Элементы стальных колонн

• Оголовок. Данный элемент является верхней частью колонны. Он служит для принятия внешней нагрузки и ее последующей передачи на стержень. Конструируется оголовок с учетом веса опирающихся на него ферм или балок, а также специфики их крепления. При создании проекта выполняются расчеты толщины опорного листа, длины сварных швов и ребер жесткости, сечения стержня колонны.

• Стержень. Представляет собой среднюю часть колонны и передает нагрузку с оголовка на базу. Конструируется стержень с учетом равной устойчивости опоры, то есть гибкости по отношению к главным осям сечения должны быть одинаковыми. Для изготовления колонн с большим сечением необходимо использовать поперечные ребра жесткости.

• База. Данный элемент является нижней частью колонны. Он предназначен для передачи и распределения нагрузки на фундамент, а также необходим для закрепления основы к основанию. Различают два вида баз: с распределительной конструкцией (траверсой) и фрезерованным торцом. Данная часть колонны конструируется с учетом типа материала фундамента, а также толщины и площади опорного листа.

Виды колонн По виду поперечного сечения

• Прямоугольные. У таких металлических опор профиль выполнен в виде геометрической фигуры – четырехугольника.

• Круглые. У данных металлических колонн сечение выполнено в виде круга. Они производятся из стальных труб.

• Двутавровые. У таких опор сечение напоминает по форме букву «Н». Конструкции с данным профилем могут быть как с одинаковой, так и различной друг другу шириной и длиной сечения.

По методу изготовления

• Прокатные. Данные стальные опоры с круглым сечением выполняются методом горячей обкатки. Исходным материалом служат металлические заготовки, которые сначала нагреваются, затем прошиваются, а на заключительном этапе производства, при помощи специального станка, осуществляется их прокатка.

• Сварные. Данные опоры производятся при помощи автоматической сварки. Начальным материалом являются металлические листы, которые сворачивают по необходимой форме и протягивают на специальном станке.

Применение

Металлические колонны применяются не только как главная несущая конструкция. Дизайнеры и архитекторы используют их в декоративном наружном и внутреннем оформлении зданий и помещений. Например, создается «визуальная обманка» – бетонные стены облицовывают листами из нержавеющей стали. Со стороны конструкция кажется цельнометаллической, при этом не только выполняет функцию опоры, но и становится оригинальным дизайнерским решением.

Металлические фермы. Виды. Классификация.Фермой называется стержневая конструкция, у которой концы стержней соединены в узлах и образуют статически неизменяемую систему. Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т.д. Фермы классифицируются по нескольким признакам:

 

-конструктивному решению, -очертанию поясов, -типу решетки, -статической схеме, -типу поперечных сечений.

По коструктивному признаку фермы делятся на легкие и тяжелые. К тяжелым фермам относятся решетчатые конструкции, работающие в тяжелых и особых условиях, например: фермы мостов, ангаров, кранов. Часто эти сооружения воспринимают динамические нагрузки, поэтому их проектируют клепаными или с узлами на высокопрочных болтах.

Наиболее распространенными в строительстве являются легкие фермы, конструкцию которых будем рассматривать ниже.

По очертанию поясов фермы делятся на трапециевидные, треугольные, параболические или сегментные,полигональные, фермы с параллельными поясами.

По типу решетки фермы подразделяются на треугольные, треугольные с дополнительными стойками,треугольные со шпрен-гелями, ромбические, крестовые.

Расчетная схема ферм может быть статически определимой и статически неопределимой, что обусловливает выбор конструкции опорного узла, которые бывают шарнирными и жесткими.

По типу поперечных сечений различают фермы из одиночных или двух симметрично расположенных уголков, труб, гнутосварных профилей, двутавров, тавров, швеллеров. Фермы разделяются также на стропильные и подстропильные.

 

Конструкции покрытий из ферм в основном применяются:

при ширине пролетов зданий, м, - 15, 18, 24, 30, 36 и более; при шаге стропильных ферм, м, - 4,6 или 12; в зданиях однопролетных и многопролетных; при опирании ферм на стальные или железобетонные колонны, кирпичные стены, подстропильные фермы. в зданиях бесфонарных, с зенитными аэрационными или свето-аэрационными фонарями; в зданиях без перепадов или с перепадами высот пролетов; в зданиях бескрановых, с подвесными или мостовыми кранами любых режимов работы; в водоотводах с покрытий неорганизованных и организованных; в покрытиях зданий из стального профилированного настила, асбестоцементных или стальных волнистых листов, железобетонных плит, двух - или трехслойных панелей с эффективным утеплителем; в производственных зданиях отапливаемых или неотапливаемых.

