Стропильная система – самый сложный и один из наиболее ответственных элементов дома, от правильности ее строительства во многом зависит комфортность и время эксплуатации строения. Расчет и проектирование стропильной системы должен делаться только опытными строителями или инженерами со специальной подготовкой.
Спроектировать деревянную стропильную систему намного сложнее, чем любые металлические конструкции. Почему? В природе не существует двух досок с абсолютно одинаковыми показателями прочности, на этот параметр влияет очень много факторов.
Металл имеет одинаковые свойства, которые зависят только от марки стали. Расчеты будут точными, ошибка минимальная. С деревом все намного сложнее. Для того чтобы минимизировать риски разрушения системы, нужно давать большой запас по прочности. Большинство решений принимается непосредственно строителями на месте после оценки состояния пиломатериалов и с учетом особенностей конструкции. Очень важен практический опыт.
Почему нужно сращивать стропила
Есть несколько причин, по которым требуется сращивать стропила.
- Длина крыши превышает стандартную длину пиломатериалов . Стандартная длина досок не превышает шести метров. Если скат имеет большие размеры, то доски придется удлинять.
- Во время строительства остается много хороших досок длиной 3–4 м . Чтобы понизить сметную стоимость здания и уменьшить количество непродуктивных отходов, для изготовления стропил можно использовать эти куски, предварительно срастив их.
Важно. Нужно помнить, что прочность сращенных стропил всегда ниже, чем целых. Нужно стараться, чтобы место сращивания располагалось как можно ближе к вертикальным упорам.
Способы сращивания
Существует несколько способов сращивания, однозначно лучшего или худшего нет. Мастера принимают решения с учетом своих навыков и конкретного места размещения стыка.
Таблица. Способы сращивания стропил.
| Метод сращивания | Краткое описание технологии |
|---|---|
| Применяется на досках толщиной не менее 35 мм. Довольно сложный метод, требует практического опыта выполнения плотницких работ. По прочности соединение самое слабое из всех существующих. Преимущество – экономия пиломатериалов. Практически на стройках применяется очень редко. |
| Длина стропильных ног увеличивается с помощью накладки. Накладка может быть деревянной или металлической. Если длина двух отрезков досок недостаточна по параметрам стропильной системы, то такой способ позволяет их увеличить. Соединение встык имеет самые высокие показатели прочности на изгиб, широко применяется во время строительства различных сооружений. |
| Внахлест. Две доски фиксируются с нахлестом. Самый простой метод, по прочности занимает среднее положение. Недостаток – общая длина двух досок должна быть больше проектной длины стропильной ноги. |
В этой статье мы рассмотрим два наиболее простых и надежных метода сращивания: встык и внахлест. Косой прируб трогать нет смысла, его почти не используют из-за большого количества недостатков.
Требования строительных норм и правил к сращиванию стропил
Неумелое сращивание стропил по длине может не только резко понизить их устойчивость к изгибающим нагрузкам, но и стать причиной полного разрушения конструкции. Последствия такой ситуации очень печальные. Строительные правила предусматривают определенные закономерности во время выбора размеров крепежа, мест его установки и длины накладок. Данные взяты с учетом многолетнего практического опыта.
Сращенные стропила будут намного прочнее, если для их соединения использовать не гвозди, а металлические шпильки. Инструкция поможет сделать самостоятельный расчет соединения. Достоинство метода – универсальность, с его помощью можно решать проблемы не только с удлинением стропил, но и с наращиванием иных элементов кровли. Специализированные компании выполнили черновые расчеты и собрали данные в таблицу, но в ней указываются только минимально допустимые параметры.
- Диаметр и длина шпилек
. В любых случаях диаметр шпилек должен быть ≥ 8 мм. Более тонкие не обладают достаточной прочностью, использовать их не рекомендуется. Почему? В металлических соединениях диаметр шпилек рассчитывается на усилия растяжения. Во время стягивания металлические поверхности настолько сильно прижимаются между собой, что удерживаются за счет силы трения. В деревянных конструкциях шпилька работает на изгиб. Отдельные доски нельзя стянуть с большим усилием, шайбы проваливаются в доску. Кроме того, во время изменения показателей относительной влажности доски изменяют толщину, за счет этого уменьшается усилие стягивания. Шпильки, работающие на изгиб, должны иметь большой размер. Конкретный диаметр шпильки нужно определять по формуле d ш = 0,25×S
, где S – толщина доски. К примеру, для доски толщиной 40 мм диаметр шпильки должен быть 10 мм. Хотя это все довольно относительно, нужно иметь в виду конкретные нагрузки, а они зависят от многих факторов.
- Длина нахлеста досок
. Этот параметр всегда должен быть в четыре раза больше ширины досок. Если ширина стропил 30 см, то длина нахлеста не может быть менее 1,2 м. Мы уже упоминали, что конкретное решение принимается мастером с учетом состояния пиломатериалов, угла наклона стропил, расстояния между ними, веса кровельных материалов и климатической зоны расположения здания. Все эти параметры оказывают большое влияние на устойчивость стропильной системы.
- Расстояние между отверстиями для шпилек
. Крепеж рекомендуется фиксировать на удалении не менее семи диаметров шпилек, от края доски расстояние должно быть не менее трех диаметров. Это минимальные показатели, на практике рекомендуется их увеличивать. Но все зависит от ширины доски. Нельзя за счет увеличения расстояния от края слишком уменьшать расстояние между рядами шпилек.
- Количество стягивающих шпилек . Есть довольно сложные формулы, но на практике ими не пользуются. Мастера устанавливают два ряда шпилек с учетом расстояния между ними, отверстия располагаются в шахматном порядке.
Практический совет. Для увеличения прочности сращиваемой стропилины на изгиб отверстия шпилек не должны располагаться на одной линии, нужно смещать их не менее чем на один диаметр.
Сращивание встык досками
Работы намного удобнее делать на земле, подготовьте ровную площадку. На землю подложите бруски – стропилины придется подрезать, нужен просвет для дисковой пилы. Перед сращиванием точно узнайте длину стропилин. Замерять ее нужно на строении, используйте любые тонкие длинные доски, веревку или строительную рулетку. Если появится ошибка в несколько сантиметров – не проблема. Во время соединения стропильных ног на крыше эта ошибка без проблем устраняется.
Шаг 1. Положите одну доску на бруски, ровно под прямым углом отрежьте торец. Отрезать лучше ручной электрической циркульной пилой.
Важно. Соблюдайте правила техники безопасности, это высокооборотный и очень травмоопасный инструмент. Никогда не демонтируйте заводские средства защиты дисковой пилы, не отключайте электрические реле перегрузки.
Доски для стропил довольно тяжелые, во время отрезания придайте им такое положение, чтобы они не зажимали полотно пилы или преждевременно не разламывались во время дорезания. Таким же способом подготовьте и вторую доску. Обращайте внимание, чтобы срез был только под прямым углом. Торцы сращиваемых досок должны плотно прилегать друг к другу по всей поверхности, это нужно для увеличения прочности сращенной стропилины. Дело в том, что даже при ослаблении соединения шпилек торцы во время изгиба будут упираться друг в друга по всей длине среза и держать нагрузку . Шпильки и накладные доски будут удерживать конструкцию лишь от расползания по длине.
Шаг 2. Установите рядом две подготовленные доски для стропилины. Заготовьте доску для накладки. Мы уже упоминали, что ее длина должна быть примерно в четыре раза больше ширины доски. Если скаты крыши имеют небольшой уклон, расстояние между стропилами большое, а крыша будет утепляться минеральной ватой, то нагрузки на изгиб значительно возрастают. Соответственно, длину доски для сращивания надо увеличивать.
Шаг 3. Положите накладку на две рядом лежащие доски для сращивания. Довольно часто толщина и ширина досок даже из одной партии отличаются на несколько миллиметров. Если у вас такой случай, то ровняйте доски с той стороны, к которой будет прибиваться обрешетка.
Практический совет. Наука о сопротивлении материалов говорит, что чем тоньше материал, тем больше его сопротивление на изгиб по тонкой плоскости. Это значит что, к примеру, пять рядом поставленных досок на ребро толщиной 1 см каждая выдерживают значительно большую нагрузку, чем одна доска толщиной 5 см. Вывод – для сращивания совсем необязательно резать толстые дорогостоящие материалы, можно использовать несколько тонких отрезков нужной длины. Таких кусков на любой стройке достаточно.
