не давили друг на друга на состав, перед посадкой верхней части колонны укладывают слой полувлажного, хорошо утрамбованного цементного раствора. Если элементы вытянуты горизонтально или встречаются под углом, их следует закрепить от перемещения пиявками или полосами листовой стали, а от скручивания – обрезанными угловыми бревнами (рис.8и9). Для соединения шпал на лесах используются двойные деревянные щеки, скрепленные саморезами. Такая конструкция способна воспринимать изгибающие моменты (рис.10). Прав, то есть косой лист, применяют, когда композиция опирается на опору, а места для опирания отдельных элементов недостаточно (например, соединение карниза над стяжками) (рис.11и12). Чтобы иметь возможность передавать более высокие растягивающие усилия, между контактными поверхностями иногда помещают прокладки.
Изображения 7–11. Компоненты, подвязки и листья.
2. Кепка
Заглушка служит исключительно для фиксации взаимного положения двух деревянных элементов. Во время сборки он должен удерживать элементы на месте. На рис. 13 показано соединение вертикалей и диагоналей двойными венцами лесов. Под головку винта и гайку установлены прокладки размером от 8/8 до 10/10 cm и толщиной 8-10 mm. Винты следует затягивать до исчерпания их прочности на растяжение в шейке, чтобы передать на контактные поверхности элементов максимально возможные силы трения за счет воздействия сильного давления. Таким образом создаются жесткие узлы.
Изображения 12–15. Листы, заглушки и соединения рупора.
Если стропила крыши не опираются на конёк, их крепление производится вилкой или дюбелем с полной прорезью (рис. 14). В некоторых случаях пробки подвергаются изгибу перпендикулярно их направлению, напр. в качестве заглушки посередине на перекладинах мезонинных конструкций (рис. 15). Стенки вокруг паза должны быть достаточно толстыми, чтобы избежать разбрызгивания древесины.
3. Выемка
Выемка используется для создания прочного соединения, способного выдержать давление стержней, соприкасающихся по диагонали. Обычная конструкция представлена _лобным вырезом_, тело которого a-b разделяет внешний угол, при этом угол bac обычно больше 90o (рис. 16). Таким образом достигаются наиболее благоприятные условия напряжения для скоса и порога. Значения для a:
a ≤ 50o, глубина выреза t = 0,25h
a ≥ 60o, глубина выреза t = 0,17h
Между углами 50o и 60o выполняется линейная интерполяция. В случае, если a меньше 50o, использование секции стержня будет лучше, если нанести двойную насечку (рис. 17). Недоверие к такому способу подключения вполне оправдано, так как необходимая точность при построении встречается нечасто.
Изображение 16. Геометрия фронтальной выемки.
Сдвиговые напряжения на поверхности a-e для древесины хвойных пород не должны превышать 900 кПа. Минимальная длина переднего свеса должна составлять 15 cm. Если длина ограничена, используется разрез посередине, то есть задний разрез. Из-за поворота палочек, местного смятия и процесса усушки древесины может случиться так, что усилие будет передаваться только на переднюю часть реза, а соединение раскроется на задней части; следствием является эксцентричная нагрузка спирали. В наименьшей степени это происходит на соединении с насечкой посередине, которая выполняет примерно роль шарнира и при повороте стержня исключает создание большого эксцентриситета. При обратном распиле существует риск поломки зуба (особенно в случае появления трещин из-за усадки древесины) и скоса фаски.
Изображения 17–20. Варианты зубчатого и скошенного колпачка.
Во избежание слишком глубоких порезов добавлены боковые усиления и вставки (рис. 19). Также, помимо насечки, часть усилия передается через подвязки, прибитые с обеих сторон; таким образом узел приобретает определенную жесткость по отношению к боковым силам. Тройной разрез не рекомендуется, поскольку исключается равномерная и одновременная передача силы по трем фронтальным поверхностям.
