Металлические крепления столярных соединении

Шурупы, болты, гвозди, стальные хомутики, уголки, накладки и другие используют для крепления деревянных соединений.

Шурупы по сравнению с гвоздями обеспечивают более надежное соединение (рис. 1).

Шурупы

1- с плоской потайной го. ловкой: 2 - с овальной потайной головкой; 3 - со сферической головкой; 4 - с шестигранной головкой
рис. 1

Длина шурупов 10 ... 150 мм, головки до 13 мм. Петли, ручки, замки окон и дверей, а также штапики, обкладки и т. д. закрепляют шурупами. Шуруп в соединяемую деталь ввинчивают отверткой, а не забивают молотком, чтобы не нарушить целостность древесины вокруг гнезда. Шурупы большего диаметра ввинчивают в предварительно просверленное отверстие, составляющее 0,7 ... 0,8 диаметра и глубиной 1/3 длины шурупа (рис. 2). Для утопления головки шурупа заподлицо с поверхностью древесины предусматривают коническое расширение.

Соединение деталей шурупами

а - неправильно; б - правильно
рис. 2

В соединениях встроенной мебели головки шурупа втапливают ниже поверхности с последующей шпатлевкой. Шурупы с овальной хромированной головкой скрепляют детали и придают соединению декоративный вид.

Шурупы используют для крепления гардинных штанг, картин, керамических изделий и т. д.

Ввинчивание шурупов в деревянные, шлакобетонные стены не представляет трудностей. Ввинчивание шурупов в кирпичные и бетонные стены показано на рис. 3.

В отверстие в кирпичной или железобетонной стене закладывают согнутый П-образно отрезок двужильного электрического провода с поливинилхлоридной изоляцией. Выступающие наружу концы провода обрезают и ввинчивают шуруп (рис. 3, а).

Для крепления к стене угольника гардинной штанги в отверстие вставляют отрезок резиновой трубки или кусочек свернутого в трубку рубероида (рис. 3, в), а затем туда ввинчивают шуруп. За счет сопротивления выдергиванию шуруп надежно удерживает угольник. Шуруп может заменить болт с гайкой, помещенный в отверстие (см. рис. 3, б).

Шуруп со спирально намотанной на резьбе медной проволокой вставляют в отверстие, предварительно заполненное раствором гипса. Затвердевший гипс надежно удерживает шуруп и при необходимости его можно вывинчивать и вновь ввинчивать в отверстие (рис. 3, г).

Размельченный капрон (например, часть чулка) в отверстии стены расплавляют нагретым гвоздем и ввинчивают шуруп (рис. 3, д).

Для закрепления в стене болта с резьбой наружу его стержень изгибают под углом 30°, что обеспечит прочность заделки болта после затвердения гипса в отверстии (рис. 3, е).

Плотность заделки шурупа - в древесине вдоль волокон (рис. , ж) обеспечивается вложением в отверстие кончиков многоканального электрического провода с поливинилхлоридной изоляцией.

Установка и крепление шурупов и болтов в стенах

а - в отверстие бетонной стены вложены П-образный кусок электрического провода и шуруп; б - в отверстие вставлены гайка от болта, отрезок резиновой трубки и завинчивается болт; в -шуруп, ввинченный в резиновую трубу; г - в отверстие раствором гипса помещены шуруп с обмотанной по резьбе медной проволокой; д - отверстие заполнено расплавленной капроновой массой, в которую ввинчен шуруп; е - в отверстие забетонирован болт с резьбой наружу; ж - в отверстие вдоль волокон древесины помещены отрезки многоканального электрического провода с поливинилхлоридной изоляцией, между которыми завинчен шуруп; з - шуруп, ввинченный в древесно-стружечную плиту с клеем и отрезком пластмассовой трубки; и - шуруп, ввинченный в переходную трубу
рис. 3

Надежность крепления шурупов в древесностружечной плите обеспечивает заливка горячего столярного клея и предварительно просверленные отверстия и вставкой туда отрезка мягкой пластмассовой трубки и ввинчивания шурупа или болта. После твердения клея шуруп или болт будет прочно закреплен в плите.

Помимо вышеуказанных способов крепления шурупов в каменных стенах используют деревянную пробку из твердой и сухой древесины. Это требует устройства отверстия, плотной забивки туда деревянной пробки и ввинчивания шурупа соответствующей длины и диаметра. Характеристика некоторых шурупов дана в табл. 1.

