Нагельные соединения со вставками в узлах и на металлических зубчатых пластинках
19. Нагельные соединения со вставками в узлах и на металлических зубчатых (гвоздевых) пластинках.
Нагельные соединения со вставками в узлах
Когда в узлах действуют большие усилия или соединяются несколько элементов, обеспечить передачу усилий через контактные поверхности всех сопрягаемых элементов сложно. В таких случаях целесообразно использовать различные вставки в виде узловых пластин, которые увеличивают площадь узла и одновременно создают многосрезность рабочих связей. В качестве узловых вставок чаще всего применяют пластинки из стали и фанеры. Они могут располагаться снаружи (накладки) и присоединяться снаружи к древесине соединяемых элементов с помощью односрезных нагелей или располагаться внутри деревянного элемента (прокладки) в специальных разрезах с тем, чтобы рабочие связи могли работать как многосрезные нагели.
Соединения с накладками и прокладками на болтах или глухих цилиндрических нагелях допускаются в тех случаях, когда обеспечена необходимая плотность постановки нагелей. Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление не менее 5 диаметров нагеля. Передача усилий от одного деревянного элемента другому происходит последовательно через нагели, пластинку и нагели другого деревянного элемента. Сечение пластинок назначают из условия расчета на растяжение по ослабленному сечению и обеспечения прочности на смятие в гнезде под нагелем. В нагельных соединениях обычно применяют стальные пластинки толщиной не менее 5 мм. Отверстия гнезда под нагели сверлят как правило одновременно в дереве и в пластинке. При этом если прокладки стальные, первый раз делают отверстие сверлом с d, соответствующим гнезду нагеля в деревянном элементе (на 0.2 –0.5 мм меньше d нагеля), затем металлическую пластинку вынимают из разреза и отверстия в ней рассверливают до размера диаметра нагеля.
Технология изготовления этих соединений относительно трудоемка, но оправдана тем, что при размещении металлических элементов внутри древесины (концы нагеля и болтов оставляют ниже поверхности элемента на 2 см и заклеивают сверху деревянной вставкой) повышается огнестойкость деревянных конструкций и их стойкость к действию химически агрессивных сред. Как правило, нагельные соединения со стальными прокладками применяют в узлах клееных элементов большого сечения.
На много проще изготовление соединений на узловых пластинках толщиной не более 2 мм, которые без предварительного просверливания могут быть пробиты на сквозь гвоздями. К таким соединениям относится система «Грейм». Здесь в тонкие прорези вставляются металлические пластики толщиной 1-1.75 мм и пробиваются на сквозь гвоздями.
Соединения деревянных элементов на тонких пластинках системы «Грейм»: а – с трапециевидными пластинками; б – с треугольными пластинками.
Рекомендуемые материалы
Пластинка, находящаяся в разрезе внутри деревянного элемента, при восприятии узловых сжимающих усилий работает на продольный изгиб со свободной длиной, равной расстоянию между рабочими связями, которые скрепляют пластинки с деревянным элементом. Чтобы предупредить выпучивание пластинки, необходимо обеспечить ее плотное прилегание к боковым граням разреза и установить рабочие связи с шагом, при котором не происходит выпучивания пластинки.
Нагельные соединения со стальными накладками и прокладками следует рассматривать также, как и обычные нагельные соединения деревянных элементов, определяя несущую способность нагелей из условия изгиба нагеля и смятия древесины в нагельном гнезде. При этом в расчете из условия изгиба следует принимать наибольшее значение несущей способности нагеля. Стальные накладки и прокладки надо проверять на растяжение по ослабленному сечению и на смятие под нагелем.
Узловые пластинки можно изготавливать и из других, в частности, слоистых материалов. Наибольшее распространение получили соединения деревянных элементов на пластинках из бакелизированной фанеры. Их преимущественно применяют для связевых и других соединений, которые изготавливают непосредственно на строительной площадке. Соединения на фанерных накладках накладках и прокладках осуществляют на цилиндрических нагелях из твердых пород древесины, стали и др., на гвоздях или шурупах. Если фанерные пластинки располагаются снаружи деревянных элементов, то они соединяются односрезными нагелями.
Возможны также многосрезные соединения , если пластинки устанавливают в прорези в деревянных элементах или между их отдельными ветвями. Клеем на основе синтетических смол обрабатывают кромки фанерных листов. Толщину их выбирают в зависимости от диаметра нагеля и из условий работы фанеры на смятие в гнезде. Последние располагают обычно так, чтобы направление волокон наружных слоев фанеры совпадало с направлением волокон соединяемого элемента, в котором действуют большие усилия, или этот угол составляет 45°.
Развитие нагельных соединений с пластинками в узлах привело к появлению нагельных пластин. Одними из первых стали применяться для узловых соединений конструкций с одной или двумя ветвями нагельные пластинки системы «Мениг». Пластинки этой системы изготавливают из пенопласта толщиной 3 мм и слоя синтетической смолы, усиленной стекловолокном толщиной 2 мм. В этой пластинке закреплены сквозные обоюдоострые нагели диаметром от 1.6 мм и длиной по каждую сторону пластинки о 25 мм и более. Толщина соединяемых деревянных элементов может достигать 80 мм.
Нагельные пластинки устанавливают между соединяемыми деревянными элементами. При запрессовке слой пенопласта сжимается и служит контролем для равномерной запрессовки нагелей в оба соединяемых элемента.
