Нагельные и гвоздевые соединения

Для узловых и стыковых сопряжений элементов деревянных конструкций преимущественно применяют цилиндрические нагели. Сюда относятся штыри, болты, глухари, шурупы, гвозди. Характерным для них в сдвиговых соединениях является работа нагеля на изгиб. Если усилие на них передается деревянными элементами, то под нагелем древесина работает на смятие. Эти два вида работы соединения, г. е. изгиб нагеля и смятие древесины под нагелем, являются определяющими при подсчете несущей способности нагеля и всего соединения. Конечно, на участке между нагелями или от торца до первого ряда нагелей в древесине возникают скалывающие напряжения. Однако опасность скалывания древесины устраняется соответствующей (регламентируемой) расстановкой нагелей как вдоль, так и поперек деревянного элемента. На рис. 4.1 показана рекомендуемая [СНиП] расстановка стальных цилиндрических нагелей.

Расстояния между осями цилиндрических нагелей вдоль волокон S_{, поперек волокон S₂ и от кромки элемента S₃ следует принимать:

• — для стальных нагелей S_{ = 7d; S₂ = 3,5d; S₃ = 3,0d;
• — для алюминиевых и стеклопластиковых нагелей = 6d; S₂ = 3,5d; S₃ = 3,0r/.

При толщине пакета «Ь» меньше 10d допускается применять для стальных, алюминиевых и стеклопластиковых нагелей S_{ = 6d; S₂ = 3d; S₃ = 2M

Расстояния между осями шурупов следует принимать как для стальных цилиндрических нагелей.

Нагели располагаются в два или четыре продольных ряда.

Для гвоздевых соединений расстояния между осями гвоздей соответственно принимают:

— = 15d; S_{ = 15d при С > Ы;

S_{= 25d при С = Ad; для промежуточных С расстояние принимают по интерполяции. Расстояния S₂ = S₃ = Ad.

Диаметр гвоздей следует принимать не более 0,25 толщины прибиваемых элементов.

Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, независимо от их толщины расстояние S_{ следует принимать равным 15d.

При соблюдении регламентированной расстановки нагелей расчетную несущую способность цилиндрического нагеля на один условный срез (один шов сплачивания) в соединениях элементов из сосны и ели при направлении усилий, передаваемых нагелями вдоль волокон и гвоздями под любым углом, определяют по табл. 17 [СНиПП-25−80] или по табл. 15П (приложение).

Pwc. 4.7. Расстановка нагелей:

a — в соединениях деревянных элементов; б — в соединениях с металлическими накладками Расчетную несущую способность нагелей при направлении передаваемого нагелем усилия под углом, а к волокнам следует умножать:

• — на коэффициент К_а — при расчете на смятие древесины в нагельном гнезде;
• — величину при расчете нагеля на изгиб.

Значения коэффициента К_а приведены в приложении, табл. 1711.

В нагельных соединениях с металлическими накладками расчетную несущую способность нагеля или гвоздя из условия изгиба следует принимать по наибольшему значению.

Расчетную несущую способность гвоздя в крайнем пробиваемом элементе определяют, но расчетной длине защемленного конца гвоздя:

где /_гв — длина гвоздя; а_{ — суммарная толщина пробиваемых гвоздем элементов (кроме последнего); п_ш — количество швов в пакете; d_rB — диаметр гвоздя.

Если гвоздь, пробивая весь пакет, выходит наружу, то за расчетную толщину крайнего элемента принимают фактическую за минусом 1,5d_rB.

Полная расчетная несущая способность соединения на цилиндрических нагелях и гвоздях определяется по формуле.

где п — количество нагелей или гвоздей; т_ср — количество срезов (швов сплачивания); — минимальная несущая способность одного среза нагеля или гвоздя, подсчитанная исходя из условий смятия древесины и изгиба нагеля (гвоздя) с учетом рекомендаций, описанных в нодразд. 4.2.

Пример расчета № 1

Рассчитать прикрепление деревянного раскоса к нижнему поясу фермы с помощью гвоздей (вариант I) и металлических накладок на гвоздях и болтах (вариант II). Общий вид узла показан на рис. 4.2.

Вариант I. Для крепления раскоса принимаем гвозди диаметром 5 мм и длиной 120 мм. Размеры дощатых элементов приведены на рис. 4.2. Гвоздь длиной 120 мм пробивает два дощатых элемента, т. е. работает как односрезный.

Несущая способность односрезного гвоздя равна:

а) из условия смятия древесины крайнего и среднего элементов.

б) условия изгиба гвоздя:

но не более Т_и = АсР = 4 • 0,5² = 1 кН.

Рис. 4.2. Узел фермы, выполненный:

а — на гвоздях; 6 — с металлическими накладками За расчетную несущую способность среза гвоздя принимаем наименьшую величину:

Расчетная несущая способность гвоздя равна:

На раскос действует усилие N = 12 кН. Раскос состоит из двух дощатых элементов. Для крепления каждого из них потребуется количество гвоздей, равное:

Принимаем 7 гвоздей, располагаем их в три ряда с учетом рекомендуемых 11) шагов расстановки и реальных размеров соединяемых дощатых элементов. Расстановка гвоздей показана на рис. 4.2.

Вариант II. Для крепления металлических накладок к деревянному раскосу используем гвозди диаметром 5 мм и длиной 100 мм. В этом случае несущая способность одного среза гвоздя из условия его изгиба принимается по максимальной ее величине, т. е. подсчитывается по формуле.

Несущая способность односрезного гвоздя равна:

Для крепления пластин (2 шт.) к раскосу потребуется гвоздей:

Принимаем 6 гвоздей, располагая их в 2 ряда по три штуки.

Если металлические пластины крепить болтами d = 16 мм, то несущая способность двухсрезного болта (из условия его изгиба) равна:

Для прикрепления пластин к раскосу потребуется количество болтов:

Принимаем 2 болта.