Деревянные конструкции. Достоинства, недостатки. Достоинства и недостатки древесины К основным достоинствам древесины относятся: Малый вес. Древесина имеет в среднем плотность 550 кг/м3 и в 14 раз легче стали, в 4,5 раза легче бетона, что позволяет значительно снизить материальные затраты по транспортировке, по устройству фундаментов, обходиться без тяжелых грузоподъемных механизмов при возведении зданий и сооружений. Прочность. Одним из показателей эффективности применения конструкций из различных материалов является показатель удельной прочности материала, который выражается отношением плотности материала к его расчетному сопротивлению. Для клееной древесины это отношение составляет 3,66-10"4, для углеродной стали 3,7-Ю-4, для бетона класса 22,5 -1,85-10"3. Это подтверждает целесообразность применения наряду со стальными деревянных клееных конструкций в большепролетных зданиях, где собственный вес имеет решающее значение. Деформативность и вязкость. Из всех традиционных строительных материалов только древесина в меньшей степени реагирует на неравномерную осадку оснований фундаментов. Вязкий характер разрушения древесины (за исключением скалывания) позволяет перераспределять усилия в элементах, что не вызывает мгновенного отказа конструкций. Температурное расширение. Коэффициент линейного расширения древесины различен вдоль волокон и под углом к ним. Вдоль волокон значение этого коэффициента в 7-10 раз меньше, чем поперек волокон, и в 2-3 раза меньше, чем у стали. Этот факт дает возможность не учитывать влияние температуры и не требует членения здания на температурные блоки. Теплопроводность. Малая теплопроводность древесины, обусловленная ее структурой, является основой широкого применения в стенах ограждающих конструкций. Коэффициент теплопроводности древесины в 6 раз ниже, чем у керамического кирпича, в 2 раза ниже, чем у керамзитобетона, газо-пенобетонов плотностью 800 кг/м3 и эквивалентен газо-пенобетонам плотностью 300 кг/м3, т.е. плотностью почти вдвое ниже, чем у древесины. Химическая стойкость древесины. Древесину можно использовать без дополнительной защиты или защищая ее покраской, поверхностной пропиткой в условиях химически агрессивной среды. Деревянные конструкции применяются при строительстве складов для химически агрессивных сыпучих материалов таких, как калийные и натриевые соли, минеральные удобрения, разрушающие бетон и сталь. Большинство органических кислот не разрушает древесину при обычной температуре. Самовозобновляемость древесины. Основным достоинством древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является постоянное возобновление ее запасов. При производстве других конструкционных материалов (стали, бетона, пластмассы и др.) расходуется большое количество исходного сырья, запасы которого постоянно иссякают. Кроме того, при производстве большинства конструкционных материалов требуются большие затраты энергии, дефицит которой ощущается во многих странах. Простота обработки. Древесина легко обрабатывается простым ручным или электрическим инструментом. Деформативность древесины позволяет придавать конструкциям из нее различные прямолинейные и криволинейные формы. Производство конструкций небольших пролетов из цельной древесины можно освоить практически на лесопунктах, на любой базе строительной индустрии, что невозможно для производства металлических или железобетонных конструкций. Древесине, как и другим материалам, присущи недостатки: Неоднородность, анизотропность древесины и пороки. Неоднородность древесины проявляется в различии строения и свойств годовых слоев, образующихся в процессе роста дерева в зависимости от условий внешней среды, т.