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.
Балочное перекрытие является многоэлементной системой, которая несет не только механические нагрузки, но и призвана служить теплоизоляционной и звукопоглощающей прослойкой между этажами, подвалом и крышей.
Все элементы балочной конструкции устанавливаются и соединяются определенным образом и представляют собой одно целое. Сегодня мы поговорим с вами о том, какими могут быть такие перекрытия, дадим несколько советов по их возведению, и разберемся с прочими вопросами по теме. Приступим!
Особенности деревянного балочного перекрытия
Все балочные перекрытия можно разделить по типу используемого материала. Самыми распространенными и простыми в установке являются деревянные элементы. Помимо них применяются еще железобетонные и стальные, но это уже по части массового и промышленного строительства, поэтому описывать их нет никакой необходимости.
- Популярность дерева, в первую очередь зависит от его распространенности в нашей стране и вполне приемлемой стоимости. Также стоит отметить простоту монтажа, при которой строителям не потребуется наличие тяжелой подъемной техники.
- Конечно, дерево не будет служить столь долго как металл, но при правильной обработке срок будет очень большим. Как говорится, на наш век хватит!
- Экологическая чистота материала может быть и недостатком – в дереве любят селиться различные насекомые и микроорганизмы, однако все это легко устранимо при правильной обработке антисептиками.
- Сразу стоит отметить, что дерево – горючий материал. Чтобы уйти от этого недостатка балки пропитываются специальными составами антипиренами, которые на определенный срок наделяют древесину противопожарными свойствами.
Интересно знать! Долговечность балочных деревянных перекрытий во многом зависит от типа используемой древесины. Возьмем для примера бывшие доходные дома Санкт-Петербурга, которым сегодня исполнилось более 200 лет. Среди них имеются даже семиэтажные строения, и везде в качестве балок использовалось дерево, которое даже во влажном северном климате продолжает служить и по сей день.
Отличием тех перекрытий, конечно же, является использование бревен для балок, а не брусьев, но все равно брусья в частном домостроительстве будут служить достаточно долго.
Параметры деревянных балок
Итак, сегодня в качестве балок преимущественно используется деревянный брус – опиленное с четырех сторон бревно определенного сечения. Древесина используется в основном хвойная, так как материал имеет природную «пропитку» смолами, что хорошо защищает его от влаги.
- Для небольших пролетов, не превышающих 2 метра, допускается использование досок толщиной 25, 32 или 40 миллиметров, установив их на ребро.
- При необходимости усилить несущие элементы вы можете соединить две доски, как это показано на фото выше, при помощи гвоздей, саморезов или болтовых соединений.
- Бревна сегодня используются разве что при возведении срубов, да и то частенько брусья применяются и там.
- Параметры балок напрямую зависят от ширины перекрываемого ими пролета, а также шага между ними.
- При расчете проекта также учитываются возможные нагрузки, которые будут оказываться. Вот таблица, которая поможет вам сориентироваться в подборе сечения несущих балочных элементов.
Приведенная в таблице информация получена из ГОСТ 24454-80.
Совет! В расчет шага между балками включена потенциальная полезная нагрузка в 200 кгс/м3, а также вес самих балок, плюс масса минераловатного утеплителя с плотностью до 100 кг/м3. Если запланировано утепление перекрытия керамзитом, то шаг между балками стоит уменьшить на 20% от заявленного.
Главной особенность деревянного балочного перекрытия является то, что при установке на широкие пролеты оно способно обеспечить достаточную прочность, однако в силу особенностей материала, перекрытие не может быть жестким, то есть все равно прогибается, особенно при увеличении нагрузки. Это свойство называют зыбкостью пола.
Как раскладываются балки и заделываются в стену
Итак, длина балок подбирается согласно перекрываемому проему, что и не удивительно. При этом если помещение имеет прямоугольную форму, выбирается его меньшая сторона. Если же оно квадратное, то направление значения не имеет.
Совет! Стоит помнить, что опираться балки могут только на несущие стены, которые рассчитаны на возрастающие нагрузки – легкие перегородки в полкирпича для этих целей ни в коем случае использовать нельзя.
- В зависимости от габаритов помещения раскладка балок может выполняться по-разному. Если пролеты слишком большие можно разбить их на участки меньших размеров бри помощи более массивных брусьев.
- Балки муруются в кирпичные стены, а в местах соединения друг с другом фиксируются при помощи специальных стальных крепежей или фанерных накладок.