Таблица 1. Масса 1000 шт. шурупов с потайной головкой, кг

Гвозди изготовляют из проволоки круглого и квадратного сечения. Круглые гвозди меньше перерезают волокна древесины, чем квадратные (рис. 4). Однако квадратные гвозди прочнее соединяют детали и больше сопротивляются выдергиванию. Диаметр гвоздя равен 1/20 части его длины. Для соединения детали из крупнослойной влажной древесины используют более толстые гвозди. Гвозди в замерзшую древесину забивают в предварительно просверленное отверстие диаметром, чуть меньшим гвоздя, и глубиной не менее 1/3 длины. Толстые гвозди в детали из твердых древесных пород забивают в заранее просверленные отверстия на глубину не менее 1/2 длины гвоздя. Это предупреждает гнутие забиваемых гвоздей и растрескивание древесины.

Повреждение волоков древесины при вбивании гвоздей

а - нового; б - бывшего в употреблении
рис. 4

Гвозди в стыках конструкции размещают по прямым параллельным линиям или под углом 45° относительно продольной оси детали. Расстояние (шаг) между гвоздями в направлении волокон не менее 15d (d- диаметр гвоздя) гарантирует от появления трещин в древесине. Расстояние между продольными рядами забитых гвоздей не менее Ad, при размещении в шахматном порядке - не менее 3d. От конца детали (доски, бруска) до крайнего поперечного ряда гвоздей расстояние не менее 15 d, а от края детали до продольного ряда гвоздей - не менее 4d (рис. 5).

Схема размещения гвоздей в стыке балки

рис. 5

Отклонения от шага между гвоздями в узлах деревянной конструкции поперек волокон - не более диаметра гвоздя, вдоль волокон - двух диаметров.

Тонкие детали обычно прибивают к толстым. В противном случае выбирают гвозди по толщине и длине, соответствующие тонкому материалу. Длина гвоздей в 2,5...3 раза превышает толщину прибиваемого мате риала. При наклонной (косой) забивке гвоздей прибитый элемент труднее оторвать от основного. Перекрестная косая забивка гвоздей надежнее параллельной косой.

При толщине соединяемых деталей меньше длины гвоздей, их выступающие концы загибают поперек волокон, что повышает на 25 % прочность соединения.

Прочность соединения гвоздями опиленного или обтесанного материала с круглым уменьшается на 30 %. Круглые элементы не соединяются между собой гвоздями из-за недостаточной силы трения. Поэтому при соединении в местах сопряжения круглых деталей выпиливают или обтесывают прямую накладку вполдерева, усиливая установкой болтов (табл. 2 и 3).

Таблица . Масса 1000 шт. черных болтов с округлением

Таблица 3. Масса 1000 шт. черных гаек и шайб, кг

Строительные скобы (табл. 4) используют в соединениях деревянных конструкций.

Таблица 4. Строительные скобы (прямые и развернутые)

В стыках несущих конструкций не используют гвозди, бывшие в употреблении, с затупленным концом, деформирующие древесину и снижающие прочность соединения (рис. 4).

В соответствии с разметкой сначала забивают гвозди крайних рядов, затем остальные. Гвозди, забитые вдоль волокон, имеют непрочное соединение.

Гвозди размещают одинаково по обе стороны действующей силы (см. рис. 5). Нарушение этого требования приведет к деформации стыка конструкции.

Для разметки места забивки гвоздей применяют шаблон (масштаб 1:1), изготовленный из фанеры.

Размером гвоздей соответствует минимальный шаг между ними, зависящий от направления действующей силы. Требуемое количество гвоздей в месте соединения определяют по данным табл. 8 (гр. 6).

Характеристика различных гвоздей приведена в табл. 5...8.

Таблица 5. Толевые гвозди

Таблица 6. Оцинкованные гвозди для крепления волнистого шифера

Таблица 7. Отделочные гвозди

Таблица 8. Гвозди

Примечание, Длину и диаметр гвоздя определяют по тонкой доске.

Болты используют для соединения бревен, брусьев, толстых досок (рис. 6, а). Их изготовляют из стали диаметром 10...28 мм. Болты отстоят от концов соединяемых деталей не менее чем на 15 см. Их забивают молотком в отверстия соединяемых деталей меньше диаметра болта (0,7...0.8 d). Шайбы толщиной 4...6 мм с наружным диаметром в 3...3,5 раза больше диаметра болта устанавливают с обеих сторон. В стыках несущих конструкций устанавливают не менее двух болтов диаметром до 12,7 мм, с шайбами толщиной б мм. Шайбы предотвращают вдавливание в древесину головки и гайки при затягивании болта и при работе под нагрузкой. Самовольное откручивание гайки предотвращает навинчивание контргайки. Пружинистая шайба (гровер) постоянно затягивает стык, обусловленный высыханием древесины.

