Мы продолжаем печатать статью Никитина Г. Г. ( К.т.н., профессор Санкт-Петербургского Государственного Архитектурно-строительного университета).
Виды соединений
В современных деревянных конструкциях применяются как традиционные, так и современные виды соединений. Первые прошли проверку временем и хорошо зарекомендовали себя, хотя и имеют ряд недостатков (наличие ослаблений сечения, увеличение опасности заражения древесины спорами дереворазрушающих грибов, неиндустриальность выполнения).
К традиционным соединениям относятся врубки, применяемые для сжатых элементов. Многочисленные виды врубок, которые мастерски выполнялись топором российскими и иностранными плотниками, теперь представлены лишь лобовыми врубками с одним или двумя зубьями и выполняются они с помощью мото- и электроинструмента.
Врубку (рис.1) решают путем врезки примыкающего сжатого элемента (упора) в другой (растянутый) на глубину, не слишком его ослабляющую( в опорных узлах стропильных ферм, где чаще всего применяют врубки, - на 1/3 высоты, в промежуточных узлах - на 1/4 высоты). Упор врубаемого сжатого элемента осуществляется в плоскости, перпендикулярной его оси. Древесина в контакте работает на смятие: элемента 1 - вдоль направления волокон древесины, элемента 2 - под углом к направлению его волокон, при котором древесина слабее, что и определяет расчетную прочность врубки. С другой стороны, элемент 1 работает на скалывание и в расчет может приниматься ограниченная длина площадки скалывания lск.
Рис.1
Лобовые врубки: а) одним зубом; б) двумя зубьями
Рис.2
Врубки вполдерева.
а) прямой стык врубкой вполдерева для мауэрлатов и нижних обвязок;
б) уголовой стык врубкой вполдерева для мауэрлатов и нижних обвязок;
в) угловой шиповый стык
Во-первых, распределение напряжений скалывания по длине контакта неравномерно.Наибольшие напряжения скалывания tск возникают в вершине зуба и резко снижаются к концу площадки скалывания, что делает нерациональным выполнять ее длинной. Во-вторых, вследствие допускаемого нормами проектирования величины природного косослоя, скалывание может произойти на длине lск=10h вр и при большей длине запроектированной площади скалывания. Площадка снятия должна быть центрирована, что обеспечивает равномерность напряжений смятия s см в месте контакта. В двойной врубке увеличивается площадь смятия, улучшаются условия скалывания, что увеличивает ее несущую способность, но одновременно повышаются требования к точности исполнения соединения частей (подгонке). Для предотвращения хрупкого (внезапного) скалывания применяются аварийные болты. Все другие виды врубки («сковороднем», «натяжным голландским зубом», «ласточкиным хвостом», щековая и др.) ненадежны и не рекомендуются для применения в деревянных конструкций Другими видами врубок, осуществляемых в менее нагруженных сопряжениях, являются стыки в полдерева (рис.2) и косым прирубом.Сжимающие усилия в них передаются непосредственным упором и с помощью дополнительных соединений. Для восприятия небольших растягивающих или сдвигающих усилий применяют гвозди, винты или штыри.Косой прируб обеспечивает плавный перелом прогона в шарнире, болт фиксирует взаимное расположение стыкуемых частей прогона.
Врубка шипом. Шип фиксирует положение примыкающих элементов, но уменьшает площадь смятия. В сильно нагруженных элементах шип теперь заменяют боковыми элементами (деревянные или металлические накладки, уголки и др.).
Представленные на рис. 2 врубки относятся к так называемым конструктивным врубкам, которые испытывают сравнительно небольшие усилия и не требуют расчета. Регламентируемые соотношения размеров выработаны многолетним опытом применения. К ним можно также отнести соединения досок в четверть и в шпунт, которые обеспечивают совместную работу досок (брусков) в настилах и плотность перекрытий.
Широко применяются в соединениях сжатых элементов простые по исполнению и надежные в работе лобовые упоры. Они работают на смятие древесины в контакте стыкуемых сжатых элементов.
Шпонки - вкладки из древесины или металла, препятствующие сдвигу соединяемых (сплачиваемых) элементов и работающие на смятие(сжатие) и скалывание (в случае дерева). Из-за стремления шпонок к повороту возникают боковые усилия (распор), которые воспринимают (гасят) стяжные болты. К числу традиционных относятся призматические деревянные шпонки: поперечные (натяжные) из клиновидных элементов плотной древесины (дуба), продольные прямые и продольные наклонные. В последнем случае скалывание шпонки отсутствует, но соединение не может воспринимать знакопеременные усилия. Во избежание чрезмерной деформативности , а также снижения расхода стальных болтовглубину врезки шпонок в брусья принимают не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, в бревна - не менее 3 см и не более 1/4 диаметра бревна. Призматические шпонки нельзя использовать для соединения элементов деревянных конструкций в узлах под углом.