Шаг 4. В шахматном порядке и на нормируемых расстояниях просверлите отверстия под шпильки. Для того чтобы во время высверливания отверстий отдельные элементы не смещались, нужно их временно между собой закрепить. Используйте в этих целях длинные и тонкие саморезы, сколачивать гвоздями не рекомендуется. Они разрезают или разрывают волокна древесины, прочность доски немного уменьшается. Саморезы не режут волокна, а раздвигают их в стороны, после выкручивания доски почти полностью восстанавливают свои первоначальные характеристики прочности.
Шаг 5. Высверлите отверстия, не располагайте их на одной линии, а то доски могут треснуть во время эксплуатации.
Можно встретить рекомендации после высверливания отверстий разъединять доски и укладывать между ними джут для исключения появления мостиков холода. Это не только напрасный труд, но и вредный. Почему? Во-первых, никакие мостики холода в местах сращивания не возникают, наоборот, они имеют самую большую толщину и, соответственно, самую низкую теплопроводность. Но даже если они появятся, то никаких негативных последствий не будет, это стропильная система крыши, а не комнатное окно или дверь. Во-вторых, джут уменьшает усилие трения между элементами сращивания, а это очень негативно сказывается на их прочности. В-третьих, если на материал попадает конденсат, что весьма вероятно, то удаляться из него влага будет очень долго. К каким последствиям приводит длительный контакт деревянных конструкций с влагой рассказывать нет необходимости.
Шаг 6. Вставьте в подготовленные отверстия шпильки, оденьте с двух сторон шайбы и прочно стяните гайками. Рекомендуется стягивать до тех пор, пока шайбы не вдавятся в дерево. Лишнюю длину шпилек можно отрезать круглошлифовальной машинкой с диском по металлу.
Аналогичным образом сращиваются все остальные стропилины.
Сращивание внахлест
Это соединение делать проще, но при одном условии – позволяет суммарная длина двух досок, она должна быть больше длины стропильной ноги на величину нахлеста.
Если у вас пиломатериалы низкого качества, то перед началом работ рекомендуется их разложить на ровной поверхности и сделать ревизию. Для длинных участков сращенных стропил выбирать ровные, а для отрезков использовать кривые. Хотя для стропильной системы настоятельно рекомендуется покупать только качественные материалы, это не тот архитектурный элемент здания, на котором можно экономить.
Шаг 1. Выберите доски и положите их на возвышенность из брусьев. Если есть желание, то можно выровнять торцы при помощи циркулярной пилы, нет желания – не ровняйте. Состояние торцов никак не влияет на прочность сращивания внахлест.
Шаг 2. Положите доски друг на друга, подгоните длину стыка и общий размер стропилины.
Практический совет. Доски должны лежать друг на друге строго параллельно. В связи с тем, что верхняя приподнимается над нижней на толщину материала, под ней и брусками следует класть подставки из отрезков. Толщина отрезков должна равняться толщине нижней доски.
Шаг 3. Выровняйте доски по одной из граней и саморезами временно скрепите их. Высверлите отверстия, ставьте шпильки, шайбы и затяните гайки.
Сращивание встык фанерой
Один из способов сращивания стропилин, помогает экономить доски и рационально использовать отходы различных пиломатериалов. В данном случае применяются обрезки листовой фанеры толщиной один сантиметр.
Шаг 1. Ровно уложите доски стропилины на площадке, сомкните торцы, обратите внимание на параллельность боковых граней. Доски должны быть предельно одинаковыми по толщине, торцы обрезаны ровно под прямым углом.
Шаг 2. Кисточкой обильно намажьте поверхность клеем ПВА.
Шаг 3. Уложите подготовленный кусок фанеры на место сращивания, прочно прижмите его струбцинами. Во время фиксации следите, чтобы фанера не сдвинулась со своего первоначального места.
Шаг 4. Длинными прочными саморезами в шахматном порядке прикрутите фанеру к доскам. Длина саморезов должна быть на 1–2 короче общей толщины досок и фанеры, их концы не могут выходить с обратной стороны. Под саморезы обязательно подкладывайте шайбы большого диаметра. Перед закручиванием саморезов просверлите в стропилине отверстия. Их диаметр должен быть на 2–3 мм меньше диаметра резьбовой части метиза.
Шаг 5. Переверните доску обратной стороной вверх, подложите под концы подставки, они не должны висеть в воздухе. Аккуратно по очереди снимите все установленные струбцины.
Шаг 6. Намажьте поверхности клеем и положите на них вторую заготовку из фанеры. Опять зажмите ее струбцинами.
Шаг 7. С большим усилием закрутите саморезы.
Важно. Во время закручивания саморезов обращайте внимание, чтобы они не располагались друг против друга. Смещение должно быть не менее трех сантиметров.
Шаг 8. Снимите струбцины. Для усиления узла сращивания стяните его сквозными шпильками. Размещать их следует таким же образом, как и при обыкновенном сращивании встык.
Практический совет. Отверстия под шпильки должны быть на 0,5–1,0 мм меньше диаметра шпильки. Бывают случаи, что точно подобрать диаметр сверла по дереву невозможно. Тогда рекомендуется использовать сверло немного меньшего диаметра, пусть шпилька заходит с достаточно большим усилием.
Во время ее забивания от сильных ударов молотка первые несколько витков резьбы сминаются, что очень усложняет накручивание гайки. Чтобы избежать проблем, перед забиванием шпильки наживите гайки, теперь пусть резьба на торце заминается, она больше не нужна. Перед установкой стропилины на место проверьте, высох ли клей. При хорошей погоде для его полного застывания нужно примерно 24 часа.
Последний штрих — нанесение клея
Важно. Если во время сращивания стропил по длине досками гайки закручивались до тех пор, пока шайба не утапливалась в древесины, то с фанерой так поступать нельзя. Внимательно контролируйте силу прижатия, не допускайте повреждения шпона фанеры.
Как правильно забивать гвозди в стропилину при сращивании
Не всегда есть возможность и необходимость сращивать отдельные элементы стропил с помощью шпилек, иногда это проще сделать обыкновенными гладкими гвоздями. Но нужно уметь их правильно забивать, в противном случае со временем усилие сжатия досок значительно уменьшится. Длина гвоздя должна на 2,5–3 см превышать толщину стропилины в месте соединения.
Как правильно вколачивать гвозди для соединения нагруженных или ответственных деревянных конструкций?
Шаг 1. Под небольшим углом вбейте гвоздь в доски, но не до конца. Нужно, чтобы острие выступило с обратной стороны примерно на один сантиметр.
Шаг 2. С обратной стороны стропилины согните молотком гвоздь под прямым углом.
Шаг 3. Забейте гвоздь еще примерно на один сантиметр. Опять согните конец, угол сгиба уже должен быть намного меньше 90°. Чем больше вы его согнете, тем надежнее будет окончательная фиксация.
Шаг 4. Теперь можно вбивать шляпку гвоздя до самого конца. С обратной стороны сгибайте выступающую часть до тех пор, пока острый конец полностью не войдет в доску. Помните, что место выхода тела гвоздя и место забивания его острия не должны лежать на одной линии.
Такая технология полностью исключает самостоятельное ослабление силы прижатия.
Уже упоминалось, что прочность стропилины на изгиб в месте сращивания всегда меньше, чем у целого элемента. По возможности старайтесь располагать этот узел как можно ближе к коньку, мауэрлату или различным распоркам . Такие предосторожности минимизируют риски механического разрушения стропильной ноги. Если такая возможность по тем или иным причинам отсутствует, то не рекомендуется размещать место упора под сращиванием на расстоянии больше 15% длины ноги от любого конца.
Никогда не используйте для соединения черные саморезы . Этот металл имеет два существенных недостатка. Первый – он быстро окисляется и теряет первоначальную прочность. Второй – технология изготовления таких саморезов предполагает закаливание. Каленые саморезы при превышении допустимой нагрузки не вытягиваются, а лопаются. Во время эксплуатации кровли относительная влажность деревянных конструкций меняется, соответственно, колеблется и толщина досок. А это может существенно увеличивать усилие растягивания самореза, он не выдержит и треснет.
Не переусердствуйте с количеством метизов . Если их слишком много, то отверстия значительно уменьшат прочность соединяемых деталей, в результате вы получите обратный эффект, наращивание не усилится, а ослабнет.