По своей работе соединения на нагельных пластинах могут быть сравнены с работой гвоздевых соединений. Несущая способность соединений на пластинах типа «Мениг» составляет 0.75-1.5 Н на 1 мм2 контактной поверхности.
Соединения для брусчатых деревянных элементов большого сечения на нагельных пластинках большой несущей способности представляют собой металлические пластины с прикрепленными нагелями диаметром 3-4 мм. Нагели могут быть сквозными, запрессованными в отверстиях пластинки, или состоять из двух половин, прикрепляемых к обеим сторонам пластинки точечной сваркой.
Применение соединений на нагельных пластинах требует тщательности изготовления, отбора материала и запрессовки в специальных гидравлических прессах при строгом контроле качества.
Соединения на металлических зубчатых платстинках.
Наибольшее распространения в зарубежной практике строительства получили МЗП системы «Ганг-Нейл».
МЗП представляют собой стальные пластинки толщиной 1-2 мм, на одной стороне которых после штамповки на специальных прессах получаются зубья различной формы и длины. МЗП ставят попарно по обе стороны соединяемы элементов таким образом, чтобы ряды МЗП располагались в направлении волокон присоединяемого деревянного элемента, в котором действуют наибольшие усилия.
Дощатые конструкции с соединениями на металлических зубчатых пластинках следует применять в зданиях V степени огнестойкости без подвесного подъемно-транспортного оборудования с температурно-влажностными условиями эксплуатации А1, А2, Б1 и Б2. Изготовление конструкций должно производиться на специализированных предприятиях или в деревообрабатывающих цехах, оснащенных оборудованием для сборки конструкций, запрессовки МЗП и контрольных испытаний конструкций. Ручная запрессовка МЗП недопустима.
Несущую способность деревянных конструкций на МЗП определяют по условиям смятия древесины в гнездах и изгиба зубьев пластин, а также по условиям прочности пластин при работе на растяжение, сжатие срез.
Материалом для изготовления конструкций служит древесина сосны и ели шириной 100-200 мм, толщиной 40-60 мм. качество древесины должно удовлетворять требованиям СНиП II-25-80, предъявляемых материалам деревянных конструкций.
МЗП рекомендуется изготавливать из листовой углеродистой стали марок 08кп или 10кп по ГОСТ 1050-74 толщиной 1.2 и 2 мм. Антикоррозионную защту МЗП выполняют оцинковкой по ГОСТ 14623-69 или покрытиями на основе алюминия в соответствие с рекомендациями по антикоррозионной защите стальных закладных деталей и сварных соединений сборных ж.б. и бетонных конструкций.
Деревянные конструкции на соединениях с МЗП рассчитывают на усилия, возникающие в период эксплуатации зданий от постоянных и временных нагрузок, а также на усилия, возникающие при транспортировке и монтаже конструкций. Сквозные конструкции рассчитывают с учетом неразрезности поясов и в предположении шарнирного крепления к ним элементов решетки.
Несущая способность соединения на МЗП Nc, кН, по условиям смятия древесины и изгиба зубьев пр растяжении, сдвиге и сжатии, когда элементы воспринимают усилия под углом к волокнам древесины, определяют по формуле:
Nc = 2RFp,
где R – расчетная несущая способность на 1 см2 рабочей площади соединения, Fp – расчетная площадь поверхности МЗП на стыковом элементе, определяемая за вычетом площадей участков пластины в виде полос шириной 10 мм, примыкающих к линиям сопряжения элементов и участков пластины, которые находятся за пределами зоны рационального расположения МЗП, которая ограничивается линиями, параллельными линии стыка, проходящими по обе стороны от нее на расстоянии половины длины линии стыка.
Учет эксцентриситета приложения усилий к МЗП при расчете опорных узлов треугольных ферм осуществляется снижением расчетной несущей способности соединения умножением на коэффициент h, определяемый в зависимости от величины уклона верхнего пояса. Кроме того проверяют саму пластинку на растяжение и срез.
Несущую способность МЗП Np при растяжении находят по формуле:
Np = 2bRp,
где b – размер пластины в направлении, перпендикулярном направлению усилия, см, Rp – расчетная несущая способность пластины на растяжение, кН/м.
Обратите внимание на лекцию "44 Социально-экономические и научные предпосылки возникновения марксизма".
Несущую способность МЗП Qср при срезе определяют по формуле:
Qср = 2lсрRcp,
где lср – длина среза сечения пластины без учета ослаблений, см, Rср – расчетная несущая способность пластины на срез, кН/м.
При совместном действии на пластину усилий среза и растяжения должно выполняться условие:
(Np/2bRp)2 + (Qср/2lсрRcp)2 £ 1.
При проектировании конструкций на МЗП следует стремиться к унификации типоразмеров МЗП и сечений пиломатериала в одной конструкции. На обеих сторонах узлового соединения должны располагаться МЗП одного типоразмера. Площадь соединения на каждом элементе (с одной стороны от плоскости соединения) должна быть для конструкций пролетом до 12 м не менее 50 см2, а для конструкций пролетом до 18 м не менее 75 см2. Минимальное расстояние от плоскости соединения элементов должно быть не менее 60 мм. МЗП следует располагать таким образом, чтобы расстояния от боковых кромок деревянных элементов до крайних зубьев были не менее 10 мм.
