Деревянные гвозди
Деревянные элементы фахверковых и тимбер-фрейм каркасов соединяются между собой посредством
шипов и пазов различной конфигурации. Для фиксации соединений
шип-паз применяются деревянные нагели
(шканты, дюбели) и в некоторых случаях деревянные клинья.
Древесина
для нагелей и клиньев должна быть более твердой, чем та, которая применяется для
основных элементов несущего каркаса.
Для
изготовления нагелей используют твердые
породы деревьев: бук, дуб, ясень, береза, клен, акация и другие. Для
строительства каркасов, в основном, применяют хвойные породы более
мягкие: сосна, ель, лиственница, кедр.
Конечно,
можно строить каркасы и из твердых пород деревьев, например, из дуба или бука.
Но сложность обработки и дороговизна
самих материалов ограничивают их применение в основной массе возводимых каркасов. В этом случае
древесина для изготовления нагелей должна быть или одинаковой твердости с
материалом каркаса или тверже.
Напряжение
от нагрузки элемента каркаса с шипом переноситься на элемент каркаса с пазом посредством
нагеля, при этом на нагель действует сразу две силы сдвига (Рис.1).
Рис. 1 Паз и шип
до сборки
Приведем результаты исследований опубликованных TFEC (Timber Frame Engineering Council Technical Bulletin No. 01 2 November 2009)
Номинальная проектная
нагрузка Z на один нагель рассчитывается по
четырем моделям приведенным в таблице (Таблица 1.). При расчете по нижеприведенным формулам должны
учитываться следующие правила:
- Толщина боковых стенок паза должна быть не меньше толщины шипа
- Относительная плотность (удельный вес) материала нагеля Gp должна быть больше или равна плотности материала каркаса Gt, но не должна быть менее 0,57 (Ограничения по удельному весу являются результатом полномасштабных испытаний, которые проводились на уже собранных соединениях). Из-за ограничений в тестовых данных, верхняя граница привязки относительной плотности (удельного веса) не должна превышать 0,73 .
- Формулы применимы для расчета с диаметрами нагеля от Ø0,75 до Ø1,25 дюйма (1”=25,4мм) (Испытания для больших диаметров не проводились).
- Паз и шип соединения должны быть расположены так, чтобы передача нагрузки от элемента с шипом распределялась по направлению вдоль волокон. Расчет не может быть использован для других углов расположения волокон.
ТАБЛИЦА
1.
МОДЕЛЬ
|
НАГРУЗКА
|
D =
F eII = 4770Gp1.32
,
F eq =
, прочность под углом к волокнам , (psi)
Gp
= относительная
плотность древесины нагеля
Gt = относительная плотность древесины Gt
< Gp
Fvy = 4850GpGt0.75 , эффективная прочность на сдвиг, (psi)
Fyb = 24850Gp1.13 , прочность нагеля на изгиб, (psi)
K q =
поправочный коэффициент для учета нагрузки под углом к
волокнам
Lm = толщина шипа , (дюйм)
Ls = толщина щек паза , (дюйм)
Re
= отношение
прочностей шипа и паза
=
Fem / Fes
R =
= 4Kq (Modes Im, Is),
= 3.2Kq (Mode IIIs)
=
3.5 (Mode V)
q
= максимальны угол приложенной нагрузки относительно направления волокон, (градусы) (0° бq б 90°)
Размерность полученной при расчетах номинальной проектной нагрузки Z выражается в фунтах (lbs).
Наиболее часто применяемые параметры соотношений размеров, типов
древесины и их совместимости собраны в Таблице 2 из которой можно брать данные для расчета. В
таблице приведены значения для использования одного нагеля в соединении
шип-паз. Табличные данные могут быть использованы вместо расчета по формулам
приведенным в Таблице 1 при следующих
условиях :
- Толщина шипа не менее 1 1/2"
- Каждая стенка паза не менее размера шипа
- Элемент с шипом подвергается нагрузке вдоль волокон
- Элемент с пазом подвергается нагрузке перпендикулярно волокнам
Таблица
2.
Значения приведены в фунтах (1 кг = 2.2046 lb (pound / фунт))
Значения с символ
* приведены для толщины шипа – 2”
Источники :
1. TFEC (Timber Frame Engineering Council) Technical Bulletin 2009-01
2. TFEC, 2010, TFEC 1-10 Standard for Design of Timber Frame Structures and
Commentary, TFEC Technical Avidities Committee, Becket, MA.