- Для того чтобы замуровать балки в стену необходимо в процессе кладки подготовить для них специальные ниши, которые будут соответствовать габаритам используемых брусьев.
- Чтобы соединение было достаточно надежным и выдерживало все нужные нагрузки, глубина посадки торца балки должна быть не меньше 15-ти сантиметров. Это относится к любой кирпичной, каменной или блочной стене.
- При этом глубина самой ниши должна быть больше на 20-30 миллиметров, чтобы обеспечить воздушный зазор до задней стенки.
- Если с наружно стороны стена имеет теплоизолирующий слой, то внутреннюю часть ниши можно ничем не заполнять.
- Если такого слоя нет, то из-за оставшейся небольшой толщины стены, ниша может превратиться в мостик холода, который будет промораживаться при падении температуры воздуха на улице. В результате на деревянной балке начнет образовываться конденсат, что, как понимаете, очень плохо и приведет к ускоренному старению материала. Чтобы такого не происходило, ниша заполняется теплоизолирующим материалом, например, полистиролом, который сам не пропускает влагу и прекрасно защитит балку.
На схеме выше показаны способы того, как балки монтируются в стены разных типов.
Совет! Размещаемый внутри утеплитель не нужно оборачивать полиэтиленовой пленкой, так как возможно образование конденсата в закрытом пространстве, в результате чего ниша таки может промерзнуть.
- Перед укладкой в нишу торцы балок необходимо отпилить под углом в 60-70 градусов.
- Спилы и вся погружаемая часть обрабатываются антисептическим составом.
- Также потребуется создать влагонепроницаемый слой – край балки оборачивается рубероидом или толем (второй вариант лучше). При этом торец оставляется открытым, чтобы обеспечить приток воздуха
- При желании можно края и не оборачивать, но это менее надежно. В этом случае под балки необходимо положить подкладки – те же рубероид, толь или кусочек доски, пропитанной антисептиком, чтобы не дать древесине соприкасаться с камнем. Если этого не сделать, то достаточно скоро начнется процесс гниения древесины.
- Самым надежным способом при этом, будет сочетание двух этих методов, то есть обернутую балку поставить на подложку, что, в принципе, и показано на предыдущей схеме.
- Щели, которые остались вокруг балки, нужно заделать монтажной пеной. Такое покрытие надежно сохранит дерево от влаги, которая может попасть внутрь из помещения, но в то же время через микроскопические поры все это дело будет проветриваться.
- Оставшееся пространство заполняется цементным раствором.
- Если подложку из обработанной антисептиком доски разместить не только снизу, но и по всем сторонам ниши, балка будет служить еще дольше, практически как те, что имеются в уже упоминаемых старинных зданиях. Правда, тогда в качестве антисептика применяли деготь, но и современные пропитки прекрасно подойдут.
Совет! Также старинные балки обрабатывались дополнительно сажей – натуральным антисептиком, который справлялся с задачей не хуже современных составов, приготовленных химической промышленностью.
- Если вы опираете балки на внутреннюю несущую стену, то все меры по изоляции элемента от влаги также необходимо выполнить.
- При строительстве дома очень важно помнить, что балки, помимо своей основной несущей функции, усиливают стены здания, которые как мы знаем, связаны друг с другом только по углам. Даже в двухэтажном доме высота стен достигает 6-7 метров, так что без должной связки могут появиться непредсказуемые последствия.
- То есть балки должны не просто лежать в подготовленных нишах, а быть жестко связанными со стенами строения. Для этого применяется анкеровка этих элементов.
- Анкеровка выполняется при помощи подготовленных металлических пластин Т-образной формы, один край которых приколачивается к брусу, а остальные лопасти вмуровываются в кладку.
- Анкеры могут ставиться на каждую балку, либо через одну – и в том и в том случае связка будет достаточно прочной.
- В случае соединения с деревянными стенами применяются специальные крепежные элементы с перфорацией, через которые все крепится на саморезы. При этом края балок также должны опираться на вырезанные ниши, как на фото.
- В некоторых случаях допускается и навесная стыковка, но тогда к стенам должны быть прикручены периметральные доски.
- Если выполняется опирание двух балок на межкомнатную стену, то они должны быть связаны между собой стальными полосами, которые набиваются с двух сторон.
Отдельно стоит поговорить про опирание балок перекрытия на стены из газобетонных блоков. Данный материал не обладает высокой плотностью и не в состоянии полноценно выдерживать вес перекрытия и кровли.