Видео – Сращивание стропил по длине
В любом столярном изделии или мебели важнейшим узлом являются угловые соединения. Именно они обеспечивают качество и долговечность деревянных изделий. По сравнению с креплением на шкант, классический способ - шиповое соединение на клей обладает большей долговечностью и жесткостью. Такие соединения применяют в тех случаях, когда в собираемой раме должен быть паз или фальц для вставки филенки или стекла.
На практике они представлены несколькими вариантами: два паза и вставляемый в них шип, одностороннее или двухстороннее соединение на “ус” и с двойным шипом. Но наиболее простым вариантом для домашнего мастера остается использование вставляемого (“чужого”) шипа. Такое соединение ничто иное, как пазогребневое соединение.
Качество соединения полностью зависит от точного соответствия паза и шипа, что достигается лишь выбором измерительного инструмента и хорошо наточенной пилой и долотом.
При угловом соединении с одним шипом толщину бруска разделяют на три равных части (на бруске менее 25 мм шип должен быть несколько толще щеки паза).
При разметке сначала переносят ширину рамы на внутренний край противолежащей детали. Риски наносятся с помощью угольника шилом. Поскольку древесина вокруг шипа выбирается, то его разметку делают с любой стороны. Для паза разметка делается только по его узкой стороне. Затем детали помечают. В вертикальных элементах рам принято делать пазы, а в горизонтальных - шипы. Пазы размечают рейсмусом. Шиповой лучковой пилой запиливают по отпадающей части (для паза до основания, для шипа - до уступа). Затем выдалбливают долотом паз. Для этого запиленную деталь крепят на верстаке. Долото ставят срезом заточки к отделяемой части и легкими ударами вбивают киянкой точно в метку. Сначала выдалбливают клинообразное отверстие. Отделяемую часть древесины оставляют на месте, чтобы при работе с обратной стороны был упор. Шип вырезают под прямым углом с помощью усорезной пилы.
|
Ширину рамы переносят на противоположную деталь, выдерживая перпендикулярность. Добавляют 2-3 мм на ширину пропила. |
Размечают паз и шип с помощью рейсмуса. Это наиболее простой и точный способ разметки. |
Пилят всегда со стороны отделяемой части по середине разметки. Шиповая лучковая пила предназначена именно для таких работ. |
|
Вспомогательный шаблон-упор, сделанный самостоятельно, поможет делать точные пропилы и на циркулярной пиле. При этом соблюдайте безопасность. |
Пазы выдалбливают долотом. Для этого детали соединения стягивают струбциной или фиксируют на верстаке. По долоту слабо бьют киянкой. |
Усорезная пила с фиксируемой регулировкой угла позволит точно проложить шип. Эту работу можно сделать и на циркульной пиле. |
Особые варианты угловых соединений
Особые формы пазов и шипов - двойной шип и пазы на “ус”. Двойные шипы используются в изделиях, подверженных большим нагрузкам, и толстых рамах. Если рамная конструкция в конце будет профилирована, то делают соединение на “ус”. Существуют односторонние и двусторонние пазы на “ус”, (из-за недостаточной площади контактных поверхностей они менее прочны).
Паз должен располагаться в средней трети толщины детали. Выборку вокруг шипа делают меньше глубины паза, иначе в соединении будет щель. После сборки отпиливают оставшиеся щечки паза по всей длине. Возможен и обратный вариант.
Фальц на раме должен быть согласован с разделением на три части. Это сэкономит время доработки на шипе. Ширина фальца должна быть учтена при разметке, иначе при фрезеровании и здесь возникнут щели.
После шлифовки внутренних и внешних поверхностей паза и шипа раму склеивают. При этом необходимо сжать угловое соединение в двух плоскостях через прокладки. Торцы паза и шипа должны быть открыты для контроля и подгонки при сборке. Выступающий клей удаляют. При склеивании контролируют прямой угол рамы.
После высыхания клея струбцины снимают и сошлифовывают выступающие части шипа или щек паза от флангов под уровень с внешней стороной изделия.
 |
Шиповое соединение на «ус»: одностороннее и двустороннее. Выбор определяют конструкционные требования к изделию или его внешний вид. |
 |
Двойной шип делают для особо нагруженных углов и толстых рам. При этом толщину бруска делят на пять равных частей. |
 |
При выборке продольного паза в деталях рамы шип не затрагивают. Иначе при склеивании узла в его торце возникнет отверстие. |
 |
Фальц еще при разметке должен иметь соответствующую прибавку, иначе получатся щели. Глубина определяется делением на три части. |
 |
Шипы и щечки пазов выступают на прибавку. При их сжатии потребуются прокладки. После этого прибавку отпиливают. |
Дерево широко используется в различных областях хозяйственно-бытовой деятельности человека. Особенно широко деревянные конструкции применяются при строительстве. Однако любые деревянные конструкции состоят из отдельных деталей, которые необходимо тем или иным способом соединить воедино.
Существует несколько видов соединений. Но нужно усвоить одно правило: прежде, чем приступать к работе, нужно тщательно разметить будущие запилы и всегда следовать разметке. В конечном изделии детали должны прилегать точно и плотно.
Способы соединения досок и брусков небольшой длины: 1 — «впритык» (встык); 2 — «в паз и гребень»; 3 — «на ус»; 4, 6 — «зубчатое» клеевое; 5 — «вполдерева»; 7 — «на рейку»; 8 — «прямым замком» накладным; 9 — «косым замком» накладным; 10 — «прямым» и «косым» натяжными замками.
Наиболее простым и сравнительно непрочным является соединение «впритык». Для этого соединения концы скрепляемых деталей делают четко прямоугольными, а торцы обрабатывают рубанком.
Соединение «в ус» похоже на соединение «впритык», но здесь концы деталей скашивают под углом в 45о. Для точной разметки применяют приспособление называемое ярунок. Такое соединение укрепляют фанерной накладкой или металлическим угольником. Усиливают соединение «в ус» креплением с внутренней стороны квадратного или треугольного бруса.
К более прочным соединениям относят соединения «в накладку» путем выполнения спилов. Если соединяемые детали одинаковой толщины, то спилы производят на обеих деталях на половину их толщины. В случае, когда одна деталь толще другой, то спил производят только в более толстой детали. Для усиления прочности детали склеивают и дополнительно скрепляют деревянными нагелями либо шурупами.
При необходимости получить Т-образное соединение применяют накладку «вполдерева». В этом случае обрезают обе детали, если они одинаковой толщины, или спиливают более толстую деталь при различной толщине скрепляемых элементов.
Самым прочными соединениями дошедшими до нынешнего времени из глубокой древности остаются соединения сквозными шипами, на двух вставных круглых шипах и способом срединной вязки одинарным шипом. Детали, соединенные прямым сквозным шипом дополнительно крепят нагелями и склеивают. Чтобы выполнить соединение на двух круглых вставных шипах, применяют шаблонную накладку из фанеры или плотного картона для точного сверления отверстий под шипы. Срединная вязка одинарным шипом бывает глухой, если нужно скрыть конец шипа на лицевой стороне, и сквозной, которая гораздо прочнее глухой.
Для ящичных соединений применяют шиповые соединения с прямыми и косыми («ласточкин хвост») шипами. Несмотря на более высокую трудоемкость, соединение косыми шипами более прочное и надежное.
Для надежности все соединения могут быть укреплены нагелями, склеиванием, гвоздями, шурупами, болтами и комбинацией этих приемов упрочнения стыковок.
Нагеля изготавливают в виде деревянного стержня со слегка заостренными концами из твердых пород древесины. Если изделие впоследствии будет покрываться красками или лакироваться, то наружный конец нагеля утапливают и зашпаклевывают либо сверлят глухое отверстие под нагель.
Перед склеиванием детали тщательно высушивают, поверхность очищают от грязи, жировых и масляных пятен, пыли и рашпилем придают шероховатость для лучшего сцепления. Причем детали из твердых пород дерева клеят более жидким составом, а мягкое дерево – более густым потому, что оно гораздо лучше впитывает влагу. Склеиваемые поверхности необходимо тщательно промазать клеем, что значительно повысить прочность соединения. Слой клея не должен быть слишком толстым или слишком тонким. Это значительно ухудшит качество соединения. Клей наносится равномерным, плотным, без разрывов слоем. Для надежного склеивания изделие нужно выдержать не менее суток, прежде чем подвергать дальнейшей обработке.