е. климатических условий, различных районов, экологии, продолжительности зимнего и летнего периодов. Неоднородность древесины сказывается на изменчивости показателей прочности, что усложняет получение достоверных расчетных характеристик древесины. Древесина представляет собой тело с тремя осями анизотропии по главным структурным направлениям - вдоль и поперек волокон в тангенциальном и радиальном направлении. Ввиду малого различия между прочностными характеристиками по двум последним направлениям на практике используются характеристики по двум направлениям вдоль и поперек волокон с нелинейной интерполяцией под углом к волокнам. Значительные расхождения прочности древесины при приложении усилий вдоль и поперек волокон значительно усложняют вопросы конструирования деревянных конструкций и, в первую очередь, узловых соединений, что зачастую ведет к нерациональному увеличению сечений соединенных элементов. К основным порокам относятся сучки, трещины и косослой. Наличие сучка изменяет направление волокон древесины либо прерывает их, что значительно влияет на прочность, особенно при растяжении, т.к. происходит неравномерное нагружение всех волокон по сечению. Также снижает прочность древесины наклон волокон относительно оси ствола (косослой), что наглядно демонстрируют опыты на крупных и мелких (чистых) образцах (без пороков) древесины. Зависимость физико-механических свойств древесины от влажности. Древесина обладает способностью впитывать в себя влагу ввиду своей гигроскопичности. От количества влаги в древесине в значительной мере зависят и ее физико-механические свойства. Большое количество влаги может в значительной мере нивелировать некоторые достоинства древесины. Так, плотность свежерубленой древесины хвойных пород (кроме лиственницы) и мягких лиственных пород (осина, тополь, ольха, липа) равна 850 кг/м3. По мере удаления влаги плотность уменьшается. При 15-25% влажности плотность принимается 600 кг/м3, а при 6-12% влажности плотность принимается 500 кг/м3. Лиственница имеет плотность соответственно 800 кг/м3 и 650 кг/м3 при влажности в пределах 15-25% и 6-12% соответственно. Для строительства различают древесину: - сырую с влажностью выше 25%; - полусухую с влажностью 12-25%; - воздушно-сухую с влажностью 6-12%. Ползучесть древисины. При кратковременном действии нагрузки древесина работает практически упруго, но при длительном действии неизменной нагрузки деформации во времени увеличиваются. Даже при малом уровне напряжений ползучесть может продолжаться годами. С увеличением уровня напряжений ползучесть проявляется более ярко и может привести к разрушению конструкции. Отслеживанием деформаций ползучести, путем замера прогибов можно прогнозировать эксплуатационное состояние деревянных конструкций. Но если для деревянных конструкций ползучесть является недостатком, то в отдельных случаях при изготовлении изделий из древесины это свойство может обернуться достоинством, например, необходимо придать изделию криволинейную форму. Биопоражение древесины. Напрямую связано с влажностью древесины. При влажности более 18%, а также при наличии кислорода и положительной температуры возникает условие для жизнедеятельности дереворазру-шающих грибов. Также древесина разрушается жизнедеятельностью насекомых, которые разделяются на две группы: насекомые, повреждающие неокоренную древесину в лесу, на складах и лесосеках, и насекомые, которые разрушают окоренную древесину в процессе ее переработки и при эксплуатации в конструкциях. Распространение огня происходит в результате соединения углерода древесины с кислородом. Примерно при 250 °С клетчатка древесины начинает разлагаться, образующиеся при этом вещества начинают гореть и своим теплом разлагают моховые части древесины. И если с наружной стороны древесина быстро обгорает, то ввиду малой ее теплопроводности и появлению толщины обуглевающего слоя, препятствующему поступлению кислорода, дальнейший процесс сильно замедляется. Поэтому деревянные конструкции массивного сечения имеют большую огнестойкость по сравнению с металлическими конструкциями. Все вышеперечисленные достоинства и недостатки древесины обусловлены, в первую очередь, анатомическим строением древесины.