- Поэтому заливается монолитный пояс из железобетона, который многократно усилит конструкцию и зафиксирует сами балки. Также возможно опирание на сам пояс – так будет еще надежнее.
- Для этого применяются специальные газобетонные блоки «U»-образной формы, в которых выпиливаются выемки по края балок.
- Подобную стыковку вы можете рассмотреть на фото выше.
- Анкеровку в этом случае выполняют при помощи металлических пластин, которые связываются с самим армопоясом.
Опирание балок на вертикальные элементы
Если речь идет о каркасном строении, то балки частенько дополнительно опираются на систему из отдельно стоящих опор, таких как: колонны, столбы, стойки.
- Если требуется над вертикальной опорой выполнить соединение элементов, то стык должен располагаться строго над ней.
- Если оба элемента сделаны из дерева, то стыковку выполнить довольно просто – забивают под углом гвозди и скрепляют все это дополнительно скобами.
- Связку можно выполнить и при помощи деревянных или фанерных накладок, устанавливаемых с двух сторон. Крепление выполняется перпендикулярно с помощью гвоздей или саморезов.
- Рассмотрев приведенную схему, вы можете увидеть, что используются и различные соединители из металла, которые можно приобрести в готовом виде в магазине. Делаются они обычно из оцинкованной стали, чтобы предотвратить коррозию элемента.
Межбалочное заполнение перекрытия
Наполнение между балками, по сути, это набор ограждающих элементов, каждый со своим назначением. Давайте посмотрим, какие варианты устройства бывают тут.
Данный тип конструкции может быть применен только при условии, что расстояние между несущими балками не превышает 60-ти сантиметров. Если этим правилом пренебречь, то пол будет «зыбким». План такого перекрытия показан на следующей схеме.
Давайте послойно разберем этот пирог:
- Итак, в этом случае балки перекрытия у нас становятся основанием для удержания обшивки, на них будет сверху настилаться черновой пол, а внутри расположатся слои паро-, тепло- и звукоизоляции – последние два, чаще в лице одного материала.
- Пойдем снизу-вверх. Самый нижний слой – это отделочный материал потолка, в качестве которого может выступать пластик, деревянная вагонка, гипсокартон, МДФ и прочее. Отделка монтируется в последнюю очередь, если не планируется выкладывать утеплитель прямо сверху нее. Такое решение крайне ненадежное, поэтому пропустим его описание.
- Чтобы все держалось прочно, особенно если будет применен достаточно тяжелый теплоизолятор типа керамзита, снизу монтируется деревянный настил (12), который будет удерживаться за счет черепных брусков (10), накрученных параллельно балкам по их нижнему краю. Для черепных брусков отлично подойдет рейка сечением 30*40 и выше. Крепится все на саморезы.
- Далее поверх настила кладется слой пароизоляции, который не даст мусору просыпаться вниз, плюс убережет сами балки и утеплитель между ними от проникновения влаги из воздуха.
- Следом кладется слой теплоизолятора – обычно это или вспененный полистирол или минеральная вата, хотя и прочих вариантов на рынке великое множество. Причем предпочтительнее будет именно минвата, так как она не является горючим материалом и не боится грызунов.
Совет! Минеральная вата сильно теряет свои теплоизоляционные свойства при намокании, поэтому необходимо позаботиться о ее качественной изоляции.
- Следующий слой снова пленочный, но на этот раз гидроизолиующий. Вода может просочиться сверху, если на пол что-то разлили или кровля дала течь. Рекомендуется также применять мембранные пленки, не препятствующие газообмену.
- Расстояние от пленки до утеплителя обычно оставляется в 50 миллиметров, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха, хотя иногда этим правилом можно пренебречь
А что же по поводу звукоизоляции, ведь популярные на сегодня утеплители не так уж и эффективны в этом плане? Еще бы — вес той же минваты на 1 квадратный метр составит каких-то 5-6 килограмм, а звук в такой неплотной среде будет распространяться практически без помех!
В этом случае перед укладкой утеплителя стоит обустроить отдельный слой звукоизолятора, например, установить звукоизоляционную панель, либо насыпать песка или глины, если речь идет о совсем уж бюджетной стройке. При этом не забывайте, что несущая способность перекрытия должна выдержать увеличенные нагрузки.
Между слоями звуко и теплоизоляции также необходимо поместить разделительную мембранную пленку.
Звукоизоляция не будет полной, если вибрации будут передаваться по самим балкам при хождении по полу верхнего этажа. Чтобы устранить этот неприятный эффект поверх балок настилается упругий материал, например, тот же рубероид.
