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.
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.
Если повнимательнее присмотреться к массивной старинной мебели или дверям, то в глаза бросается красивая и равномерная текстура: изделие кажется вырезанным из одного большого куска дерева. Только при ближайшем рассмотрении можно выделить отдельные дощечки, которые и составляют общую поверхность.
Раньше мебель не изготавливали, как это делается сегодня, из толстых досок. Просто столяры были искуснее. Из множества тонких дощечек они могли сделать большую панель с идеально гладкой поверхностью. Хотя известно, что дерево живет своей довольной бурной жизнью, даже когда оно больше не соединено корнями с землей. Оно подвергается воздействию температуры и влажности, а также механическим, нагрузкам, в результате чего может неожиданно проявить свой «характер».
Техника соединения дощечек так, чтобы они долго оставались ровными и гладкими, называется соединением встык по длине.
Нужно внимательно рассмотреть каждую дощечку и сравнить ее текстуру с текстурой соседних деталей: древесные волокна каждой детали должны проходить в обратном направлении по сравнению с волокнами соседних дощечек. Так одна доска «запирает» другую.
Характер текстуры зависит от того, из какой части ствола вырезана доска — из средней или крайней. Доски можно разложить по-разному: в одном случае так, что поверхность будет казаться срезом одного ствола, в другом, перемешав доски, создать необычный узор.
Но в любом случае при подгонке доски должны располагаться друг против друга так, чтобы получался волнистый узор. Поэтому достичь эффекта «целого дерева» и при этом «запереть» дерево очень непросто. Ведь видны попеременно то лицевая (обращенная к сердцевине дерева), то изнаночная (обращенная к коре) сторона досок.
Чтобы доски по длине плотно прилегали друг к другу, края должны быть абсолютно прямыми. Нужно вертикально закрепить доску между двумя направляющими досками и обработать поверхность рубанком. Обрабатывайте древесину сразу, не откладывая, — при изменении влажности воздуха она может снова деформироваться.
По столешнице, собранной из досок, раньше судили о мастерстве столяра. Умение соединять доски встык по длине может пригодиться и сегодня. Мы покажем и расскажем, как это делается.
Маркирование и склеивание
Как правильно соединять доски по длине вставной планкой
Планка укрепляет соединение по всей длине, выполняя при этом две функции: она увеличивает вдвое площадь стыковочных участков, покрываемых клеем, так как проникает внутрь обеих досок, что придает соединению дополнительную прочность, а благодаря противоположному направлению волокон в планке по отношению к волокнам в основных деталях соединение более устойчиво к нагрузкам.
Использование фанеры
Для планки, которая должна быть очень тонкой, самый подходящий материал — фанера. Если, к примеру, вы возьмете планку из цельного дерева, то расположение волокон в планке и досках окажется параллельным. При этом будет достигнута высокая прочность соединения, но сама планка не выдержит нагрузки и сломается, если доски начнут прогибаться. Можно использовать планку с поперечным направлением волокон. Она хорошо выдерживает нагрузку при прогибании досок и придает большую прочность соединению, но такие планки ограничены по длине и крайне ненадежны при продольных нагрузках. Многослойная фанера компенсирует недостатки планок из цельного дерева, обеспечивая соединению прочность.
Альтернатива рейке — вставные шипы, которые располагают с посадкой на клей на расстоянии 10-20 см друг от друга. Сначала в одной доске высверливают отверстие для шипов, затем специальными маркерами помечают расположение шипов на другой доске.
Левая планка длиннее, средняя — толще, чем нужно, правая выполнена правильно. Она должна быть короче общей высоты пазов, чтобы осталось место для клея.
Глухое соединение с использованием планки из многослойной фанеры. Планка полностью скрыта, а доски в торцах сохраняют целостность.
Необходимость расширить или удлинить деревянную заготовку обуславливается ограниченностью поперечных сечений и длин досок и бруса, имеющихся в распоряжении столяра вследствие распиловки деревьев.
Возникает также необходимость в соединении двух или более деревянных заготовок в поперечном или наклонном направлениях, когда требуется создать рамочное изделие с применением древесины и других материалов. Столярные соединения осуществляются путем склеивания, с помощью гнезд и пазов, которые связываются друг с другом в соединяемых деталях.
Эти соединения называют сращиванием. Они представляют собой соединение двух или более деревянных заготовок их пластинами или кромками соответственно, в результате получается деревянное изделие с такими размерами, которые невозможно получить из целого куска древесины.
Существуют две различные группы стыковочных соединений
- стыковка двух просто обструганных и склеенных деталей торцами или кромками;
- вторая группа стыков предполагает наличие укрепляющих элементов, таких, как шипы или соединение в шип и паз.
Плоскостное сращивание, или соединение встык по длине
Плоскостное сращивание выполняется склеиванием прямых краев досок. Оно считается не очень прочным. Прочность такого соединения в сильной степени зависит от толщины соединяемых деталей, от получившегося в результате контакта между поверхностями соединяемых деталей, а также от типа клея, который может легко изменяться под действием атмосферных и тепловых условий.