Виды строительной древесины. Дерево – самый популярный и экологически чистый материал, широко используемый в интерьере нашего дома или офиса. Оно никогда не выходит из моды, всегда оставаясь красивым, универсальным и уместным средством выражения хорошего вкуса хозяев, которые заполняют этим природным материалом своё личное пространство. Сторонники учения фен-шуй говорят о дереве как о материале, который способен принести в семью уют, радость, спокойствие и благополучие.

 

Повсеместно мы находимся в окружении изделий из дерева, но что мы знаем о них? За многие столетия древесные мастера узнали об этом материале всё: какая порода дерева чем славится, как её правильно использовать.

 

Самым популярным природным продуктом является СОСНА. Это довольно лёгкий и недорогой материал, из которого изготавливают двери, мебель для дачи, полочки для одежды и обуви и т.д. Сосна позволяет поддерживать необходимый уровень влажности в помещении и делает его обитателей невосприимчивыми к различным видам заболеваний.

 

Второй по популярности – ДУБ. Ещё в древности русские и зарубежные мастера почитали эту древесную породу за долговечность и крепость. Дубовый паркет считается одним из самых дорогих и прочных. Мебель, выполненная из дуба, может насчитывать несколько столетий. У этого дерева невероятно сильная энергетика.

 

Ещё одним чрезвычайно прочным материалом считается ОРЕХ. Эта порода обладает богатой цветовой гаммой. В природе можно встретить от жёлтого ореха до почти чёрного. При покупке изделия из ореха нужно помнить, что древесина с течением времени может поменять свой оттенок со светлого на более тёмный.

БУК – очень качественная порода. Любят её мастера за то, что она гнётся под действием пара и сохраняет свою форму при высыхании. Бук идеально подходит для изготовления так называемой «гнутой» мебели. Оттенки бывают от розоватого до бурого. При нанесении на поверхность древесины лака цвет изделия сохраняется.

От природы очень мягкая ЛИПА находит своё применение в декоративно-прикладном искусстве. Из её древесины легко вырезать даже самый замысловатый узор. Если из липы изготавливают мебель, то чаще такую, которая не будет подвергаться тяжёлым нагрузкам.

 

БЕРЁЗА или ВИШНЯ с их природными тёплыми оттенками используется мастерами при изготовлении мебели в тех случаях, когда они хотят сделать акцент на внешних свойствах древесины и её декоративной красоте.

 

Экзотические породы дерева чаще используют для украшения мебели из других пород. Декоративные вставки из палисандра или махагона придают изделию новое благородное звучание.

 

Древесина ПАЛИСАНДРА необычного фиолетового оттенка с ароматом, напоминающим запах фиалки, сочетает в себе ещё и чрезвычайную прочность, что делает палисандр уникальным деревом.

 

Не оставляет равнодушным мастеров-краснодеревщиков МАХАГОН. Его древесина красноватых оттенков обладает прочностью, изяществом и долговечностью.

Натуральные пиломатериалы. Строительство новых зданий или производство предметов интерьера невозможно представить без использования разных видов дерева. Дерево – это материал, который обладает необыкновенной, присущей только ему красотой и теплотой. Ни один (даже самый современный материал) не может сравниться с роскошью настоящего дерева, неповторимым запахом, исходящим от древесины. При грамотной обработке и соблюдении правил эксплуатации изделия из древесины будут довольно долго радовать глаз своим видом и служить предметом интерьера. Не секрет, что из ценных пород древесины изготавливают элитные образцы мебели, а жилые дома, сделанные из лиственницы, способны долгое время радовать своих хозяев, не поддаваясь гниению.  В последнее время многие российские компании обратили свое внимание на развитие рынка деревообрабатывающей индустрии. Ценные виды ясеня, кедра, лиственницы, сосны, дуба теперь используются не только в качестве декоративной отделки домов, но и стали тем материалом, который способен привнести в интерьер особый шарм и изюминку, насытив помещение неповторимой жизненной энергией. Большинство сортов ценных сортов древесины произрастают в России, что ощутимо снижает расходы при изготовлении пиломатериала. Для производства изделий хорошего качества особое значение имеет правильная обработка древесины, процесс хранения и сушки.  Повышенной твёрдостью и прочностью, а значит и более длительным сроком службы отличается пиломатериал дуб, который привозят из Азии, Америки и Европы. В России дуб произрастает в лесах Северного Кавказа. Большим спросом пользуется морёный дуб, который перед изготовлением изделий длительный период времени вымачивают в воде, в следствии чего дерево темнеет создавая тем самым неподражаемый шарм и изысканность. Несмотря на плотность, дуб легко обрабатывается инструментами и лаками. Обрезная доска дуба имеет повышенный уровень гладкости. Пиломатериал дуб с успехом применяют в столярном, мебельном производстве. Из дуба производят паркетную доску, подводные и надводные постройки.  Еще одним примечательным материалом является бук. К сожалению, на территории России он произрастает далеко не везде, но изделия из бука пользуются спросом ввиду своей долговечности. Пиломатериал бук не такой прочный, как дуб и ввиду гигроскопичности больше подвержен гниению, поэтому не стоит использовать его во влажных помещения. Гигроскопичность бука воздействует и на снижение времени его сушки. Обработка бука не доставляет особых хлопот. Он легко пилится, раскалывается, обрабатывается разными инструментами. При обработке паром пиломатериал бук отлично изгибается, в следствии чего можно с успехом использовать его в изготовлении мебельных изделий.  Пиломатериал ясень отлично гнется, при обработке не имеет щепок и расколов, практически не подвержен гниению. Ясень использовался людьми с древних времен при изготовлении дубинок и луков, в спортивном оборудовании. Полезность правильно обработанного ясеня была на много выше большинства пород красного дерева.  Пиломатериал из лиственницы не имеет равных при работе в условиях высокой влажности. Лиственницу используют в мебельном и столярном производстве. Особо ценятся паркетные и досчатые напольные покрытия из ясеня. Прочность половой доски из лиственницы гораздо выше изделий, к примеру, из сосны. Не малую роль играет и тот факт, что пиломатериал лиственница не подвержен гниению и имеет небольшое количество сучков, что очень хорошо сказывается при обработке изделий. Также лиственница обладает отличными механическими свойствами. 

