10.1. Несущая способность на сдвиг соединений на металлических нагелях

При определении несущей способности соединения на металлических нагелях, должны учитываться предел текучести материала нагеля, сила анкеровки и сопротивление выдергиванию нагеля. При соединении древесины с древесиной и древесными плитами нормативная несущая способность для гвоздей, скоб, болтов, дюбелей и шурупов для каждой из плоскостей сдвига, на один элемент (гвоздь, болт, и т. д.), должна приниматься как минимальное значение из следующих выражений:

- для односрезных соединений:

(63)

- для двухсрезных соединений

(64)

(65)

гдеF_v,Rk – нормативная несущая способность одного нагеля одной плоскости среза в соединении;t_i – толщина деревянного элемента, плиты, или глубина забивки гвоздей, причем i – 1 или 2;f_h,i,k – нормативное сопротивление смятию древесины;d – диаметр нагеля;M_y,Rk – нормативный момент пластической деформации нагеля;β – масштабный коэффициент для нормативного сопротивления смятию древесины;F_ax,Rk – нормативное сопротивление нагеля выдергиванию.

Примечание: Пластичность связей обеспечивается лишь в том случае, если применяются относительно небольшие крепежные элементы. В таком случае разрушение будет происходить по вариантам (f) и (k).

В выражениях (63) и (64), первое слагаемое с левой стороны – несущая способность по теории пластичности Джохансена, а второе слагаемое F_ax,Rk/4 – учитывает эффект нити. Слагаемое, учитывающее эффект нити, должно быть ограничено по величине, в процентном отношении от несущей способности по теории Джохансена:

- для гладких гвоздей 15 %;

- для квадратных гвоздей 25 %;

- для других типов гвоздей 50 %;

- для шурупов 100 %;

- для болтов 25 %;

- для дюбелей 0 %.

Если значение F_ax,Rk не определено, расчет можно вести без учета эффекта нити.

Для односрезных соединений нормативное сопротивление выдергиванию, F_ax,Rk, должно приниматься наименьшим из возможных в соединении. Различные режимы разрушения показаны на рис.11. При определении нормативного сопротивления выдергиванию, F_ax,Rk, для болтов, влияние шайб также может учитываться. Если нет ссылки на другие документы, нормативное сопротивление древесины смятию f_h,k должно определяться в соответствии с EN 383 и EN 14358. а нормативный момент пластической деформации M_y,Rk должен определяться в соответствии с EN 409 и EN 14358.

10.2. Соединения на гвоздях

Обозначения для толщин элементов в односрезном и симметричном соединениях (рис.14) приняты следующими:

t₁ – толщина элемента, непосредственно в который забиваются гвозди, в односрезном соединении; толщина меньшего из крайних элементов и глубины проникновения нагелей (длины защемленной части гвоздя) в двухсрезных соединениях.

t₂ – толщина элемента, непосредственно в который не забиваются гвозди, в односрезном соединении (длина защемленной части гвоздя); толщина среднего элемента двухсрезных соединениях.

Предварительное просверливание необходимо выполнять, когда:

- плотность древесины выше 500 кг/м³;

- диаметр гвоздя d больше 6 мм.

Для квадратных гвоздей и гвоздей с нарезкой, диаметр d должен приниматься равным длине стороны.

Для гладких гвоздей из проволоки с пределом прочности на разрыв 600Н/мм², должны использоваться следующие значения нормативного момента пластической деформации:

(66)

где M_y,Rk – нормативный момент пластической деформации гвоздя;

d – диаметр гвоздя по EN14592, в мм;

f_u – предел прочности на разрыв проволоки.

Для гвоздей диаметром до 8 мм, нормативное сопротивление древесины смятию для элементов из древесины и LVL:

- без предварительно просверленных отверстий

(67)

- с предварительно просверленными отверстиями

(68)

гдеρ_k – нормативное значение плотности древесины, кг/м³;d – диаметр гвоздя, мм.

Рис.14. Обозначения t₁ и t₂ (a) для односрезного соединения,

(b) для двухсрезного соединения

В двухсрезных (трехэлементных) соединениях гвозди должны перекрывать друг друга в среднем элементе, чтобы обеспечить условие t-t₂> 4d (рис.15).

Рис. 15. Перекрывающиеся гвозди

Для одного ряда из n гвоздей, параллельного волокнам древесины, при условии, что гвозди смещены друг относительно друга в направлении, перпендикулярном волокнам, не более, чем на d (см.рис.16), несущая способность всего ряда определяется эффективным числом гвоздей n_ef, определяемым по формуле:

(69)

где n_ef – эффективное количество гвоздей в ряду;n – количество гвоздей в ряду;k_ef – коэффициент, принимаемый по табл. 8.

Таблица 8

Значения коэффициента k_ef

Шаг гвоздей a)	kef
	Без предварительного рассверливания	С предварительным рассверливанием
a1 ≥ 14d	1,0	1,0
a1 = 10d	0,85	0,85
a1 = 7d	0,7	0,7
a1 = 4d	-	0,5
a) При шаге гвоздей, отличном от приведенного, kef следует определять линейной интерполяцией

Обозначения: 1 – гвозди, 2 – направление волокон древесины.

