Значения коэффициента угла смятия

Угол, град	Коэффициент k a;
для стальных, алюминиевых и стеклопластиковых нагелей диаметром, мм	для дубовых нагелей
	0,95	0,9	0,9	0,9
	0,75	0,7	0,65	0,6	0,8
	0,7	0,65	0,55	0,5	0,7

Значения коэффициента k _α, приведенные в табл. 2.9 следует:

1. для промежуточных углов определять интерполяцией;

2. для более толстых элементов односрезных соединений, работающих на смятие под углом умножать на дополнительный коэффициент 0,9, при с/а меньше 1,5 и на 0,75 при с/а больше 1,5.

Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных элементов работают, как нагели. Их обычно забивают в древесину без предварительного просверливания, что обусловливает некоторые особенности их работы. Исследования показали повышенную несущую способность гвоздей, вставленных в предварительно просверленные отверстия. Однако в этом случае гвозди принято называть тонкими нагелями, и рассчитывать как нагели.

Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6 мм, поэтому их несущая способность не зависит от угла между направлением действия силы и направлением волокон.

Обычно гвозди не пробивают насквозь вторые крайние элементы. При определении расчетной длины защемления конца гвоздя, в последней не пробиваемой насквозь доске, не следует учитывать часть длиной 1,5 d _гв (рис. 2.5), в таком случае в формулу для определения несущей способности гвоздя вместо толщины крайнего элемента подставляют рабочую длину конца гвоздя в крайнем элементе a ₂.

Рис. 2.5. Расчетная длина гвоздя при глухой забивке.

При определении расчетной длины защемления конца гвоздя a ₂ учитывают возможность образования зазоров между соединяемыми досками по - 2 мм на каждый шов. Такие зазоры могут образовываться вследствие неплотного прилегания досок, вызванного неточностью размеров самих досок и короблением их при усушке.

Расчетная длина конца гвоздя (в мм) определяется из выражения

,

где l _гв - длина гвоздя; а ₁ -толщина первого, пройденного гвоздем элемента пакета; с - толщина среднего элемента пакета; n _ш - количество швов, пройденных гвоздем; d _гв - диаметр гвоздя.

Длина защемления конца гвоздя должна быть не меньше 4 d _гв, в противном случае работа конца гвоздя при расчете соединения не учитывается.

При свободном выходе конца гвоздя из пакета расчетная толщина последнего элемента уменьшается на 1,5 d _гв (рис. 3.6).

Рис. 2.6. Расчетная длина гвоздя при свободном выходе конца гвоздя.

Расстояние между осями гвоздей и габаритами деревянного элемента приведены в табл. 2.9.

Рис. 2.7. Расстановка гвоздей косыми рядами.

К растянутым связям относятся гвозди, винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи. Все виды связей, особенно постоянные, воспринимающие расчетные усилия, должны быть защищены от коррозии (оцинковкой, покрытием водостойкими лаками и т. п.). Связи рассчитывают на растяжение в соответствии с нормами расчета металлических конструкций.

Гвозди сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхностного трения между их поверхностью и древесиной гнезда. Допускается учет сопротивление гвоздей выдергиванию во второстепенных элементах (настилы, подшивка потолков и т. п.) или в конструкциях, где выдергивание гвоздей сопровождается одновременной работой их как нагелей.

Не допускается учитывать работу по выдергиванию гвоздей, забитых в заранее просверленные отверстия, в торец (вдоль волокон), а также при динамических воздействиях на конструкцию.

При статическом приложении нагрузки расчетную несущую способность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек волокон с соблюдением норм расстановки, определяют по формуле

,

где - расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины 0,3 МПа (3 кгс/см²), а для сырой, высыхающей в конструкции - 0,1 МПа (1 кгс/см²); d - диаметр гвоздя, принимаемый не более 5 мм, даже при использовании гвоздей большего диаметра; - расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя (без учета 1,5 d _гв), должна быть не менее 10 d _гв и не менее двух толщин пробиваемого деревянного элемента.

Шурупы и глухари удерживаются в древесине не только силами трения, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые винтовые желобки.

Расстановка шурупов и глухарей и размеры просверленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим стержня глухаря древесиной без ее раскалывания. Расстояния между осями винтов в продольном направлении должны быть не менее S ₁ = 10 d, а поперек волокон S ₂ и S ₃ = 5 d. Диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответствовать диаметру ненарезной части стержня глухаря. Для надежного упора винтовой нарезки выдергиваемого шурупа или глухаря диаметр заглубленной части по всей длине нарезной части должен быть на 2...4 мм меньше его полного диаметра.