Для склеивания применяют столярный либо казеиновый клей. Столярный клей не водостойкий и при повышенной влажности готовые изделия могут расклеиться. Поэтому рекомендуется применять казеиновый клей, лишенный этого недостатка. К тому же казеиновый клей несколько дешевле, а по прочности склеивания немного превосходит столярный.
Для достижения особой прочности стыки деревянных конструкций укрепляют гвоздями, шурупами и болтами. Длину гвоздя или шурупа подбирают на 3 – 5 мм короче общей толщины соединяемых деталей, а при соединении деталей различной толщины длина крепежных метизов должна быть в 2 – 4 раза больше толщины самой тонкой детали.
Следует учитывать, что шурупы и гвозди, ввинченные или забитые поперек волокон, лучше держат детали.
Часть болта, которая выходит за пределы соединяемых деталей, должна быть чуть больше толщины гайки. Под головки болтов подкладывают шайбы, чтобы предохранить древесину от смятия. Шлицы головок шурупов располагают параллельно древесным волокнам. Шлицы всех шурупов желательно расположить на одной прямой или параллельно друг другу. Перед ввинчиванием тонких шурупов или вбиванием тонких гвоздей рекомендуется сделать сигнальные отверстия с меньшим диаметром.
Наиболее прочными считаются соединения шурупами. Нужно быть внимательным, чтобы не допустить раскола дерева. С этой целью не следует вбивать и ввинчивать шурупы и гвозди близко к кромке и друг к другу.
Соединения деревянных элементов имеют задачу связать сопрягаемые строительные материалы, например обрезные брусья, так, чтобы они не смещались относительно друг друга. По положению и направлению соединяемых деревянных элементов различают продольные соединения и угловые соединения, а также соединения на ответвлениях и перекрестях. Пространственные соединительные элементы из стального листа и накладки из стального листа с просверленными заранее отверстиями часто заменяют плотницкие соединения.
Соединения, которые должны передавать усилия определенной величины и направления, например усилия сжатия, называют также стыками соединяемых деревянных элементов как стержней, например сжатых стержней. Сжатые стержни, соединяемые под острым углом, могут соединяться на врубках. Другие соединения деревянных конструкций устраиваются за счет стыков деревянных элементов с помощью соединительных средств.
По виду соединительных средств такие соединения называются гвоздевыми или болтовыми, дюбельными или нагельными соединениями. В строительстве из дерева применяют также клееные строительные конструкции. Так как они имеют особенные преимущества, применение клееных деревянных конструкций имеет все увеличивающееся значение.
Продольные соединения
Различают продольные соединения на опорах и продольные соединения в пролете. Над опорами применяют перпендикулярные цапфы, стык «в лапу» и частично цапфовый стык «в лапу» (рис. 1). Для усиления этих стыков сверху или сбоку могут вбиваться строительные скобы из плоской или круглой стали. Часто деревянные элементы стыкуются в лоб и закрепляются только строительными скобами. Если, однако, в стыке действуют большие растягивающие усилия, например у прогонов на стропилах крыши, то оба элемента в лоб стыкуются на опоре и связываются боковыми накладками из досок или дырчатыми полосками защищенной от коррозии стали.
Рис. 1. Продольные соединения
Прогоны могут быть также выполнены в виде консольно-подвесных (прогоны Гербера) или шарнирных прогонов . У них стык находится в месте, определенном расчетом, недалеко от опоры, в которых изгибающие моменты равны нулю и где нет изгибающих усилий (рис. 2). Там прогоны соединяют прямой или косой накладкой. Входящий прогон удерживается шурупным болтом, который называют также шарнирным болтом. Шарнирный болт с подкладочными шайбами должен воспринимать нагрузку от подвешенного прогона.
Рис. 2. Продольные соединения прогонов Гербера
Прогоны Гербера с лежащим сверху стыком нецелесообразны, так как имеется опасность, что прогоны на краю стыка оторвутся. При подвешенном стыке, напортив, опасность отрыва отсутствует.
Для соединения прогонов Гербера применяют также пространственные элементы из стального листа, которые называют также соединительными элементами Гербера. Они прикрепляются гвоздями по лобовым стыкуемым концам прогонов (см. рис. 2).
Угловые соединения
Угловые соединения необходимы, когда два бревна или бруса в углу стыкуются под прямым или приблизительно под прямым углом в одной плоскости. Наиболее часто применяемыми видами стыков являются вырезные цапфы, гладкая угловая лапа и сжатая лапа (рис. 3). С помощью вырезных цапф и гладких угловых лап соединяются лежащие на опорах или выступающие консольно концы порогов, прогонов и стропильных ног. Для закрепления соединений могут применяться гвозди или шурупные болты. Сжатая лапа имеет косо входящие друг в друга плоскости. Она особенно подходит для соединения нагруженных, полностью лежащих на опоре порогов.
Рис. 3. Угловые соединения
Ответвления
При ответвлении подходящий под прямым или под косым углом брус в большинстве случаев поверхностно стыкуется с другим брусом. В обычных случаях применяют стык на цапфах, а во второстепенных конструкциях также и соединение «в лапу». Кроме того, балки из бруса могут стыковаться с помощью металлических соединительных пространственных элементов. В цапфовых соединениях толщина цапфы составляет примерно одну треть толщины бруса. Цапфы имеют длину в большинстве случаев от 4 до 5 см. Паз для цапфы делается на 1 см глубже, чтобы сила сжатия передавалась не через сечение цапфы, а через большую площадь оставшегося сечения брусьев.
При устройстве цапф различают нормальные цапфы, проходящие через всю ширину бруса, и оттопыренные (пеньковые) цапфы , которые применяют при соединениях на концах брусьев (рис. 4). Если брусья в соединении подходят друг к другу не под прямым углом, например у угловых подкосов, то цапфа у подкоса должна быть выполнена под прямым углом к горизонтальному (или вертикальному) элементу конструкции (см. рис. 4).
Рис. 4. Соединения с помощью цапф
При устройстве цапф в деревянных балках и прогонах цапфа должна нести всю нагрузку. Более выгодно такие соединения осуществлять с применением балочных башмаков из защищенной от коррозии стали (рис. 9). Эти башмаки закрепляются с помощью специальных гвоздей таким образом, чтобы предотвратить их подкашивание и поворот относительно места стыковки. Кроме того, поперечное сечение балки не ослабляется отверстиями для цапф.
Перекрестные соединения
Деревянные брусья могут пересекаться в одной плоскости или со смещенными плоскостями и быть накладными или опорными. Пересекающиеся в одной плоскости брусья могут пересекаться «В ЛАПУ», если ослабление сечения не играет никакой роли (рис. 5). Пересекающиеся накладные пороги на опорных балках желательно связать круглыми шпонками (штифтами) из твердого дерева или из стали длиной от 10 до 12 см (рис. 6).
Рис. 5. Соединение «в лапу»
Рис. 6. Соединение с помощью круглых шпонок (штифтов)
Стыкующиеся сбоку брусья получают хорошую опору на столбе, если их соединение выполнено «В ПАЗ» (рис. 7). Для этого плоскости пересечения обоих элементов вырезаются на глубину от 1,5 до 2,0 см. При этом получается несдвигаемое соединение, которое закрепляется с помощью шурупного болта.
Рис. 7. Соединение «в паз»
При стыковании наклонных и горизонтальных брусьев, как это обычно имеет место при стыковании стропильных ног с прогонами - порогами, в стропильной ноге делается вырез, соответствующий уклону, который называется врезкой (рис. 8).
Рис. 8. Врезка стропильной ноги
Глубина врезки в стропильных ногах при нормальной высоте сечения от 16 до 20 см составляет от 2,5 до 3,5 см. Для крепления служит один гвоздь, проникающий в порог на длину не менее 12 см, или специальный анкер для крепления стропил к прогонам.
Рис. 9. Соединение с помощью стального башмака
Врубки
При врубках входящий под острым углом сжатый стержень связывается с другим брусом с помощью одной или нескольких передающих усилие плоскостей на его лобовой стороне. По количеству и положению передающих усилие плоскостей различают лобовую врубку, врубку с зубом и двойную лобовую врубку с зубом.