Клееная древесина. При распиловке круглого леса (пиловочника) на пиломатериалы и раскрое досок на заготовки получается значительное количество отходов в виде реек, коротких обрезков, узких и короткомерных пиломатериалов, которые не находят применения в строительстве. Выход деталей из досок колеблется от 40 до 60% от их объема или от 25 до 35% от объема бревен.

Наиболее простым и эффективным способом использования этих отходов лесопиления, так же как и низкосортных и маломерных пиломатериалов, доступным лесопильно-деревообрабатывающим предприятиям с большим и малым объемом переработки древесины, является производство клееной древесины, которая заменяет высококачественные пиломатериалы.

Общий вид клееной панели, форма и размер зубчатого шипа а — вид панели в плане; б — зубчатый шип для панелей толщиной 19 мм

Клееная древесина может с успехом применяться в строительстве для изготовления оконных и дверных блоков, паркетных досок, щитовых дверей, а также элементов строительных конструкций. Производство клееной древесины по,сравнению с древесно-стружечными плитами требует в 10—15 раз меньше синтетических смол и в 3—4 раза меньше капиталовложений.

Организация на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях производства клееной древесины по самым скромным подсчетам может дать в 1965 г. дополнительно около 5 млн. м3 пиломатериалов.

За рубежом производство клееной древесины получило широкое развитие. Так, в США за период с 1951 по 1955 г. общий объем изделий и конструкций из клееной древесины увеличился с 250 тыс. до 1000 тыс. м3, при этом главным образом при помощи высокочастотного склеивания.

В западно-европейских странах в настоящее время имеется около 1000 высокочастотных установок для склеивания древесины. По имеющимся данным в ФРГ применение высокочастотного склеивания в деревообрабатывающей промышленности позволило снизить стоимость продукции на 20%.

Использование современных методов подогрева током высокой частоты, электроконтактного подогрева, высокоэффективных клеев и др. позволяет сократить время твердения клея до 30 — 50 сек. вместо 4—6 час. при холодном способе, т. е. более чем в 500 раз, и обеспечивает высокую производительность труда, а также рентабельность производства.

Институтом строительных конструкций и НИИОМТП Академии строительства и архитектуры СССР, МОПЭО Тяжпромэлектропроекта Минстроя РСФСР, НИИДревмашем Госкомитета по автоматизации и машиностроению СССР, СКТБД Мосгорсовнархоза, ЦНИИС Минтранстроя СССР, НИИТВЧ Ленинградского совнархоза, деревообрабатывающими комбинатами № 3, 6 и 7 Главмоспромстройматериалов, Витебским ДСК Белорусского совнархоза и др. на основе экспериментальных, проектных и производственных работ созданы и испытаны различные виды оборудования для склеивания древесины, даны рекомендации по его промышленному использованию и составлены инструкции и указания, охватывающие все основные вопросы технологии склеивания.