Далее монтируется черновой настил, который выступит основанием для чистового напольного покрытия, например, ламината. Для настила используются доски толщиной в 32 миллиметра – можно и тоньше, но при условии, что шаг между балками невелик, и пол не будет прогибаться.
Перекрытия с лагами
По ходу статьи мы разбирали таблицу, из которой стало понятно, что сечение балок и шаг между ними – величины взаимосвязанные. Закономерность тут прямо пропорциональная – чем мощнее брусья, тем большее расстояние между ними допускается оставлять.
- Подход с большим отступом хорош для облегчения трудозатрат в плане обустройства ниш под балки, однако прочность самого пола при этом может пострадать.
- Решить проблему помогают лаги – поперечные доски или брусья, которые ставятся на ребро или кладутся плашмя. Пиломатериал берется следующего сечения – 50х75 или 50х100 миллиметров.
- Шаг между ними выбирается приемлемый для будущего настила. Торцевое соединение элементов выполняется над лагами. Скрепляющим элементом при этом служит деревянная, металлическая или фанерная накладка.
Межбалочное заполнение перекрытия будет таким же, как и в предыдущем случае, однако за счет увеличившейся толщины перекрытия вы сможете добавить еще слой утеплителя, чтобы сделать изоляцию более эффективной. Также нужно помнить, что в отличие от балок лаги в стену не заделываются, а просто примыкают к ним.
Итак, мы узнали, как устроено балочное перекрытие, которое вы теперь с легкость можете возвести самостоятельно, следуя тем рекомендациям, что были приведены в данной статье. Дополнительно раскрыть вопрос поможет видео в этой статье – обязательно взгляните. А теперь мы с вами прощаемся, до скорых встреч!
Выбор деревянного перекрытия обусловлен чаще всего экологичностью материала и лёгкостью монтажа.
Перекрытие прослужит долго и будет надёжным, если правильно рассчитать балки. Главное условие определения необходимых размеров сечения - обеспечение прочности конструкции.
Конструкция деревянного перекрытия
Деревянное перекрытие уступает по показателям прочности и жёсткости железобетону, поэтому его устраивают в жилых домах до четырёх этажей. Изготавливают балки из леса хвойных пород (сосна, ель, пихта и т. д.). Длина балок чаще всего составляет 5–6,5 м. В каменных зданиях балки укладывают на расстоянии (по оси), кратному размеру кирпича или блоков.
1. Глухая заделка. 2. Открытая заделка. 3. Соединение балок встык. 4. Соединение балок вразбежку. a - кирпичная стена, b - балка, c - внутренняя опора, d - накладка металлическая e - гидроизоляция
В наружные каменные стены балки заделываются глухим и открытым способом. Не зависимо от способа заделки необходимо предусмотреть меры по предотвращению конденсации паров воздуха в гнёздах стен. Это происходит при их толщине менее чем в два кирпича. В более толстых стенах конденсат в гнёздах не образуется.
Глубина гнезда для опоры балки в каменных зданиях, исходя из прочности кладки на сжатие, принимается 0,6–0,8 h (h - высота балки). Минимально допустимый размер опоры составляет 150 мм. Обычно он принимается 180–200 мм. При этом балка не должна доходить до стены на 3–6 см, чтобы обеспечить доступ воздуха к её торцу.
Балки перекрытия пропитываются антисептическими составами , а конец обязательно изолируется двумя слоями гидроизоляции (толь, пергамин). Место между стеной и боковой поверхностью балки заполняется раствором.
Каждую третью балку необходимо соединить анкером с наружной стеной. Анкер одним концом заделывается в стену, дугой конец крепится к балке. Между собой они тоже соединяются при опоре на внутренние стены.
Черновой пол настилается двумя способами:
- Щиты или доски укладываются на черепные бруски при помощи накладных планок.
- Сплошная укладка щитов (досок) непосредственно на черепные бруски.
Балки и лаги подбиваются снизу щитами из тонкой доски, ГКЛ, ГВЛ, ОСП или другими листовыми материалами. Стелется мембранная изоляция, на которую укладывается тепло- и звукоизоляционный слой. Это может быть насыпной, плитный или рулонный утеплитель, закладываемый между балками.
1. Балки перекрытия. 2. Подшивка. 3. Черновой пол. 4. Утеплитель 5. Пароизоляция
Балки друг к другу крепятся с помощью специальных металлических изделий.