При лобовой врубке (называемой также лобовым упором) принимающий брус имеет клиновидный вырез, соответствующий по форме концу сжатого стержня (рис. 10). Лобовая плоскость должна проходить под углом, делящим тупой внешний угол врубки пополам. То же направление должен иметь и скрепляющий болт, гарантирующий стык от бокового смещения. Для разметки врубки проводят параллели на одинаковом расстоянии от сторон угла, который надо делить пополам. Соединительная линия между точкой их пересечения и вершиной тупого угла будет биссектрисой этого угла (см. рис. 10). Положение скрепляющего болта получается, если расстояние между биссектрисой и концом врубки разделить на три части параллельно биссектрисе (см. рис. 10).
Рис. 10. Лобовая врубка
Под действием сжимающей силы лежащая перед лобовой частью сжатого стержня древесина работает на срез (см. рис. 10). Так как допустимое напряжение на срез древесины вдоль волокон сравнительно невелико (0,9 МН/м 2), то плоскость древесины перед гранью среза (плоскость среза) должна быть достаточно большой. Так как, кроме того, следует принимать в расчет трещинообразование за счет усушки, то за редким исключением длина плоскости среза не должна быть меньше 20 см.
При обратной или зубчатой врубке плоскость врубки обрезается под прямым углом к нижней стороне сжатого стержня (рис. 11). Вследствие того, что из-за внецентренного соединения в зубчатой врубке может возникнуть опасность раскалывания сжатого стержня, необходимо, чтобы свободный конец врубки плотно не прилегал к опорному стержню и между ними был бы предусмотрен шов.
Рис. 11. Зубчатая врубка
Двойная врубка состоит, как правило, из лобовой врубки в сочетании с зубчатой врубкой (рис. 12). Направление плоскостей врубки аналогично тому, как это принято для каждой из врубок этого сочетания. Однако зубчатая врубка в этом случае должна быть глубже не менее чем на 1 см, для того чтобы ее плоскость среза находилась ниже плоскости среза лобовой врубки. Скрепляющий болт должен проходить параллельно лобовой части врубки примерно посередине между биссектрисой и вершиной острого угла соединения.
Рис. 12. Двойная врубка
Глубина врубки t v ограничивается по DIN 1052. Определяющими для этого являются угол примыкания (а) и высота h вырезаемого стержня (табл. 1).
Штифтовые и болтовые соединения
В случае штифтовых и болтовых соединений деревянные брусья или доски, соприкасающиеся боковыми сторонами, соединяются цилиндрическими соединительными элементами, такими, как стержневые дюбели, болты с утопленными головками и гайками, обыкновенные болты с гайками. Эти стержневые дюбели и болты должны препятствовать тому, чтобы деревянные элементы сдвигались в плоскости соединения, которая называется также плоскостью среза. При этом действуют силы перпендикулярно к оси стержневого дюбеля или болта. Дюбели и болты при этом работают на изгиб. В соединяемых деревянных элементах все усилия сосредоточиваются на внутренней поверхности отверстий для дюбелей или болтов.
Количество устанавливаемых в месте соединения стержневых дюбелей и болтов зависит от величины передаваемого усилия. При этом, как правило, должно устанавливаться не менее двух таких элементов (рис. 13).
Рис. 13. Соединение с помощью стержневых дюбелей
В одном соединении многие плоскости среза могут быть расположены рядом друг с другом. По числу плоскостей среза, которые связаны одинаковыми соединительными элементами, различают односрезные, двухсрезные и многосрезные дюбельные и болтовые соединения (рис. 14). Согласно DIN 1052 односрезные несущие соединения с помощью стержневых дюбелей должны иметь не менее четырех стержневых дюбелей.
Рис. 14. Болтовые соединения
Для болтовых соединений применяют в основном болты с гайками из стали с нормируемым диаметром 12, 16, 20 и 24 мм. Для того чтобы головка и гайка болта не могли врезаться в дерево, под них следует подкладывать прочные стальные шайбы. Минимальные размеры этих шайб приводятся для различных диаметров болтов в DIN 1052 (табл. 2).
Чтобы предотвратить расщепление соединяемых деревянных элементов стержневыми дюбелями и болтами, эти соединительные средства должны иметь установленные минимальные расстояния между собой, а также от нагруженного и ненагруженного концов. Минимальные расстояния зависят от направления силы, от направления волокон древесины и от диаметра стержневого дюбеля или болта db и do (рис. 15 и 16). Для несущих болтов с гайками следует выдерживать большие расстояния между собой и от нагруженного конца, чем в случае стержневых дюбелей и болтов со спрятанными головками. Зато близко расположенные друг к другу в направлении волокон древесины стержневые дюбели или болты со спрятанными головками должны быть расположены в разбежку относительно линии среза, чтобы соединения не растрескивались (см. рис. 15).
Рис. 15. Минимальные расстояния в случае стержневых дюбелей и болтов со скрытой головкой
Рис. 16. Минимальные расстояния в случае несущих болтов
Отверстия для штифтов и болтов предварительно высверливаются перпендикулярно к плоскости среза. Для этого применяют электрические сверла со станиной с параллельным перемещением. Для штифтов при высверливании отверстий в дереве, а также при одновременном высверливании отверстий в дереве и металлических соединительных элементах диаметр отверстия должен соответствовать диаметру штифта.
Также и отверстия для болтов должны хорошо подходить к диаметру болтов. Нельзя увеличивать диаметр отверстия по сравнению с диаметром болта более чем на 1 мм. При болтовых соединениях плохо, когда болт свободно сидит в отверстии. Также плохо, если за счет усушки древесины зажим болта в отверстии постепенно ослабевает. При этом в плоскости среза возникает люфт, который приводит к еще большему давлению стержня болта на граничные плоскости стенок отверстий (рис. 17). Вследствие связанной с этим податливостью болтовые соединения не могут применяться неограниченно. Для простых построек, таких, как сараи и навесы, а также леса, их, однако, можно применять. Во всяком случае в готовом сооружении болты должны подтягиваться многократно в течение эксплуатации.
Рис. 17. Люфт при болтовом соединении
Дюбельные соединения
Дюбели - это крепежные элементы из твердого дерева или из металла, которые применяются вместе с болтами для соединения гладко-стыкуемых деревянных элементов (рис. 18). Их располагают таким образом, чтобы они равномерно действовали на поверхности соединяемых элементов. При этом передача усилий осуществляется только через дюбели, тогда как болты обеспечивают зажимающее действие в соединении, чтобы дюбели не могли опрокинуться. Рейки из плоской или профильной стали присоединяются к деревянным элементам также с помощью дюбелей. Для этого применяют односторонние дюбели или плоские стальные дюбели. Дюбели бывают различных форм и видов.
Рис. 18. Соединение деревянных элементов с помошью дюбелей и болтов
При устройстве дюбельных соединений с запрессованными дюбелями сначала в соединяемых элементах высверливаются отверстия для болтов. После этого деревянные элементы снова разделяются, и вырезается, если необходимо, паз для основной пластины. В зависимости от технологии строительства дюбель полностью или частично загоняется в паз одного из соединяемых элементов с помощью киянки. Для окончательного зажима точно выверенного по оси соединения применяют особые зажимные болты с большой шайбой. Соединения с многими или с большими запрессованными дюбелями зажимаются с помощью гидравлического пресса. При соединениях с большим числом дюбелей, как это бывает при устройстве угловых соединений в рамах из клееных дощатых элементов, более предпочтительно использовать круглые вставные дюбели, так как при запрессованных дюбелях давление запрессовки может оказаться слишком большим (рис. 19).
Рис. 19. Дюбельное соединение в углу рамы
Каждому дюбелю, как правило, должен соответствовать один болт с гайкой , диаметр которого зависит от величины дюбеля (табл. 3). Величина подкладочной шайбы такая же, как и при болтовых соединениях. В зависимости от величины действующей на соединение силы могут применяться большие или меньшие дюбели. Самыми употребительными являются диаметры от 50 до 165 мм. На чертежах величина дюбелей обозначается символами (табл. 4).
| Таблица 3. Минимальные размеры в дюбельных соединениях | ||
| Наружный диаметр d d в мм | Диаметр болта d b в мм | Расстояние между дюбелями/расстояние от дюбеля до конца элемента, е db ,в мм |
| 50 | М12 | 120 |
| 65 | М16 | 140 |
| 85 | М20 | 170 |
| 95 | М24 | 200 |
| 115 | М24 | 230 |
| Значения справедливы для семейства круглых запрессных дюбелей типа D. | ||
| Таблица 4. Чертежные символы для дюбелей особого вида | |
| Символ | Размер дюбеля |
 |
от 40 до 55 мм |
 |
от 56 до 70 мм |
 |
от 71 до 85 мм |
 |
от 86 до 100 мм |
 |
Номинальные размеры > 100 мм |
При расстановка дюбелей следует придерживаться определенных расстояний дюбелей между собой и от краев деревянных элементов. Эти минимальные расстояния согласно DIN 1052 зависят от вида дюбеля и от его диаметра (см. табл. 3).