Некоторые предприятия (Костопольский и Витебский комбинаты, ДОК-3 Главмоспромстройматериалов и др.) уже выпускают в кустарных условиях на примитивном оборудовании клееные строительные детали, щиты пола, щитовые двери, паркетные доски, оконные и дверные коробки. Даже изготовленные в этих условиях клееные детали на 20—30% дешевле соответствующих деталей из массивной древесины. Совершенно не применяется клееная древесина и в строительстве железных дорог. На строительство и содержание железных дорог и путей промышленного транспорта в СССР ежегодно расходуется более 50 млн. шпал. Только в 1959 г. на изготовление шпал и переводных брусьев израсходовано около 11 млн. мг высококачественной древесины. Недостаток в южной, центральной и западной частях СССР леса диаметром 24 см и выше, нужного для изготовления деревянных шпал, вынуждает поставлять его в эти районы из Сибири и Дальнего Востока, вследствие чего стоимость шпал повышается на 30—40%. В то же время в центральной, северной и западной частях России имеется большое количество тонкомерного леса и отходов деревообрабатывающей промышленности, пригодных для изготовления клееных шпал, обладающих рядом преимуществ по сравнению со шпалами из цельной древесины. В настоящее время Комитетом стандартов мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР утверждены ГОСТы на клееные мостовые брусья и шпалы (ГОСТ 9370—60 и 9371—60). Применение клееных шпал и брусьев позволит увеличить сырьевую базу для изготовления этих сортиментов, создать условия для механизации путеукладочных работ и увеличения грузооборота, значительно увеличить срок службы шпал и брусьев.

Применение клееных шпал и брусьев даст значительный экономичный эффект для народного хозяйства.

Несмотря на неоспоримую эффективность производства и применения клееной древесины и несложность требуемого технологического оборудования, этому производству не уделяется должного внимания.

Типы соединения деревянных конструкций. Создавая силовую схему деревянного каркаса здания, приходится в той или иной степени использовать способы соединения деревянных элементов, опыт выполнения которых формировался веками. При этом соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины — сращиванием. Кроме того, деревянные элементы каркаса могут соединяться в узлах конструкций под различными углами. Искусство подгонки деревянных соединений шлифовалось столетиями. Раньше, когда промышленное изготовление металлических соединителей (гвоздей, шурупов и т.п.) не было налажено и их себестоимость была высока, научились так подгонять концы или края деревянных заготовок друг к другу, чтобы они выдерживали эксплуатационную нагрузку и сопротивлялись воздействию окружающей среды.

По способу передачи усилий соединения деревянных элементов разделяют на следующие виды:

• соединения на механических связях (на болтах, гвоздях, шурупах, и т.п.);

• соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов (шипов, врубок, нагелей и т.п.);

• соединения на клеях.

Гвоздевые соединения каркасных секций

Соединения на механических связях обладают достаточно высокой прочностью и надежностью. Передача сил в таких соединениях происходит от одного элемента к другому через отдельные точки и компенсируется силами трения между металлом и волокнами древесины (гвоздевое соединение) или упорами винтовой нарезки и прорезаемыми в древесине винтовыми желобками (соединение на шурупах). Гвоздевые соединения осуществляются при помощи гвоздей. Наиболее применимые из них даны на рис.18. Количество гвоздей определяют расчетным путем, а в некоторых случаях назначают конструктивно, например, при настилке полов, установке встроенного оборудования, обшивке потолков и перегородок и т.п. В гвоздевых соединениях конструкций, изготовляемых из древесины лиственницы и твердых лиственных пород, гвозди диаметром более 6 мм следует забивать в заранее просверленные отверстия (рис. 19). Причем, диаметр отверстий должен составлять 0,9 диаметра забиваемого гвоздя. В соединениях из досок мягких пород гвозди независимо от диаметра забивают без предварительного сверления. При забивке гвоздей следует придерживаться нескольких правил, которые повышают эффективность соединения и избавляют от нежелательных последствий:

• чтобы древесина не раскололась во время забивания гвоздя, нужно притупить его кончик (или откусить его кусачками). Такой гвоздь будет сминать волокна древесины, а не раскалывать ее;

• нужно помнить, что гвоздь, забитый вдоль волокон, держится намного слабее, чем гвоздь, забитый поперек волокон;

• несколько забитых гвоздей, расположенных близко друг к другу вдоль одного слоя древесины, могут ее расколоть. Древесина расколется и в том случае, когда толстый гвоздь забить близко от кромки. Чтобы избежать этого, гвозди лучше брать меньшего диаметра, увеличивая их количество. Забивать их лучше в шахматном порядке.

Виды гвоздевых соединений:

Шурупы и глухари:

Некоторые приемы, которыми пользуются при забвении гвоздей. Соединения на шурупах и глухарях более надежны, так как для выдергивания шурупов потребуются достаточно большие усилия. Шурупы различаются размерами, формой шляпки и шагом резьбы. Как правило, часть поверхности стержня шурупа резьбы не имеет. Самыми крупными шурупами являются так называемые "глухари". Они имеют квадратную или шестигранную шляпку и закручиваются гаечными ключами. Некоторые из таких шурупов обладают прорезью на шляпке, что позволяет использовать отвертку.