Определение размеров сечения деревянной балки по формулам
Чаще несущие элементы междуэтажного или чердачного перекрытия представляют собой балки с одним пролётом и свободным опиранием на несущую стену или столб.
1. Круглое бревно. 2. Брус с двумя кантами. 3. Брус, четыре канта. 4. Составная балка. 5. LVL брус. 6. Балка Nascor 7. Доска
Они воспринимают изгиб от веса всего перекрытия и временной полезной нагрузки (мебель, люди и т. д.). Расчётным путём определяются необходимые размеры балки. Условием для этого является заданная прочность и жёсткость несущего элемента.
Для определения нагрузок на балку плотность древесины хвойных пород для конструкций помещений с нормальным режимом эксплуатации принимается 500 кг/м 3 . Для влажных помещений и сооружений на улице - 600 кг/м 3 .
Предел прочности хвойной древесины, работающей на изгиб, составляет 75 МПа. Показатель жёсткости (модуль упругости Е) определяет её способность деформироваться при действии каких-либо нагрузок.
Для нормальных условий эксплуатации конструкций при действии нагрузок:
- Е = 10 000 Мпа - вдоль волокон;
- поперёк волокон показатель Е уменьшается почти в 50 раз.
На показатели надёжности древесины также влияет температура. В случае её повышения предел прочности и модуль упругости уменьшаются. При этом повышается хрупкость деревянных изделий. То же происходит и при воздействии отрицательных температур.
Для расчёта любой конструкции определяются нормативные и расчётные нагрузки. Расчётную нагрузку получают, умножая величину нормативной нагрузки на n - коэффициент надёжности (перегрузки), который учитывает, в каких условиях работает конструкция.
На прочность балка проверяется по действию максимального момента изгиба:
σ = М/W р ≤ R и
- σ - напряжение в балке;
- W р - расчётный момент сопротивления;
- R и - расчётное сопротивление по изгибу, которое для древесины хвойных пород равно 13 МПа.
Подбор сечения рассчитывается, исходя из требуемого момента сопротивления Wтр:
W тр = М / R и
Для прямоугольного сечения:
Для круглых сечений:
Проверка жёсткости производится на действие нормативных нагрузок:
- f - предельный прогиб балки;
- l - расчётный пролёт балки в см;
- f/l - относительный прогиб, который не должен превышать: 1/250 - для перекрытий между этажами; 1/200 - для перекрытий чердака;
- J - момент инерции в см 4 ;
- Е = 10 000 МПа, 100 000 кг/см 2 - модуль упругости древесины;
- с - предельно допустимый коэффициент для отношения l/h, где h - высота сечения балки: 18,4 - для междуэтажных перекрытий; 23,0 - для чердачных перекрытий.
В случае, когда l ≤ ch, балки проверяются только на прочность. Если l > ch, они проверяются только на жёсткость.
Для примера рассчитаем деревянную балку междуэтажного перекрытия. Пролёт l = 4,5 м; вес перекрытия - g = 200 кг/м 2 ; временная нагрузка p = 150 кг/м 2 ; расстояние в плане между осями балок а = 0,9 м; материал балки - сосна R и = 130кг/см 2 ; m коэффициент условия работы - 1,0.
q = (g н n + p н n 1) · a = (200 ∙ 1,1 + 150 ∙ 1,4) ∙ 0,9 = 387 кг/пог. м
- n, n 1 - коэффициенты надёжности постоянной и временной полезной нагрузок.
Момент сопротивления, который необходим, определяется из условия прочности:
Таблица моментов сопротивления W в см 3 прямоугольных сечений
| b | h | ||||||
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| 21 | 588 | 661 | 735 | 808 | 882 | 955 | 1029 |
| 22 | 645 | 726 | 807 | 887 | 968 | 1049 | 1129 |
| 23 | 705 | 793 | 882 | 970 | 1058 | 1146 | 1234 |
| 24 | 768 | 864 | 960 | 1056 | 1152 | 1248 | 1344 |
| 25 | 833 | 937 | 1041 | 1146 | 1250 | 1354 | 1458 |
| 26 | 901 | 1014 | 1127 | 1239 | 1352 | 1465 | 1577 |
По специально рассчитанным таблицам можно подобрать прямоугольное сечение элемента - bхh. Принимаем брус 8х24 см (W = 768 см 3). В рассматриваемом случае отношение l/h = 450: 24 = 18,75, а предельно допустимое с = 18,4 - для междуэтажных перекрытий. Исходя из этого, расчёт на прогиб не производится.