Болты используют в стыках несущих конструкций. Характеристика черных болтов дана в табл. 2, а характеристика гаек и шайб - в табл. 3.

Хомутами из полосовой стали толщиной 10... 15 и шириной 30... 100 мм (рис. 6, б) укрепляют соединения строительных конструкций. Место соединения обхватывают хомутом, а затем стягивают его болтом или прибивают гвоздем. В зависимости от формы соединяемых деталей применяют хомуты круглые или прямоугольные.

Уголками закрепляют угловые соединения конструкций (рис. 6, в). Их изготовляют под прямым углом, широкими и комбинированными, из стальных полос толщиной 2...10 и шириной 20...80 мм. Уголки закрепляют шурупами или болтами с одной или обеих сторон соединения. Ими крепят углы створок ворот, оконных и парниковых рам и др. В конструкциях ворот уголки объединены с петлями.

Утапливаемые кольцевидные и квадратные стальные шпонки (рис. 6, г) применяют для бокового крепления двух или трех деталей. Диаметр кольцевидной шпонки 5...20 см, высота (включая выступы) - 3... 5 мм. В местах установки выфрезеровывают соответствующие пазы, куда вставляют шпонку, чтобы половина высоты шпонки входила в каждую деталь. Соединение со шпонкой укрепляют болтами. Соединяемые детали должны быть высушены, а шпонки плотно с натягом вставлены в пазы.

Впрессованные шпонки из стального листа толщиной 1 мм бывают кольцевидные и квадратные (рис. 6, д). Их высота 25 мм с прочными острыми зубьями по обоим краям.

В местах соединения строительных конструкций выполняют отверстия под болты, затем острыми зубьями шпонку закрепляют на одной детали и накрывают второй. Вставив болты, затягивают гайки и сжимают соединение, впрессовывая шпонку в древесину. Зубья шпонок, впрессованные в древесину, обеспечивают жесткое и прочное соединение. Битумная мастика, покрывающая шпонки, защищает их от коррозии во влажной среде. Впрессовываемые шпонки употребляют в стыках крыш и других конструкций, требующих жесткости и прочности соединения.

Металлические крепления для усиления столярных соединений

а - болт с гайкой а шайбой; б - обоймы (хомуты) различных видов; в - уголки под различными углами; г - утапливаемые потайные кольцевые шпонки; д - впрессованные кольцевые и квадратные шпонки с зубчатыми краями
рис. 6

Накладки изготовляют из полосовой стали толщиной 10 и шириной 40...60 мм, длиной 20...80 см (рис. 7). Их крепят гвоздями (желательно коваными) и шурупами. Концы накладок закрепляют прямыми скобами. Накладки применяют при наращивании соединений.

Укрепление концов балок, опертых на капитальную стену

I - вид сбоку; II - план; а - укрепление концевого соединения балок впритык накладкой, скобами и коваными гвоздями; б - укрепление косого концевого соединения балок двумя накладками и скобами; в - укрепление концевого соединения скошенных концов балок прямой строительной скобой: г - укрепление соединения двух косых концов балок в закрытом гнезде двумя накладками, скобами и гвоздями; д - укрепление концов двух соприкасающихся боковыми кромками балок прямой строительной скобой; 1 - капитальная стена или подбалка: 2 - толь или рубероид; 3 - балки; 4 - металлические накладки; 5 - гвозди или болты; в - строительные скобы; 7 - скобы (пробои); 8 - закрытое гнездо; 9 - деревянная подбалка; 10 - забетонированные концы балок; II - столб или колонна
рис. 7

Глухари и крюки изготовляют из квадратной стали сечением 10X10... 12X12 мм или цилиндрической стали диаметром 10...12 мм. Длина глухарей 100... 120мм. Глухари бывают двух видов (рис. 8, а и б). Ими закрепляют оконные и дверные коробки в проемах каменных стен, если в них не заложены деревянные пробки, покрытые битумом.

Строительные скобы изготовляют из квадратной стали размером 10Х10...18Х18 мм или цилиндрической - диаметром 10 ...18мм (рис. 8, в,г,д) длиной 200...500 мм. Заостренные концы скобы согнуты в одну или в разные стороны под углом 90 или 180°.

Характеристика строительных скоб дана в табл. 4.

Глухари и строительные скобы

а - глухарь с расплющенным концом; б - глухарь - крюк с загнутым концом; в - прямая строительная скоба; г - развернутая (180°) строительна" скоба; д - повернутая (90°) скоба
рис. 8

Анкерные болты используют для крепления концов балок в наружных и капитальных стенах (рис. 9). Их прикрепляют к концам балок с помощью болтов и скоб.