Расстановка шурупов и глухарей и размеры просверленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим стержня с древесиной, исключая ее раскалывание. Расстояния между осями винтов в продольном направлении должны быть не менее 10 диаметров стержня, а поперек волокон — 5 диаметров. Диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответствовать диаметру ненарезной части глухаря. Диаметр заглубленной части шурупа или глухаря по всей длине нарезной части должен быть на 2—4 мм меньше полного его диаметра, что обеспечит надежный упор винтовой нарезки.

В древесину шуруп завертывают отверткой или электрошуруповертом, а не забивают. При забивании шурупа в древесину винтовое соединение получается непрочным, так как сминается нарезка и нарушается древесина в месте прохождения шурупа. При этом соединение теряет до 40% силы, удерживающей шуруп в древесине. Для прочного соединения шуруп необходимо заворачивать до отказа. При этом прочность соединения во многом зависит от плотности древесины, размеров и количества шурупов, глубины их завертывания. В древесину твердых пород шурупы заворачивают в заранее просверленные отверстия, диаметр которых должен составлять 0,9 от диаметра ненарезанной части шурупа. Во влажную древесину заворачивать шурупы не рекомендуется, так как они будут быстро корродировать и прочность соединения нарушится.

Болтами можно соединять как изогнутые, так и прямые детали. Крепежный болт используется для крепления досок сечением 50x100 мм. Машинный и каретный болты применяют для установки деревянных деталей на стальных конструкциях. Параметры болта определяют заданным его диаметром и длиной от нижней плоскости шляпки до конца. Длина крепежного болта с плоской шляпкой измеряется от верхушки до конца.

 Соединения на нагелях:

Соединения на нагелях препятствуют взаимному сдвигу стыкуемых элементов, поэтому гвозди и шурупы в некоторой степени можно считать разновидностью нагелей. В нагельном соединении, находящемся под воздействием внешней нагрузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию. Нагели бывают стальные, пластмассовые и деревянные, а по форме — цилиндрические и пластинчатые (рис. 23). В конструкциях, которые находятся в агрессивной среде, используют алюминиевые, пластмассовые и дубовые нагели.

Древесина для нагеля подбирается из твердых пород, а ее влажность должна быть на 3-5% ниже, чем влажность основной древесины. В этом случае при достижении баланса влажности нагель плотно заклинивается в гнезде, создавая прочное соединение. Если влажность нагеля и основной древесины будет одинаковой, то при высыхании древесины плотность посадки нагеля уменьшается и соединение может разрушиться. Выбор того или иного диаметра нагеля целиком и полностью зависит от толщины соединяемых деталей и от требований к прочности соединения. Расчетную несущую способность на один срез нагеля определяют исходя из трех условий:

• изгиба металлического нагеля;

• смятия древесины крайнего соединяемого, а также более тонкого элемента толщиной а;

• смятия древесины среднего соединяемого, а также более толстого элемента толщиной с.

Различают две группы соединения на нагелях: симметричные и нессиметричные. Расчетную несущую способность цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях сосны и ели принимают равному одному из значений, приведенных в таблице 10.

Соединения на клеях — наиболее прогрессивный способ соединения древесины, отвечающий индустриальным методам изготовления. Этому во многом способствует наличие водостойких и биостойких строительных клеев (на основе синтетических смол), открывших широкие возможности использования клееных конструкций в индустриальном и гражданском строительстве. К достоинствам клееных конструкций относятся возможность компоновки крупноразмерных конструкций из мелкоразмерного сортамента, использование древесины низких сортов в менее напряженных зонах конструкций, отсутствие ослаблений врезками и врубками, надежная работа на сдвиг в швах и т.д. Недостатком клееных конструкций считается необходимость тщательного контроля в заводских условиях и сложность изготовления соединений при монтаже.