Болты с гайками дюбельных соединений проводятся почти всегда через центр дюбеля. Только при прямоугольных и плоских стальных дюбелях они лежат вне плоскости дюбеля. При затяжке гаек на болтах подкладочные шайбы должны врезаться примерно на 1 мм в древесину. При дюбельных соединениях гайки на болтах через несколько месяцев после установки должны подтягиваться повторно, для того чтобы их затягивающее действие осталось и после усадки древесины. Говорят о соединении с постоянной передачей усилия.
Несущие нагельные соединения
Несущие нагельные (гвоздевые) соединения имеют задачей передавать усилия растяжения и сжатия. С помощью нагельных соединений могут скрепляться несущие детали, например для свободно опертых ферм, а также конструкций из досок и брусьев. Нагельные соединения могут выполняться односрезными, двухсрезными и многосрезными. При этом величина гвоздей должна соответствовать толщине пиломатериалов и глубине забивки. Кроме того, при расположении гвоздей должны выдерживаться определенные расстояния между ними. В несущих нагельных соединениях отверстия метут высверливаться заранее. Высверленное отверстие при этом должно быть немного меньшего диаметра, чем диаметр гвоздя. Так как при этом дерево не так сильно растрескивается, гвозди таким способом можно размещать ближе друг к другу. Кроме того, несущая способность гвоздевого соединения повысится, а толщина древесины может быть уменьшена.
Односрезные нагельные соединения применяются, когда сжатые и растянутые стержни из досок или брусьев должны присоединяться к брусьям (рис. 20). При этом гвозди проходят только через один соединительный шов. Они нагружены там перпендикулярно шахте отверстия и могут изогнуться при слишком большом усилии. Так как в соединительном шве в теле гвоздя возникают также усилия среза, то эту плоскость сечения называют плоскостью среза. В случае парного присоединения дощатых стержней на плоскостях основного бруса имеют место два односрезных нагельных соединения друг напротив друга.
Рис. 20. Односрезное нагельное соединение
При двухсрезных нагельных соединениях гвозди проходят через три соединяемых деревянных элемента (рис. 21). Гвозди имею по две плоскости среза, так как они в обоих соединительных швах нагружены одинаково направленной силой. Поэтому несущая способность двухсрезно-нагруженного гвоздя в два раза больше, чем у односрезного. Для того чтобы двухсрезные нагельные соединения не могли разойтись, половину гвоздей забивают с одной стороны, а другую половину - с другой. Двухсрезные нагельные соединения в основном применяют, если свободно опертые фермы целиком или преимущественно состоят из досок или брусьев.
Рис. 21. Двухсрезное нагельное соединение
Минимальные толщины деревянных элементов и минимальная глубина забивки гвоздей
Так как тонкие деревянные элементы при забивании гвоздей легко раскалываются, то доски для несущих стержней, поясов и планок должны быть толщиной не менее 24 мм. При применении гвоздей начиная с размера 42/110 следует использовать еще большие минимальные толщины а (рис. 22). Они зависят от диаметра гвоздя. При нагельных соединениях с предварительно просверленными отверстиями минимальные толщины древесины метут быть меньше, чем при простом забивании гвоздей, так как опасность растрескивания при этом меньше.
Рис. 22. Минимальная толщина и глубина забивки
Удаление острия гвоздя от наиболее близко лежащей плоскости среза называют глубиной забивки s (см. рис. 22). Она зависит от диаметра гвоздя dn и имеет различную величину при односрезных и двухсрезных гвоздевых соединениях. Односрезно-нагруженные гвозди должны иметь глубину забивки не менее 12d n . Однако для определенных специальных гвоздей из-за большей удерживающей силы вследствие особой профилировки достаточной является глубина забивки 8d n . При двухсрезных соединениях также достаточной является глубина забивки 8d n . При меньшей глубине забивки несущая способность гвоздей уменьшается. Если гвозди имеют глубину забивки менее половины требуемой, то их нельзя принимать в расчет на передачу усилий.
Минимальные расстояния между гвоздями
Крепления опалубок, реек и кобылок, а также стропил, обрешетки и т.п. допустимы с применением менее четырех гвоздей. Однако в общем случае для каждого шва или многосрезного гвоздевого соединения, предназначенного для передачи усилий, требуется не менее четырех гвоздей.
Равномерное расположение этих гвоздей на плоскости соединения производится с помощью гвоздевых рисок (рис. 23). Для того, чтобы два расположенных друг за другом гвоздя не сидели на одном и том же волокне, их смещают относительно точки пересечения взаимно перпендикулярных гвоздевых рисок на толщину гвоздя в обоих направлениях. Кроме того, необходимо соблюдать минимальные расстояния. Они зависят от того, проходит ли направление силы параллельно или поперек волокон. Далее необходимо следить за тем, будут ли концы стержней или края древесины нагружены действующей в соединении силой или не будут. Так как при нагруженных концах стержней или краях возникает опасность растрескивания, то необходимо выдерживать большие расстояния от краев до гвоздей.
Рис. 23. Минимальные расстояния между гвоздями при односрезном соединении
При односрезном гвоздевом соединении вертикального или диагонального растянутого стержня гвоздями диаметром d n ≤ 4,2 мм действительны минимальные расстояния, приведенные на рис. 23. При применении гвоздей диаметром d n > 4,2 мм эти расстояния следует несколько увеличить. Если отверстия для гвоздей высверливаются предварительно, то в большинстве случаев требуются меньшие расстояния.
При двухсрезных гвоздевых соединениях гвозди располагаются уступами. Между рисками односрезного гвоздевого соединения проводятся дополнительные риски с минимальным расстоянием 10d n (рис. 24).
Рис. 24. Минимальные расстояния между гвоздями при двухсрезном соединении
Устройство гвоздевых соединений
При устройстве гвоздевых соединений гвозди должны забиваться в древесину вертикально. При этом шляпка гвоздя должна только слегка вдавливаться в дерево, чтобы волокна древесины в месте стыка не повредились. По этой же причине выступающие концы гвоздей могут загибаться только особым образом. Это должно происходить только перпендикулярно волокнам. Для нанесения расположения гвоздей применяют, как правило, соответствующим образом просверленные шаблоны из тонкой фанеры или жести. В случае фанерных шаблонов дырки делаются такого диаметра, чтобы через них могли проходить шляпки гвоздей. В случае шаблонов из жести места расположения гвоздей размечаются кисточкой и краской.
Гвоздевые соединения со стальными накладками
Гвоздевые соединения со стальными накладками можно подразделить на три вида, а именно соединения с врезанными или снаружи лежащими накладками толщиной не менее 2 мм и соединения с врезанными накладками толщиной менее 2 мм.
Снаружи лежащие накладки , как правило, имеют заранее просверленные отверстия (рис. 25). Они накладываются поверх соединения брусьев или досок в торец и прибиваются соответствующим количеством проволочных или специальных гвоздей. При врезанных накладках толщиной не менее 2 мм отверстия для гвоздей должны просверливаться одновременно в деревянных элементах и в накладках. При этом диаметр отверстий должен соответствовать диаметру гвоздя. Врезанные накладки толщиной менее 2 мм, которых в месте стыка может быть несколько, могут пробиваться гвоздями без предварительного просверливания (рис. 26). Такие соединения могут устраиваться только с помощью специально разработанных шлицевых инструментов и выполняться только на основе специального допуска властей.
Рис. 25. Соединение с помощью дырчатой стальной пластины-накладки
Рис. 26. Гвоздевое соединение с врезанными стальными накладками (Грейм)
Соединения с помощью гвоздевых фасонок
Гвоздевые фасонки применяются для рационального изготовления деревянных фахверковых ферм из однорядных сечений древесины (рис. 27). Для этого обрезаются по длине деревянные стержни одинаковой толщины, пропитываются и подгоняются точно друг к другу.
Рис. 27. Соединение с помощью гвоздевой фасонки
Влажность древесины при этом не должна превосходить 20%, а разница по толщине не должна быть больше 1 мм. Кроме того, стержни не должны иметь никаких срезов и кантов.