4. Перекос заглушки
По сравнению с пазом наклонная заглушка (рис. 20) имеет то преимущество, что соединение при боковых воздействиях обеспечивает большую жесткость. С другой стороны, более тяжелая конструкция, пониженное сопротивление и повышенная деформируемость, особенно при больших углах соединения, не означают, что их использование рекомендуется.
5. Плотная ссылка
Деревянные или стальные подвязки используются для покрытия концов, подвергающихся натяжению; последние в большинстве своем дороже, но из-за лучшего внешнего вида и повышенной безопасности при больших силах они более пригодны. На рис. 21 показано соединение палки с двойным натяжением, состоящей из трёх деревянных подвязок и мозгов в суставах.
Изображение 21. Плотное соединение деревянными подвязками и мозгами.
Крепление стальных балок: только расчетными шурупами, дюбелями с шурупами (рис. 22), дюбелями, приклёпанными или приваренными для стальных балок, или шурупами по дереву. Каждый деревянный соединительный элемент сверлится отдельно по соответствующему шаблону. Точности ручного сверления недостаточно.
Изображения 22–23. Стальные подвязки и завязки с наклонным нахлестом.
Для клееных конструкций нельзя использовать обычные раскосы. Именно здесь в первом ряду вступают в игру диагональные соединения внахлест. На скрепляемых элементах соотношение между высотой фаски и длиной, на которую она простирается, должно быть не менее от 1:5 до 1:8. Кроме того, необходимо принимать как можно меньшие размеры поперечных сечений соединяемых элементов.
Изображение 24. Клиновые фаски деревянных элементов.
На рисунке 23 показаны две сборные сборки, выполненные с наклонной складкой. Давление, необходимое для приклеивания, создается саморезами. Также используются соединения с клиновыми фасками (торцевые соединения, рис. 24).
На рисунке 25 показано соединение двойной диагональной планки, а также двойного пояса (элементы лежат в одной плоскости) с боковыми усилениями и вставками. Для соединения дополнительных деталей с ремнем (нагрузка косая к волокнам) необходимо большее количество раскосов, чем для соединения их с диагональю. Чтобы мозги поместились, ширина добавляемых деталей должна быть больше ширины присадочного стержня. Заполняющие стержни деревянных конструкций обычно крепятся непосредственно к ремням.
6. Резка
Изображения 25–26. Диагональное соединение стержня и разрез ремня.
Натянутые стержни (чаще двойные) при разрезании ремнем привязываются напрямую. Стержни имеют насечки настолько, что передают свои силы вертикально или диагонально (путем насечки) на ремень. (рис. 26). В пространстве между двойными ремнями также можно установить тягу полного натяжения. Резка как прямое соединение между элементами может быть применена только в случае небольшой силы, для чего стержни в большинстве случаев имеют завышенные размеры по конструктивным соображениям. Позаботьтесь о том, чтобы палочки имели совершенно острые края.
7. Соединения элементов с помощью узловых пластин
При встрече в узле нескольких стержней или при резком разрыве поясов решетчатой конструкции применяют узловые пластины, аналогичные узловым листам стальных конструкций; с точки зрения экономии они не всегда рекомендуются. Стальные сучковые пластины применяются вместе со стальными балками круглого сечения, толщиной 20 mm, длиной 80 mm, для тяжелонагруженных мостов больших пролетов и малой конструктивной высоты, которые обычно сильно прогибаются под воздействием постепенного высыхания древесины. Часто используются фанерные швы.
Помимо перечисленных здесь соединений для деревянных элементов, существует также большое количество соединений, которые выполняются плотниками только вручную; вуалирование, подгонка, «карма» и т. д. При этих «цеховых» соединениях существует тенденция воспринимать по возможности натяжные силы во избежание раздвижения элементов. Если такие связи проверить расчетом, то видно, что силы, которые можно принять в наиболее благоприятном случае, весьма скромны. Плотничьи соединения, которые часто изготавливаются очень тщательно и требуют высокого мастерства, сегодня во многих случаях уже не подходят.