Рис. 16. Ряд гвоздей, параллельный волокнам, со смещение гвоздей от линии ряда не более чем на d

При гвоздевых соединениях древесины с древесиной для гладких гвоздей длина защемленной части гвоздя должна быть не менее 8d.Для других гвоздей, указанных в EN 14592, длина защемленной части гвоздя должна быть не менее 6d.Гладкие гвозди считаются неспособными воспринимать поперечные усилия, если они расположены на торцах деревянных элементов. Как альтернатива, гвозди, расположенных на торцах деревянных элементов, могут быть применены, если подчиняются следующим правилам:

- во второстепенных элементах гладкие гвозди могут быть использованы. Расчетное значение их несущей способности должно быть принято равным 1/3 от несущей способности гвоздей, установленных правильно.

- гвозди, не являющиеся гладкими (EN 14592), могут быть использованы не только во второстепенных элементах. Их расчетная несущая способность должна быть принята равной 1/3 от несущей способности корректно установленных гладких гвоздей, при условии, что:

• гвозди загружены поперечной нагрузкой;

• в соединении как минимум 3 гвоздя;

• длина защемленной части гвоздя как минимум 10d;

• соединение 3 класса;

• размеры соединения удовлетворяют требованиям, указанным в табл.9.

Примечания: 1. Пример второстепенной конструкции – сливная доска, прибитая к стропилам.

2. Рекомендуется, тем не менее, соблюдать требования, что гвозди не могут воспринимать поперечные усилия. Рекомендации для отдельных регионов должны быть приведены в Национальных Приложениях.

Минимальные расстояния между гвоздями и гранями элементов, указаны в табл. 9. На рис.17 приведены следующие обозначения:

a₁ – шаг гвоздей в ряду, параллельном волокнам;

a₂ – шаг рядов гвоздей, измеряемый в направлении, перпендикулярном волокнам;

a_3,c – расстояние между гвоздем и незагруженным торцом;

a_3,t – расстояние между гвоздем и загруженным торцом;

a_4,с – расстояние между гвоздем и незагруженной гранью;

a_4,t – расстояние между гвоздем и загруженной гранью;

α – угол между направлением силы и направлением волокон.

Таблица 9

Минимальные расстояния для соединений на гвоздях

Расстояния (см. рис.17)	Угол α	Минимальные расстояния
		Без предварительного рассверливания		С предварительным рассверливанием
	0° ≤ α ≤ 360°	ρk ≤ 420 кг/м3	420 кг/м3≤ ρk ≤ 500 кг/м3
Шаг a1 (параллельно волокнам)	0° ≤ α ≤ 360°	d< 5мм: (5+5|cosα|)d d ≥ 5 мм: (5+7|cosα|)d	(7+8|cosα|)d	(4+|cosα|)d
Шаг a2 (перпендикулярно волокнам)	0° ≤ α ≤ 360°	5d	7d	(3+|sinα|)d
Расстояние a3,t (загруженный торец)	-90° ≤ α ≤ 90°	(10+5|cosα|)d	(15+5cosα)d	(7+5cosα)d
Расстояние a3,c (незагруженный торец)	90° ≤ α ≤ 270°	10d	15d	7d
Расстояние a4,t (загруженная грань)	0° ≤ α ≤ 180°	d< 5мм: (5+2sinα)d d ≥ 5 мм: (5+5sinα)d	d< 5мм: (7+2sinα)d d ≥ 5 мм: (7+5sinα)d	d< 5мм: (3+2sinα)d d ≥ 5 мм: (3+4sinα)d
Расстояние a4,c (незагруженная грань)	180° ≤ α ≤ 360°	5d	7d	3d

Древесина должна предварительно просверливаться, если деревянный элемент тоньше, чем

(70)

гдеt – минимальная толщина элемента, который не нужно предварительно просверливать;ρ_k – нормативное значение плотности древесины, кг/м³

d – диаметр гвоздя, мм.

Элементы из древесины пород, подверженных раскалыванию, сильнее других, должны предварительно рассверливаться, если их толщина меньше, чем:

(71)

Выражение (71) может быть заменено выражением (70), если соблюдаются условия:

a₄ ≥ 10d для ρ_k ≤ 420 кг/м³

a₄ ≥ 14d для 420 кг/м³ ≤ ρ_k ≤ 500 кг/м³

Примечание:Вид древесины, подверженный раскалыванию больше других – ель (abiesalba), лжетсуга тиссолистная (pseudotsugamenziesii) и древесина хвойного дерева (piceaabies). Для ели (abiesalba) и лжетсуги тиссолистной (pseudotsugamenziesii) рекомендуется применять формулу (71). Рекомендации для отдельных регионов должны быть приведены в Национальных Приложениях.

Обозначения: 1 – гвоздь, 2 – направление волокон, (1) – загруженный торец, (2) – незагруженный торец, (3) – загруженная грань, (4) – незагруженная грань.

Рис. 17. Размеры для соединений на гвоздях

(а) – размеры a₁ и a₂, (b) – расстояния от гвоздей до граней и торцов