Гвоздевые фасонки необходимо расположить с обоих сторон симметрично и с помощью подходящего пресса так вдавить в древесину, чтобы гвозди сидели в древесине на всю длину. Забивка гвоздевых фасонок с помощью молотка или тому подобного недопустима.
Скрепление с помощью гвоздевых фасонок создает в узловых точках прочное на сжатие, растяжение и сдвиг соединение или стыки без ослабления несущего сечения древесины. Для передачи усилий главное значение имеет рабочая площадь соединения гвоздевой фасонки (рис. 28). Она соответствует площади соприкосновения гвоздевой фасонки с деревом, за исключением краевой полоски с шириной минимум 10 мм.
Рис. 28. Рабочая площадь соединения у гвоздевой фасонки
Фермы с соединением стержней фасонками индустриально изготавливаются только лицензированными предприятиями, поставляются в готовом виде на стройплощадку и там монтируются.
Способы соединения брусков при столярных работах
Простейшим способом углового соединения является приторцовка на ус. Тщательная подгонка соединяемых плоскостей, хорошая склейка, обязательное применение вспомогательных креплений - деревянных накладок, металлических угольников, сколачивание шпильками, свинчивание шурупами - делает этот способ вполне надежным. Приторцовка на ус может быть значительно усилена применением различных вставных шипов: плоских глухих, круглых глухих, плоских сквозных (рис. 1). По прочности такие соединения не уступают вязке на цельных шипах.
Рис. 1 Угловая вязка брусков: а - приторцовкой на ус; б - с помощью накладок; в - на деревянных шпильках; г-на шурупах; д-на круглых вставных шипах; е - плоским вставным шипом; ж - плоским глухим шипом
Распространенным способом угловых соединений является вязка на одинарный шип (рис. 2). Одинарные шипы можно делать сквозными и глухими. Сквозной одинарный шип прост в изготовлении, более прочен, нежели глухой. Глухой одинарный шип имеет в свою очередь то преимущество, что не требует дополнительных затрат на скрытие видимых частей соединения.
Рис. 2 Угловые соединения одинарным шипом: а - сквозным; б - глухим
Непременным условием высококачественного изготовления шипового соединения является правильная и точная разметка (рис. 3). Разметку производят двухлинейным рейсмусом. Одну из чертилок ставят на расстоянии 1/3, а другую - на 2/3 ширины кромки бруска. Считая базой лицевую пласть, проводят риски на бруске под шип, а на другом бруске - под гнездо или проушину. Разметку гнезда удобно также делать уже по готовому шипу (особенно этот прием удобен при глухой вязке). Брусок с шипом ставят на место будущего гнезда, обводят по контуру карандашом. Затем ставят брусок на заплечик шипа и отмечают глубину отверстия. Глубина гнезда под глухой шип должна быть на 2-3 мм больше длины шипа для плотной пригонки заплечиков и для излишков клея.
Рис. 3 Последовательность изготовления шипового соединения: а - разметка шипа двухлинейным рейсмусом; б - подрезка шипа по контуру; в - запиливание шипа мелкозубой ножовкой; г - разметка гнезда под глухой шип
Режут шип мелкозубой пилой так, чтобы рез проходил около самой риски в сторону увеличения размера шипа. Брусок при пилении нужно хорошо укрепить в тисках. Во время выдалбливания следует следить, чтобы риски остались нетронутыми. После выдалбливания стенки гнезда зачищают стамеской или ножом.
Чтобы получить прочное соединение при одинарном шипе, нужно подгонять шип с натягом 0,1-0,3 мм, т. е. толщина шипа должна быть на 0,1-0,3 мм больше ширины гнезда или проушины. Если пытаться загонять в гнездо более толстый шип, то это неизменно ведет к раскалыванию бруска.
При сборке шипового соединения нельзя ударять киянкой или молотком непосредственно по детали, так как возможны отколы и вмятины. Для этого используют вспомогательный брусок, который кладут на заплечик шипа и легкими ударами по нему загоняют шип в гнездо (рис. 4а). Если шип в результате неточной разметки не имеет плотного прилегания заплечиков, то, не разбирая полностью соединения, можно сделать подрезку, или, как иногда говорят, поднутровку (рис. 4б).
Рис. 4 Приемы и способы крепления одинарного шипа: а - использование вспомогательного бруска при сборке; б - поднутровка; в - закрепление шипа клиньями; е - правильное применение нагелей
Для получения более прочного соединения на сквозной одинарный шип его расклинивают, применяя для этого клинья из твердых пород древесины. Конусность у них делается небольшой, порядка 5-8°. В шип заклинивают обязательно 2 клина, отступив от краев на 5-10 мм, как показано на рисунке 4в. Оба клина забиваются одновременно поочередными легкими ударами, чтобы брусок не дал трещины. После склейки одинарного шипа его при необходимости можно дополнительно укрепить деревянными гвоздями (нагелями). Нагели ставят по диагонали углового соединения. Отверстие для нагеля, расположенное ближе к наружным кромкам соединения, сверлится на расстоянии 1/3 ширины деталей (считая от кромок), а второе отверстие сверлится, отступя от внутренних кромок на 1/4 ширины соединяемых деталей. Как правильно применять нагели, показано на рисунке 4г.
Еще более проста в изготовлении вязка на одинарный шип с зарезкой заплечиков с одной стороны (рис. 5). В этом случае шип делают толщиной, равной 1/2 толщины бруска с шипом. Толщина детали с гнездом должна быть на 1/3 больше толщины детали с шипом. Односторонняя зарезка заплечиков требует почти в 2 раза меньше времени, чем двухсторонняя.
Рис. 5 Одинарный шип с одним заплечиком
На изготовление каркасов пустотелых щитов идут тонкие бруски, для соединения которых рекомендуется применять вязку открытым прямым шипом. В рамке каркаса щита зарезаются гнезда. Гнезда следует делать глубиной не более 1/2 ширины бруска. На брусках решетки зарезают открытые прямые шипы, ширина которых должна быть не менее 1/3 ширины бруска решетки. Этот способ вязки прост в изготовлении и менее трудоемок, чем другие (рис.
Рис. 6 Вязка каркаса щита открытым прямым шипом
Для серединного или углового соединения брусков под прямым или острым углами один к другому чаще всего пользуются вязкой в полдерева (рис. 7). При такой вязке в обеих стыкуемых деталях зарезаются встречные пазы, по глубине равные 1/2 толщины соединяемых брусков. Вязку в полдерева желательно всегда укреплять нагелями. Только в этом случае такое соединение будет достаточно прочным.
Рис. 7 Вязка брусков в полдерева крестом
Плотничное дело. Уроки мастерства. Содержание
Соединение деревянных деталей требует прежде всего умения правильно разметить детали, чтобы они точно и плотно прилегали друг к другу. Необходимо взять себе за правило не делать без разметки даже самых простейших соединений.
Соединение «впритык»
(рис. 82) - самое простое и непрочное. Для увеличения его прочности нужно соединяемые концы деталей сделать строго прямоугольными. Торцы следует обработать рубанком, а прямоугольность проверить угольником. 
Соединение «внакладку» (рис. 83) применяется для соединения концов двух брусков под углом, причем каждый конец спиливают на половину толщины, если она у них одинакова, или спиливают конец одной, более толстой детали. Детали между собой склеивают и дополнительно крепят шурупами или деревянными нагелями. Это соединение также не очень прочное.
Соединение «в ус» (рис. 84) отличается от соединения «впритык» тем, что сопрягаемые концы деталей срезаются под углом 45°.
Разметку концов лучше всего делать при помощи ярунка. Такое соединение желательно укрепить накладкой из фанеры или металлическим угольником. 
Усиленное соединение «в ус» (рис. 85) такое же, как и обычное, но укрепленное с внутренней стороны угла квадратным или треугольным деревянным бруском.
Накладка «вполдерева»
(рис 86) удобна при Т-образном соединении двух деталей. Здесь так же, как при соединении «внакладку», либо обрезают обе детали наполовину, если они по толщине одинаковы, либо делают выемку только в толстой детали. 
Соединение прямым сквозным шипом (рис. 87) является одним из самых прочных. Здесь, в зависимости от назначения, детали склеивают или крепят нагелями.