Расчёт деревянной балки по графику
Для удобства подбора балок деревянного перекрытия по приведённым формулам составлены графики, по которым, имея значения l и q, находят ширину и высоту балки. Горизонтальная линия а–а определяет границу, где расчёт ведётся либо на прочность, либо на прогиб.
Если точка пересечения l и h ниже линии а - а, расчёт ведётся на прочность по расчётной нагрузке, выше линии а–а - расчёт ведётся на прогиб по нормативной нагрузке. Данный график имеет следующие показатели:
Е = 130 кг/см 2 ; f = 1/250 l; Е = 100 000 кг/см 2 ; m н = 1,0.
При изменении этих величин находится относительное повышение или понижение получаемых данных. Например, для бруса сечением более 14 см коэффициент условий работы будет 1,15 и, соответственно, расчётное сопротивление R и = 150 кг/см 2 , а для бревна коэффициент условий работы равен 1,25, при этом R и = 160 кг/см 2 .
В качестве примера рассмотрим следующий вариант: l = 6,1 м; b = 26 см; l/h = 610:26 = 23,4 > 18,4, следовательно, расчёт ведётся на прогиб.
Для нормативной нагрузки по графику qн = 360 кг/м по графику b = 18,3 см.
f = 1/200 l . Так как график составлен для балок чердачного перекрытия, уточняем для междуэтажного перекрытия с относительным прогибом f/l = 1/250. 200/250 = 0,8; b = 0,8∙18,3 = 14,64 см. Окончательно можно принять брус для балки перекрытия 15х260 см.
Высота балок при подборе сечения должна быть больше ширины, так как в таком положении они лучше работают на изгиб. Правильно подобранный размер балок перекрытия обеспечит реальную экономию материала при обеспеченной надёжности и долговечности всей конструкции.
При строительстве многоэтажных зданий промышленного и гражданского назначения с большими пролетами, колоннами, массивными фермами используют . В процессе монтажа их требуется стыковать друг с другом и другими строительными элементами. Монтажные стыки двутавровых балок, которые должны быть практически равнопрочными с телом металлопроката, выполняются сваркой или с помощью крепежных элементов. На строительной площадке изготавливать их сложнее, чем в заводских условиях, из-за необходимости четкого позиционирования и усиления стыковочных узлов.
Особенности стыкования двутавровых балок
Основной вариант использования фасонного проката с сечением Н-образной формы – в качестве элементов балочных клеток. Соединение балок в таких конструкциях осуществляется в горизонтальной плоскости или опиранием сверху.
В месте опирания для конца двутавра создают опорные ребра жесткости. Они служат для распределения и передачи нагрузки от двутаврового проката – опоре.
Особенности выполнения сварных соединений
Надежным способом создания узлов стыковки балок с двутавровым профилем является сварка. При выполнении сварки встык обязательно проводится контроль качества шва. Чаще всего для повышения надежности узла используют усиливающие накладки.
Один из вариантов удлинения двутавровой балки – приварка профильного проката с двух сторон к прокладке по периметру двутаврового профиля. Разделка кромок не требуется.
Второй способ – соединение двутавровых балок встык с последующей наваркой четырех укрепляющих накладок, подбор формы которых зависит от положения двутавра в пространстве. Накладки приваривают на каждую полку и на каждую сторону стенки.
Этапы производства работ:
- На кромках двутавра изготавливают скос, обеспечивающий хороший провар шва.
- Готовят накладки из листовой стали. Укрепляющие элементы прямоугольной формы, привариваемые на полки, должны иметь ширину полок, на стенку – высоту стенки.
- Накладки укладывают на шов, приваривают их по периметру, прижимая с помощью струбцины. Для удобства проведения работ накладки на стенку делают ромбовидными. Главное требование – накладка должна иметь форму, симметричную относительно продольной оси двутавра.
Сварка двутавровых балок с использованием накладок и прокладок применяется для создания конструкций, не подвергаемых значительным нагрузкам. Это связано с тем, что швы, по которым привариваются эти укрепляющие элементы, являются концентраторами напряжений. Еще одна проблема сварных швов – быстрое старение. Для борьбы с этим негативным явлением применяют грунтовочные составы.
Сварку выполняют при зафиксированном положении балок. Для этого их укладывают на жесткие основания, чаще всего – на специализированные стеллажи-фундаменты.
