2.4.6. Гвоздевые соединения

Для изготовления конструкций применяются гвозди диаметром 3,5…6 мм, длиной 75…250 мм. Гвозди изготавливают из высокопрочной холоднотянутой проволоки (проволочные гвозди). Ранее применялись кованые гвозди. В настоящее время широко применяются также гвозди с негладкой поверхностью (гвозди с различной насечкой).

Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных элементов работают как нагели, но имеют свои особенности, так как забиваются в древесину без предварительного сверления отверстий. Заостренный конец гвоздя при забивке перерезает и раздвигает волокна древесины в стороны и уплотняет древесину вокруг гвоздя. Возникает опасность раскалывания деревянных элементов, поэтому расстояния между рядами гвоздей назначаются большими, чем для цилиндрических нагелей (см. табл. 2.1). Гвоздевые соединения обладают свойством ползучести при длительно действующих нагрузках.

Несущая способность гвоздя не зависит от угла  между направлением усилия и направлением волокон и определяется по формулам табл. 2.2 с учетом всех необходимых коэффициентов условий работы.

Примеры гвоздевых соединений показаны на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Гвоздевые соединения:

а – односрезное; б – двухсрезное

Рекомендуется расстановка гвоздей небольшого диаметра (d < 0,25 толщины пробиваемого элемента) в четное количество рядов, допускается косая и шахматная расстановка гвоздей.

Пример 2.4. Запроектировать и рассчитать узел примыкания ригеля к стропи-лам.

Ригель устроен из двух досок сечением ахh₁ = 40x150 мм (рис.2.9). Доски охва-тывают с двух сторон стропильную ногу из бруса сечениемcхh₂ = 100x200 мм и крепятся к ней гвоздями.

Исходные данные. Условия эксплуатации нормальные – Б2. Ригель и стропила из древесины ели 2-го сорта. Угол наклона стропильной ноги к горизонту. Растягивающее усилие в ригелеN_р= 11 кН.

Рис. 2.9. Узел примыкания ригеля к стропилам

Порядок расчета:

1. Принимаем гвозди длиной =100 мм, диаметром d = 4 мм < 0,25a = 10 мм (по п. 5.20 [2]). Гвозди забиваются с двух сторон навстречу друг другу.

Длина нахлестки

=2=2 = 20 мм.

Так как = 20мм < c/3 = 100/3 = 33 мм разрешается сохранять одинаковую разметку гвоздей с каждой стороны соединения.

2. Гвозди работают и рассчитываются как односрезные несимметричные изгибаемые соединения. Расчетная длина защемления гвоздя в среднем элементе (по п.5.20 [2])

a_гв = –a – 2n_ш – 1,5d = 100 – 40–21–1,54 = 52 мм > a = 40 мм.

3. Определяем несущую способность гвоздя на 1 срез (по табл. 17 [2]):

– из условия смятия древесины:

T_см = 0,35 c₁d = 0,35 a_гв d = 0,355,20,4 = 0,728 кН.

При a > a_гв c₁= a; при a < a_гв c₁= a_гв; a = 4cм< a_гв = 5,2см, принимаем c₁ = a_гв = 5,2 см;

– из условия изгиба гвоздя:

T_изг=2,5d ² +0,01a²=2,50,4² +0,014² =0,56 кН < 4d² = 0,64 кН.

В расчет принимаем минимальную несущую способность = 0,56 кН.

4. Определяем требуемое количество гвоздей

n_гв=== 19,7, принимаемn_гв = 20 шт.

Ставим по 10 гвоздей с каждой стороны соединения.

5. Определяем минимальные расстояния между осями гвоздей.

При толщине пробиваемого элемента а  10d расстояние от верхнего крайнего гвоздя до торца ригеля должно удовлетворять условию S  15d (п. 5.21 [2]). Поскольку a = 4 см, 10d =100,4 = 4 см и a =10d, принимаем S = 15 0,4 = 6 см.

Расстояние поперек волокон от продольной кромки ригеля до оси крайнего ряда гвоздей должно удовлетворять условию S₃  4d. Находим S₃ = 4d = 4∙0,4 = 1,6 см. Конструктивно принимаем S₃ = 2,5 см >1,6 см.

Расстояние поперек волокон ригеля между осями средних рядов гвоздей должно удовлетворять условию S₂  4d = 1,6 см, принимаем

S₂ = = = 2 см.

Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон стропил S₁  15d = 6 см при a =4 см  10d = 4 см (по п. 5.21 [2]), принимаем S₁= 8 см.

Если расстояние между осями гвоздей вдоль волокон стропил S₁=8 см, то расстояние между осями гвоздей вдоль волокон ригеля будет не менее чем S₁.