Соединение на двух вставных круглых шипах
(рис. 88) также очень прочное. Требует точной сверловки отверстий. Ее производят по шаблону, изготовленному из тонкой фанеры или картона, вырезанных по толщине и ширине бруска с просверленными центрами для отверстий. Шаблон накладывают на обе детали и шилом делают разметку. 
Срединная вязка одинарным шипом может быть сквозная и глухая в зависимости от назначения. При сквозной гнездо для шипа долбится насквозь. Глухое соединение применяют тогда, когда надо скрыть конец шипа. Сквозные шипы прочнее, так как у них больше площадь склейки.
Срединное соединение круглыми вставными шипами , как и при угловом соединении, требует точной сверловки отверстий.
Перекрестное соединение
(рис. 89) осуществляется «вполдерева» при одинаковой толщине деталей или путем образования соответствующей выемки в более толстой детали. 
Накладка «вполдерева» лапой обеспечивает большую прочность, чем обыкновенная накладка «вполдерева», т. к. сопрягаемые места делаются с косыми сторонами типа «ласточкин хвост».
Ящичные соединения
(рис. 90) бывают с прямыми и косыми шипами типа «ласточкин хвост». Косой шип более трудоемкий, но при этом и более прочный. 
Сращивание применяется для получения длинных деталей путем соединения по длине коротких. Наиболее простые способы сращивания - «в ус», «вполдерева», с прямым и вставным круглым шипом.
Нагель представляет собой деревянный стержень, изготовленный из твердых пород древесины. Концы нагеля слегка заостряют, чтобы он легко попадал в отверстие и чтобы при этом клей не стирался краем отверстия, а проникал внутрь.
Диаметры нагеля и отверстия для него должны быть одинаковыми. Желательно выбрать максимально допустимый диаметр нагеля, т. к. в этом случае площадь склейки больше и соединение прочнее. Однако необходимо оставлять достаточную толщину стенок детали.
Отверстия под нагели сверлят после того, как детали собраны и склеены. Исключение составляют соединения на шипах: здесь можно сверлить отверстия до склеивания. При небольшой площади соединения делают один нагель в центре. При достаточной площади, особенно при соединении «внакладку», размещают два нагеля по диагонали.
Иногда, если это необходимо для внешней отделки, наружный конец нагеля слегка утопляют и отверстие зашпаклевывают. Этот способ применим в изделиях, предназначенных под покрытие масляными или эмалевыми красками.
В изделиях, предназначенных под лакировку, отверстия для нагелей сверлят глухими, чтобы лицевая поверхность детали осталась нетронутой.
Основными видами прочного соединения деревянных изделий между собой является их склеивание и крепление склейки вдоль волокон. При соблюдении всех правил склеивания прочность клеевого шва больше, чем сцепление волокон древесины между собой.
Прочность склейки зависит от качества клея, правильного его приготовления, правильных методов склеивания и последующей выдержки склеенных деталей. Непременным условием качественной склейки является применение сухой древесины. Древесину обычно склеивают столярным или казеиновым клеем.
На качество склеивания столярным клеем в немалой степени влияет густота клея. Для твердого дерева требуется более жидкий клей, для мягкого - более густой, т. к. мягкое дерево сильнее его впитывает. Совершенно жидкий клей применяется для заполнения пор древесины при склеивании торцов.
Столярный клей следует наносить на поверхность обоих склеиваемых деталей, это обеспечит большую прочность.
Затем склеиваемые детали, в зависимости от их размеров и расположения, сжимают струбцинами, накладыванием грузов, временно сбивают гвоздями и т. д. Запрессовка деталей не требуется только при склеивании шипов в гнездах, т. к. они сидят там достаточно плотно. Если же шип входит в проушину, то желательно произвести дополнительное сжатие. Подвергать детали дальнейшей обработке можно не менее чем через сутки, когда клей окончательно затвердеет.
Столярный клей хорошо склеивает древесину, но имеет существенный недостаток - интенсивно поглощает влагу. Поэтому склеенные им детали нельзя держать в среде с повышенной влажностью.
Казеиновый клей получил большее распространение благодаря тому, что он дешевле, проще в изготовлении, не боится влаги, по прочности склеивания иногда даже превосходит столярный.
При склеивании казеиновым клеем деталей с продольным направлением волокон можно ограничиться нанесением клея на одну из поверхностей. Если же хотя бы одна из деталей приклеивается торцом, смазывают клеем обе поверхности.
Склеенные поверхности выдерживают 5-10 минут, а затем сдавливают в зависимости от площади склейки в течение 3-6 часов и выдерживают еще сутки. Казеиновый клей не следует наносить слишком толстым слоем, т. к., выжимаясь, он образует корки, которые достаточно сложно снять при шлифовании. Если клей все же выдавился, излишек необходимо сразу же снять влажной тряпкой.
Если, помимо склеивания, детали скрепляют гвоздями или шурупами, то запрессовка необязательна.
Прежде чем наносить клей, необходимо подготовить склеиваемые поверхности. Подготовка состоит в хорошей подгонке друг к другу плоскостей соединения и придании им шероховатости при помощи рашпиля: шероховатые поверхности лучше склеиваются.
Обязательное условие хорошего склеивания - чистота поверхностей. На них не должно быть пыли, грязи, жировых или масляных пятен. Немалое значение для прочности склеивания имеет толщина клеевого слоя. Соединение будет непрочным как при слишком толстом слое клея, так и при слишком тонком. Поэтому клей надо наносить тонким, но плотным и равномерным слоем.
При всей кажущейся простоте скрепления деталей при помощи гвоздей, шурупов или болтов эти операции требуют соблюдения определенных правил, выполнение которых обеспечивает прочность соединений. Большое значение имеет также правильный подбор гвоздей, шурупов и болтов по длине и толщине.
Чем длиннее и толще гвоздь или шуруп, тем большую площадь соприкосновения с древесиной он имеет и тем соответственно будет выше прочность ее крепления. Поэтому длину гвоздя или шурупа подбирают так, чтобы она была меньше общей толщины соединяемых деталей на 3-5 мм. Сами гвозди и шурупы должны быть как можно толще, насколько это допускает ширина детали и расположение гвоздя или шурупа от краев.
Следует иметь в виду, что хорошо держит детали гвоздь, забитый поперек волокон; гвоздь, вколоченный в торец, держит намного слабее. То же относится и к шурупам.
Если детали из твердой древесины необходимо скрепить тонкими гвоздями или близко от края, то предварительно высверливают отверстие диаметром меньше толщины гвоздя.
Следует помнить, что несколько близко расположенных гвоздей, забитых в один слой древесины, могут расколоть деталь. То же самое может получиться и при вбивании гвоздя слишком близко от торца, особенно если гвоздь толстый, а детали тонкие.
При скреплении деталей разной толщины прибивают всегда тонкую деталь к толстой, а не наоборот. Длина гвоздей должна быть в 2-4 раза больше, чем толщина тонкой детали.
Соединения при помощи шурупов более прочны, чем соединения гвоздями. Благодаря винтовой нарезке поверхность соприкосновения шурупа с древесиной больше. Кроме того, между шурупом и древесиной образуется большое трение и механическое сопротивление обратному движению шурупа.
Сначала карандашом или шилом намечают места, куда нужно ввернуть шурупы. Затем высверливают отверстие диаметром, немного меньшим цилиндрической части шурупа и на половину его длины. Для мелких шурупов отверстие можно проколоть шилом. Ввинчивать шурупы в целое дерево без накалывания отверстий гораздо труднее, к тому же при этом можно расколоть деталь.
Конец шурупа вставляют в отверстие, придерживая его пальцами левой руки и слегка вгоняют молотком, следя, чтобы он встал вертикально. Затем шуруп ввинчивают отверткой до упора головки в поверхность. Шлиц головки устанавливают параллельно волокнам дерева.
При ввинчивании в ряд нескольких шурупов желательно, чтобы их шлицы были направлены по одной прямой или были параллельны друг другу.
Прочность соединения гвоздями или шурупами зависит также от твердости древесины. Чем тверже древесина, тем прочнее сидят в ней гвозди и шурупы.
Наиболее прочный вид соединения, не зависящий ни от направления волокон, ни от твердости древесины, получается при использовании болтов с гайками.
Отверстия для болтов должны быть равны их диаметру. Длину болта подбирают так, чтобы выходящая за пределы детали часть была чуть больше толщины гайки. Под головки болтов и гаек подкладывают шайбы, чтобы предохранить древесину от вмятин.