Анкеры для закрепления концов балок на капитальной и наружных стенах

рис. 10

Изготовляют болты из листовой стали толщиной 10...12 мм и шириной 40...50 мм. Длина анкерного болта для закрепления конца балки в наружной стене 80...100 см.

Стальная подножка (стремя) служит для подвески промежуточной (короткой) балки к главной в местах пропуска труб. Подножку изготовляют из листовой стали толщиной 10 мм и шириной 50...70 мм. Конец короткой балки опирается на стремя, закрепленное на основной балке (рис. 10).

Металлическая подножка (стремя) и концевое крепление короткой балки к балкам

а -на деревянной подножке; б - на металлической подножке; 1 - короткая балка; 2 - балка; 3 - репка
рис. 10

Конекторы - это квадратные стальные пластины с игольчатыми гвоздями (рис. 11), предназначенные для соединения узлов в несущих конструкциях.

Виды конекторов

рис. 11

Конекторы изготовляют в виде лент, разрезая затем по длине на нужные размеры. Их различают по номерам, толщине материала, по размерам игольчатых гвоздей, размещению и конфигурации. Ширина конекторов 25... 152 мм, длина зависит от величины на грузки. В угловых стыках конекторы впрессовывают попарно (рис. 12).

Конекторы в соединениях

а - в узловом соединении; б - иглы конектора, вдавленные поперек волокон в древесину узлового соединения
рис. 12

Конекторы впрессовывают перпендикулярно волокнам, деформируя их, но не разрушая. Деформированные волокна древесины надежно удерживают гвозди конектора, что обеспечивает прочность соединения. Игольчатые гвозди конектора располагают рядами, в шахматном порядке или кольцеобразно. Оцинкованная поверхность конекторов не подвержена коррозии. До установки конекторов деревянные соединения обрабатывают антисептиками.

Конекторы устанавливают в узлах конструкций, перекрывающих пролеты 7,5...30 м (рис. 13). Высота таких ферм 1...3,85 м.

Схемы ферм (пролетом 7,5...30 м), где используют конекторы

рис. 13

Выбор конектора производится в зависимости от толщины используемых пиломатериалов (№ 14, 18, 20).

Схема крепления конекторов и распределение нагрузки в узлах треугольных ферм показана на рис. 14.

Схема установки конектора и распределение нагрузки в узлах треугольных ферм

рис. 14

У решетчатых балок верхний и нижний пояс из пиломатериалов хвойных пород, узлы - из штампованной профильной стали. Деревянные и металлические элементы скреплены конекторами (рис. 15). Решетчатые балки по высоте имеют размеры 34, 45 и 65 см.

Решетчатая балка

I - верхний и нижний пояс из пиломатериалов; 2, 3 - металлические подкосы; 4 - конекторы; 5 - металлические накладки для укрепления поясов
рис. 15

За счет сопротивления волокон древесина хорошо удерживает гвозди, шурупы, болты и шпонки. Волокна древесины изгибаются и давят на поверхность забитого гвоздя, препятствуя его выдергиванию. Сопротивляемость древесины вбиванию гвоздей зависит от диаметра и длины гвоздя, плотности, твердости древесины, степени влажности, особенностей направления ее волокон и забивки гвоздя. Выдергивание гвоздей зависит от продолжительности времени нахождения их в древесине. В свилеватой древесине гвозди удерживаются крепче, чем в породах с прямыми волокнами. Только что забитый гвоздь удерживается в древесине крепче, чем по истечении времени.

Гвозди, забитые в торец (вдоль волокон), удерживаются на 25...30 % меньше, чем забитые поперек волокон. Способность древесины удерживать гвозди, забитые в радиальном или тангентальном направлении, примерно одинаковая.

Способность древесины удерживать гвозди, шурупы и другие крепления определяется силой их выдергивания. Древесина березы больше сопротивляется выдергиванию гвоздей, чем сосна, сохраняя эту способность в период эксплуатации конструкции. Во влажных условиях применяют оцинкованные гвозди.

Способность гвоздя сопротивляться нагрузкам при двойном смятии показана на рис. 16. На рисунке видно, как гвоздь, изгибаясь, сопротивляется выдергиванию. С увеличением нагрузки больше деформация гвоздя и древесины. Они пропорциональны прилагаемому усилию. Наибольшие напряжения возникают при соприкосновении среднего элемента с крайними на границе, уменьшаясь к середине.

Изгибы гвоздей под действием перегрузки

рис. 16

Столярные и плотничные соединения

Дополнительные крепления столярных соединении

Автор: Х.А. Штерн
Столярно-плотничные работы
перевод: Б.П. Деменьтьева