Расчетную несущую способность на выдергивание одного шурупа или глухаря, завинченного в древесину поперек волокон, определяют по формуле:

,

где - расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкасания нарезной части шурупа с древесиной, которое следует принимать 1 МПа (10 кгс/см²);

d - наружный диаметр нарезной части шурупа; - длина нарезной части шурупа, сопротивляющейся выдергиванию.

Вклеенные стальные стержни из арматуры периодического профиля класса А-II и выше, диаметром 12...25 мм, работающие на выдергивание и продавливание, допускается применять при температуре окружающей среды не выше 35 С.

Предварительно очищенные и обезжиренные стержни вклеивают составами на основе эпоксидных смол в просверленные отверстия или в профрезерованные пазы. Диаметры отверстий и размеры пазов должны быть на 5 мм больше номинальных диаметров стержней.

Расчетную несущую способность вклеиваемого стержня на выдергивание или продавливание вдоль и поперек волокон в растянутых и сжатых стыках элементов деревянных конструкций из сосны и ели определяют по формуле

,

где - расчетное сопротивление древесины скалыванию; d - номинальный диаметр вклеиваемого стержня; - длина заделываемой части стержня, которую следует принимать не менее 10 d и не более 30 d; - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, .

Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на выдергивание или продавливание вдоль волокон, следует принимать не менее S ₂ = 3 d, а до наружных граней не менее S ₃ = 2 d.

В последнее время для узловых соединений дощатых элементов применяются металлические зубчатые пластины (МЗП).

МЗП рекомендуется изготовлять из листовой углеродистой стали толщиной 1,2 и 2 мм, на одной стороне листа после штамповки на специальных прессах получаются зубья различной формы и длины. Антикоррозионную защиту пластинок выполняют оцинковкой или покрытиями на основе алюминия в соответствии с рекомендациями по защите стальных закладных деталей и сварных соединений сборных железобетонных и бетонных конструкций.

МЗП устанавливают попарно по обе стороны соединяемых элементов таким образом, чтобы ряды МЗП располагались в направлении волокон присоединяемого деревянного элемента, в котором действуют наибольшие усилия.

Конструкции должны изготавливаться на специализированных предприятиях, оснащенных оборудованием для сборки конструкций, запрессовки МЗП и контрольных испытаний конструкций.

Дощатые фермы с соединениями в узлах на МЗП применяют в зданиях II и III классов ответственности V степени огнестойкости. Фермы изготавливают из древесины хвойных пород шириной 100...200 мм, толщиной 40...70 мм.

Расчетная схема ферм предполагает шарнирное закрепление элементов решетки к неразрезным поясам. Стыкование досок поясов по длине - шарнирное, вне зоны узлов крепления решетки.

Высоту ферм рекомендуется принимать не менее 1/5 пролета. При меньшей высоте ферм расчет производят с учетом линейной податливости стержней в узлах. При этом в расчете следует учитывать, что при усилиях, соответствующих расчетной несущей способности соединений, деформации стержней в узлах составляют 1,5 мм.

Пояса ферм рассчитывают как сжато-изгибаемые и растянуто-изгибаемые элементы. Элементы решетки допускается рассматривать как центрально-сжатые и центрально-растянутые. Ослабление сечения гнездами от зубьев МЗП не учитывается.

Несущую способность деревянных конструкций на МЗП определяют по условиям смятия древесины в гнездах и изгиба зубьев пластин, а также по условиям прочности пластин при работе на растяжение, сжатие и срез.

Расчетная несущая способность соединений на МЗП зависит от типа пластин с заданной геометрией зубьев. Высота зубьев рекомендуется не более 12-кратной толщины пластины, которая обычно составляет от 1 до 2 мм. Расчетная несущая способность соединений R определяется по результатам испытаний образцов с конкретными типами МЗП на 1 см² поверхности пластины в зависимости от угла наклона ее оси к направлению действующего усилия и к направлению волокон древесины (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Геометрические параметры работы МЗП.

x - главное направление пластины; у - направление, перпендикулярное главному; (- угол между главным направлением и осью силы N; β - угол между направлением волокон древесины и осью силы N; γ - угол между главным направлением и линией стыка; F - расчетная площадь МЗП.