Технологический процесс склеивания состоит из нескольких операций, поэтому правильная подготовка поверхностей и подбор склеиваемых деталей по годичным слоям древесины играют не последнюю роль в прочности соединения. Если древесина неверно подобрана, то в процессе эксплуатации (при изменении температурно-влажностного режима} детали могут неравномерно разбухать, в результате клеевое соединение разрушится. Прочное и надежное соединение получится тогда, когда соблюдаются следующие условия:

• влажность древесины при склеивании должна быть такой, как в и процессе эксплуатации. При этом обе склеиваемые детали должны иметь одинаковую влажность;

• склеиваемые поверхности должны располагаться таким образом, чтобы годичные слои были направлены в противоположные стороны или под углом друг к другу;

• сопрягаемые поверхности должны быть очищены от пыли, жировых включений и подогнаны друг к другу без зазоров;

• соединяемые кромки лучше склеиваются, если они относятся к одной и той же части ствола (заболони или ядра);

• тонкие заготовки лучше склеиваются, чем толстые.

В настоящее время для создания клееных конструкций используют доски и брусья хвойных пород влажностью не более 12% и толщиной не более 42 мм в прямолинейных элементах и 33 мм в криволинейных. Применяют дощатые клееные конструкции в сочетании со строительной фанерой, а также с фанерой и сталью. Склеивание производят под давлением 0,3—0,5 МПа при длительности запрессовки 4—24 часа. Основные виды клеевого соединения конструкций приведены на Для склеивания шипы и все сопрягаемые поверхности деталей смазывают клеем, собирают и проверяют прямоугольность соединения. После этого склеенные элементы сжимают струбцинами или другими приспособлениями и оставляют до полного засыхания клея. Надежность соединения будет зависеть от того, как правильно будет зафиксированы склеиваемые детали до полного высыхания клея.

Поперечные сечения клееных конструкций бывают прямоугольными, двутавровыми, коробчатыми и пр. Клееные соединения применяют при изготовлении несущих и ограждающих конструкций, выполненных из досок или строительной фанеры. К числу таких конструкций относятся составные из досок балки, дощато-фанерные балки, гнутые арки, рамы, щиты ограждающих частей зданий, стропильные фермы и др.

Дощатоклееные балки в виде многослойного пакета обладают рядом преимуществ перед другими составными балками:

• они работают как монолитные;

• их можно изготовлять с поперечным сечением большой высоты;

• в балках длиной более 6 м отдельные доски стыкуют по длине с помощью зубчатого шипа и, следовательно, балки не будут иметь стыка, ослабляющего сечение;

• в дощатоклееных балках можно рационально размещать доски различного качества по высоте — в наиболее напряженных зонах доски 1-го сорта, в менее напряженных зонах доски 2-го и 3-го сортов.

В отечественном строительстве применяют дощатоклееные балки пролетом до 24 м. Сечения дощатоклееных балок принимаются в большинстве случаев не более 16,5 мм, что позволяет изготовлять их из цельных широких досок, склеенных между собой кромками, с расположением этих стыков вразбежку по высоте. Высота сечения балок определяется расчетом и находится в пределах от 1/10 до 1/15 пролета. Форма дощатоклееных балок может быть прямоугольной, односкатной, сегментной и двускатной, постоянной и переменной высоты (рис. 26). Высота балок переменного сечения на опорах должна быть не менее 0,4 высоты сечения в середине длины. Балки склеивают из досок не более 44 мм. Доски перед склеиванием фрезеруют по лопастям на 2,5—3,5 мм, а после склеивания кромки балок фрезеруют в среднем на 5 мм.

Клеенофанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов (рис. 27). Поперечное сечение клеенофанерной балки может быть двутавровым и коробчатым. Так как при этом пояса балки удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эффективно. При этом клеенофанерные балки могут быть постоянной высоты, двускатными, а также с криволинейным верхним поясом. Балки с плоской фанерной стенкой рекомендуется использовать для пролетов до 15 м. Их высоту назначают в пределах 1/18—1/12 длины пролета. Толщина стенок должна быть не менее 8 мм. Доски поясов балки могут располагаться как горизонтально, так и вертикально. Пояса балки по плоскостям склеивания с фанерными стенками должны иметь прорези для того, чтобы ширина клеевых швов не превосходила 10 см. Это предотвратит появление перенапряжения швов при колебаниях температуры и влажности.

Придание жесткости фанерной стенке обеспечивается установкой дощатых ребер жесткости, которые располагают в коробчатых балках в полости между двумя фанерными стенками. В двутавровых балках ребра жесткости располагают по обе стороны стенки. По длине ребра жесткости ставятся с шагом, равным 1/8—1/10 пролета.