Особенности выполнения болтовых соединений
Для определения способа, как правильно стыковать элементы конструкции из двутавра, необходимо точно знать особенности эксплуатации объекта. Разъемный вид стыкования двутавровой балкиобычно применяется при монтаже конструкций, которые планируется несколько раз демонтировать и монтировать вновь. Выполняется с использованием накладок, имеет преимущества и недостатки.
Плюсы болтового соединения
- Относительная простота сборки, которую могут выполнить рабочие с невысоким уровнем квалификации.
- Отсутствие остаточных напряжений, имеющихся в сварном шве.
- Более простые мероприятия по проверке качества соединений, по сравнению с проверкой сварного шва.
- Отсутствие необходимости привлечения к работе квалифицированных сварщиков.
- Стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам. Однако в сложных эксплуатационных условиях может потребоваться периодическая подтяжка крепежа.
Недостатки этого метода – более высокая (по сравнению со сваркой) трудоемкость и металлоемкость из-за необходимости использовать дополнительные усиливающие элементы, постепенное коррозионное разрушение крепежа, изготовленного из «черных» сталей.
Комбинированное стыкование двутавровых балок
Для создания крупногабаритных пролетов применяют способ комбинированного соединения двутавров, сочетающий стыкование на болтах и сварку. Порядок проведения работ:
- соединение балок с помощью накладок и резьбового крепежа из высокопрочной стали;
- сварка поясов;
- закрытие технологических окон с помощью накладок и прокладок.
GD Star Rating
a WordPress rating system
Начинающим домашним мастерам будет полезно узнать о методах соединения деревянных деталей. Этой теме мы посвящаем краткий ликбез, в котором будут описаны основные виды столярных соединений и сплачиваний с использованием клея, гвоздей, саморезов или шкантов, либо вовсе без них.
Правила выбора соединения в зависимости от типа нагрузки
Наиболее просты торцевые соединения, их применяют при необходимости нарастить деталь. Лучше всего такие соединения переносят нагрузку сжатия, однако при вырубке замков специальной формы можно достичь хорошего сопротивления скручиванию, растяжению и изгибу. Стандартный вариант торцевого соединения — с подрезкой на половину толщины обеих деталей. Срез может быть прямым или косым, при необходимости препятствовать изгибу, растяжению или скручиванию на конце каждого среза нарезают шип или тупой угол, либо делают срез ступенчатым, образуя своего рода «замок».
1 — прямая накладка вполдерева; 2 — косая накладка; 3 — прямая накладка со ступенчатым стыком; 4 — накладка вполдерева с косым стыком; 5 — косой накладной замок; 6 — соединение вполдерева с косым шипом
Угловые и боковые соединения применяются для соединения прямых деталей в ферму или каркас. Обычно эта часть конструкции опорная, поэтому основные нагрузки приходятся на смещение и сжатие. Если конструкция испытывает статичную предусмотренную нагрузку, на одной из деталей нарезают прямоугольный шип, а на другой — паз или проушину соответствующих размеров. Если возможно действие на разрыв конструкции, шип и паз нарезают в форме трапеции.
Угловые соединения: 1 — с открытым сквозным шипом; 2 — с глухим закрытым шипом; 3 — со сквозным косым шипом
Накладные крестовые и Т-образные соединения используют, как правило, для дополнительных связей между ответственными деталями конструкции. Основная нагрузка в них — на сжатие, смещение и разрыв. Первые два типа нагрузки устраняются подрубкой в полдерева или меньше с последующим совмещением деталей. Плечи зарубок принимают основную нагрузку на себя, остается лишь закрепить соединение шурупами или накладными скобами. В ряде случаев для укрепления связи используют шкант или вырубают шип с клином.
1 — крестовое соединение накладкой вполдерева; 2 — крестовое соединение с посадкой в одно гнездо; 3 — Т-образное соединение с потайным косым шипом; 4 — Т-образное соединение с прямой ступенчатой накладкой
Отдельный тип соединений — ящичные. Предназначены они для соединения досок под прямым углом. Обычно для ящичного соединения на каждой доске нарезают зубья, ширина которых равна расстоянию между ними. На разных досках зубья нарезаны со смещением, поэтому при соединении угол из досок выглядит как одно целое. Зубья также могут иметь клиновидную форму, препятствующую разрыву угла в одном направлении, либо скрепляются дополнительно клеем или гвоздями.