Расчет соединений на МЗП можно разбить на следующие этапы:

проверка прочности соединения

,

где N - нормальное усилие в стержне; R - расчетная несущая способность соединения на 1 см² поверхности; F - площадь поверхности МЗП с одной стороны стыка, определяемая за вычетом площадей участков пластин в виде полос шириной 10 мм, примыкающих к линиям сопряжения элементов;

проверка прочности МЗП при растяжении

,

где b - размер пластины в направлении, перпендикулярном направлению усилия; R _р - расчетная несущая способность пластины на растяжение;

Проверка прочности МЗП при срезе

,

где l_ср - длина среза сечения пластины без учета перфорации; R _ср - расчетная несущая способность пластины на срез; Q - сдвигающее усилие в узле.

При совместном действии на пластину усилий среза и растяжения должно выполняться условие

К механическим связям относят гвоздевые (нагельные) пластины. Соединения выполняют с помощью стальных пластин прямоугольной формы толщиной 2...5 мм. В них вырезаны отверстия: центральное большого диаметра - для болта, воспринимающего суммарное усилие в узле, и ряд небольших отверстий - под гвозди, нагели или винты. Пластины крепятся нагелями к соответствующим элементам в заводских условиях, на строительной площадке конструкции собирают при помощи «центальных» болтов.

Склеивание древесины - наиболее прогрессивный способ соединения деревянных элементов. Наличие водо- и биостойких строительных клеев (на основе синтетических смол) открыло возможности для широкого использования клееных деревянных конструкций (КДК) в индустриальном строительстве.

Клеевые соединения используются:

• для увеличения продольной длины отдельных (элементов) слоев на зубчатом соединении - сращивания. Сращивание осуществляется:
• впритык - самый простой способ, хорошо работает на сжатие;
• «на ус» - для склеивания фанеры (длину усового соединения следует принимать не менее 10-кратной толщины стыкуемых элементов);
• на зуб - равнопрочны с основной древесиной при работе на сжатие и растяжение;
• для образования сплошного сечения (пакетов) путем сплачивания слоев по высоте и ширине сечения. При этом по ширине пакета швы склеиваемых кромок в соседних слоях следует сдвигать по отношению друг к другу. По длине пакета стыки в соседних слоях следует сдвигать не менее чем на 5-кратную толщину слоя, при этом в одном сечении пакета не допускается стыковать более 25 % слоев, кроме крайних слоев растянутой зоны изгибаемых элементов, где допускается совпадение не более двух слоев;
• для стыкования клееных пакетов, сопрягаемых под углом на зубчатый шип по всей высоте сечения. Величина внутреннего угла между осями сопрягаемых под углом элементов должна быть не менее 104 °.

Склеивание досок под углом не рекомендуется из-за большой разницы в усадочных деформациях древесины вдоль и поперек волокон.

Для производства КДК в настоящее время, используются доски и брусья хвойных пород влажностью не более 12 %. Толщину склеиваемых слоев в элементах принимают не более 33 мм, однако для прямолинейных элементов при выполнении в них продольных прорезей допускается толщина слоев до 42 мм. В клееных элементах из фанеры с древесиной применяют доски шириной до 100 мм при склеивании их с фанерой и менее 150 мм - в примыканиях элементов под углом 30...45 °. В качестве связующего используют в основном синтетические клеи. Для деревянных элементов, не защищенных от атмосферных воздействий и в сооружениях с изменяющимся температурно-влажностным режимом, применяют фенолформальдегидные, резорциновые, фенольно-резорциновые, алкилрезорциновые клеи. Клеи должны обеспечивать прочность клеевого шва не ниже прочности древесины на скалывание вдоль и на растяжение поперек волокон.

К достоинствам КДК относятся возможность компоновки крупноразмерных конструкций из мелкоразмерного сортамента, использование древесины низких сортов в менее напряженных зонах конструкций, отсутствие ослаблений врезками и врубками, надежная работа на сдвиг в швах, возможность автоматизации процессов изготовления конструкций в заводских условиях, незначительная металлоемкость, повышенная огнестойкость вследствие значительной массивности клееных элементов.

Недостатками считаются необходимость тщательного контроля изготовления в заводских условиях и сложность изготовления соединений на монтаже.

При расчете конструкций клеевые соединения следует рассматривать как неподатливые.