Плоскостное сращивание вполдерева
При соединении двух деталей вполдерева у обеих деталей паз делается в половину толщины таким образом, чтобы при сборке паз одной детали точно совмещался с пазом другой. Этот тип соединения позволяет получить большую площадь поверхности стыка, связанную клеем, чем в предыдущем случае, а также допускает возможность усиления стыка с помощью шурупов или вставными шипами. Оно используется в конструкции настилов и рамочных опор.
Широко применяется для соединения заготовок в форме досок. Для выполнения отверстий под пробки используются портативные фрезерные станки.
Сращивание зигзагом
Соединение весьма эффективно, когда необходимо исключить боковое смещение стыка. Чтобы получить такое соединение, необходим калевочно-строгальный станок и резец соответствующей формы. Чем больше наклон разреза, тем больше склеиваемая поверхность, тем выше прочность такого соединения.
Рубанок-цинубель с мелкими зубчиками на режущей кромке создает на поверхностях стыкуемых деталей неглубокие бороздки. Он применяется для склеивания больших поверхностей.
Плоскостное сращивание, или соединение встык, усиленное штифтами
Соединение, усиленное деревянными гвоздиками-штифтами, вставленными до середины толщины соединяемых деревянных деталей. Эти гвоздики могут различаться по исполнению в зависимости от того, какую степень соединения нужно получить.
 |
 |
Рисунок 1. Чередующееся соединение в паз и гребень Рисунок 2. Соединения в паз и гребень с фасонными шпунтами |
Сращивание шпунтами
Сборка этого соединения осуществляется с помощью шпунта (или штыря) и паза (или канавки), поэтому его называют соединением в паз и гребень.
Все фото из статьи
В этой статье мы сделаем обзор того, какие возможны варианты соединения изделий из дерева. А таких способов превеликое множество, от простого соединения встык до сложнейшего соединения «ласточкин хвост». Важно помнить, что не все их можно выполнить самостоятельно, но лишней нижеизложенная информация точно не будет.
Надежная сцепка — залог прочности и надежности для любой конструкции
Перечисляем допустимые варианты
Все они отличаются своей прочностью и сложностью, к примеру, корпус шкафа собирают фальцевым или стыковым соединением, реже используют совмещение «в паз» или «в ус». А вот для изготовления дверной рамы или панели пригодится мастерство шипового соединения.
Ниже перечислены способы соединения деревянных деталей.
Соединение деталей «встык»
Стыковым совмещением называют закрепление краев. Для этого обыкновенно используют крепежные средства и клей. Но стыковое соединение не очень-то надежное, поэтому его следует упрочнять, что сделать не так уж и сложно.
Крепление «встык» желательно упрочнять металлическим креплением: уголками и саморезами
Такой способ обыкновенно применяют при сборке лицевой рамы шкафа, где прочность не играет важной роли, поскольку части рамы надежно прикрепляются к самому шкафу. Соединение деревянных конструкций «встык» обычно укрепляют ламелями или нагелями, которые способны совместить отдельные части во время склейки.
Скрепление деталей «в ус»
Это совмещение имеет некоторые отличия от предыдущего. При склейке поверхности детали скашиваются под углом 45° по отношению к оси . Соединение деревянных деталей «в ус» также необходимо упрочнять с помощью дополнительного крепежа.
К сведению! Обычно такой способ объединения применяют в том случае, когда необходимо соединить два отрезка молдинга в углу.
Упрочнение соединения деталей из древесины
Как уже говорилось выше, упрочнить можно с помощью обыкновенных деревянных нагелей. Нагельные укрепления обыкновенно совершают с помощью двух нагелей, вклеенных в один и в другой конец поперечины, в вертикальные стойки, в соответствующие им гнезда. Существует определенная инструкция выполнения таких соединений:
Размечаем гнезда для нагелей:
- Для четкой разметки, необходимо подлежащие скреплению детали приложить друг к другу.
- Провести линию карандашом, отмечая места для нагелей.
- Продолжить линию на кромку каждой из заготовок, с помощью угольника.
- Высверливаем гнезда для нагелей:
- Для того чтобы гнездо расположилось ровно посредине деревянной детали, необходимо использовать кондуктор для сверления.
- Чтобы гнездо получилось необходимой глубины, необходимо использовать муфту для стопора.
Совет! Если у вас нет стопорной муфты, можно заменить ее, надев на сверло маленький кусочек пленки.
- Собираем детали:
- Необходимо нанести на нагель клей и вставить его в соответствующее гнездо первой детали.
- Соединяем детали вместе.
- Зажимаем.
- Оставляем на время, чтобы дать клею высохнуть.
Упрочнение соединения при помощи ламелей
Если сравнивать виды соединений деревянных конструкций, безусловно, выигрывает ламельное объединение. Пусть цена таких соединений будет чуточку выше, зато с ними очень легко и удобно работать.
Ламели – это спрессованное дерево в виде сплющенных шариков. Гнезда для таких шариков вырезают при помощи специальной ламельной машины. При этом отверстие получается идеальной формы. А из-за того, что ламели немного короче, нежели гнездо, совмещение деталей при склеивании получается более точным. Это очень не удобно.