Ящичные угловые соединения: 1 — с прямыми сквозными шипами; 2 — с косыми сквозными шипами
Как сделать шиповое соединение
Для изготовления шипового соединения нужно обвести обе детали линией разметки по всем граням на расстоянии от торца, равном ширине соединения. На двух противоположных сторонах и торце линиями отмечается тело шипа, разметка на обеих деталях полностью идентична.
Шип подрезают с боков ножовкой для поперечного реза и скалывают древесину с помощью стамески. Ширину шипа делают на 2-3 мм больше для последующей точной обработки ножом или долотом. Паз вырезают ножовкой для продольного реза и скалывают стамеской, также оставляя небольшой припуск на обработку. Далее следует подгонка, в процессе которой детали совмещают и добиваются максимально плотного прилегания.
При Т-образном шиповом соединении на одной из деталей нарезают центральный шип или паз, а на другой выдалбливают проушину или делают две боковые подрезки в зависимости от типа первой детали. Для изготовления проушины используют стамеску, обращая наклонную часть лезвия внутрь отверстия. Если проушина не сплошная, шип делаю на 8-10 мм больше глубины и обрезают его конец в форме развернутого клина. Так при забивании шип сам себя разопрет, и деталь будет прочно посажена.
Для соединения широких деталей можно использовать ящичное соединение, нарезая несколько шипов и пазов. Самый простой способ скрепить шиповое соединение — просверлить его насквозь поперек шипов и забить в отверстие деревянный шкант (оконное угловое соединение).
Как срастить доски на клею
Очень популярный метод соединения досок и брусков — продольное и поперечное склеивание. При соединении досок широкой стороной торец может быть ровным, хотя в большинстве случаев используют пазогребневый профиль. Очень важна плотная подгонка деталей, чтобы слой клея был как можно более тонким, только так можно достичь максимальной прочности. Иногда на торец, смазанный клеем, наносят небольшое количество хлопкового волокна, это повышает качество сцепки.
Доски можно соединять и в профиль, но для этого потребуется выполнить клиновидную зубчатую нарезку обоих торцов со смещением в пол зуба для разных деталей. В домашних условиях такую операцию можно выполнить с применением ручного фрезера .
Для склеивания деталей используют казеиновый клей или ПВА высокой концентрации, для придания прочности в клеящее вещество добавляют просеянную древесную муку. Поверхности покрывают клеем и выдерживают на воздухе 3-5 минут, после чего помещают под гнет или сдавливают струбцинами. Такое соединение получается прочнее самого дерева и никогда не ломается по стыку.
Как сплачивать элементы несущих конструкций
Для несущих конструкций используют два вида соединений — наращивание и сочленение. Самый простой способ срастить две детали — выполнить надрез ножовкой на половину толщины на одинаковом расстоянии от торцов, а затем сколоть топором лишнюю древесину. После сопоставления двух деталей соединение обычно скрепляют двумя накладными планками, прибитыми сбоку от разреза. Склеивание тоже возможно, но только при плотной подгонке деталей.
Надрезанные в полдерева торцы можно свести практически под любым углом, это основной метод соединения кровельных ферм. Для скрепления деталей необходима дополнительная стягивающая связь: брус прикладывают к соединенным деталям сбоку на расстоянии в 30-50 см от угла и подрубают в половину толщины по местам соприкасания, а затем скрепляют конструкцию гвоздями.
Часто вертикальные и наклонные конструкции нуждаются в опоре, например при соединении стропильной системы с балками перекрытия. В этом случае выполняется зарубка посадочных гнезд на горизонтальной балке, в которые будут вставлены стойки. Очень важно соблюдать угол наклона и делать подрубку не более чем на треть толщины бруса.
Соединения со специальными связями
Практически все столярные соединения выполняются с дополнительными укрепляющими связями. В самом простом примере роль таких выполняют гвозди или саморезы.
При наращивании деталей узел может укрепляться сквозным болтовым соединением, хомутами, скобами и глухарями, либо его просто обматывают холоднокатаной проволокой. Сращенные вертикальные опоры достаточно скрепить двумя накладными планками — деревянными или металлическими.
Угловые соединения чаще всего скрепляют скобами, накладными пластинами или уголками. В случаях, когда надо сохранить небольшую подвижность соединения, используют один сквозной болт, который либо прошивает поперек место накладки деталей, либо стягивает их в продольном направлении с минимальным отступом от накладки.
Место крепления специальной связи должно быть удалено от края не менее чем на 10 диаметров крепежного элемента и не иметь пороков. Важно помнить, что часто связи не обеспечивают общую прочность соединения, а только компенсируют неучтенную нагрузку.
