Соединения элементов деревянных конструкций

Кроме обработки цельных кусков древесины, часто приходится соединять деревянные детали в узлы и конструкции. Соединения элементов деревянных конструкций называют посадками. Соединения в конструкциях деревянных деталей определяются пятью видами посадок: напряженная, плотная, скользящая, свободная и очень свободная посадка.

Узлы — это части конструкций в местах соединения деталей. Соединения деревянных конструкций подразделяются на виды: торцевые, боковые, угловые Т-образные, крестовидные, угловые L-образные и ящичные угловые соединения.

Столярные соединения имеют более 200 вариантов. Здесь рассмотрены только соединения, которыми пользуются на практике столяры и плотники.

Торцевое соединение (наращивание) — соединение деталей по длине, когда один элемент является продолжением другого. Такие соединения бывают гладкие, зубчатые с шипами. Дополнительно их закрепляют клеем, шурупами, накладками. Горизонтальные торцевые соединения выдерживают нагрузки на сжатие, растяжение и на изгиб (рис. 1 — 5). Пиломатериалы наращивают в длину, образуя на концах вертикальные и горизонтальные зубчатые соединения (клиновой замок) (рис. 6). Таким соединениям не нужно быть под давлением в течение всего процесса склеивания, так как здесь действуют значительные силы трения. Зубчатые соединения пиломатериалов, выполненные фрезерованием, отвечают первому классу точности.

Соединения деревянных конструкций должны быть изготовлены тщательно, в соответствии с тремя классами точности. Первый класс предназначен для измерительного инструмента высокого качества, второй класс — для изделий мебельного производства, а третий — для стройдеталей, сельскохозяйственного инвентаря и тары. Боковое соединение кромкой нескольких досок или реек называют сплачиванием (рис. 7). Такие соединения применяют в конструкциях полов, ворот, плотничных дверей и т. д. Дощатые, реечные щиты дополнительно укрепляют поперечинами и наконечниками. При обшивке потолков, стен верхние доски перекрывают нижние на 1/5 — 1/4 ширины. Наружные стены обшивают горизонтально уложенными досками внахлёст (рис. 7, ж). Верхняя доска перекрывает нижнюю на 1/5 — 1/4 ширины, что обеспечивает отвод атмосферных осадков. Соединение конца детали со средней частью другой образует Т-образное соединение деталей. Такие соединения имеют большое число вариантов, два из которых показаны на рис. 8. Эти соединения (вязки) применяют при сопряжении лаг перекрытий и перегородок с обвязкой дома. Соединение деталей под прямым или косым углом называют крестовидным соединением. Такое соединение имеет один или два паза (рис. 3.9). Крестообразные соединения применяют в конструкциях крыш и ферм.

Рис. 1. Торцевые соединения брусьев, сопротивляющиеся сжатию: а — с прямой накладкой вполдерева; б —с косой накладкой (на «ус»); в — с прямой накладкой вполдерева со стыком в тупой угол; г — с косой накладкой со стыком в шип.

Рис. 2. Торцевые соединения брусьев (наращивание), сопротивляющиеся растяжению: а — в прямой накладной замок; б — в косой накладной замок; в — с прямой накладкой вполдерева со стыком в косой шип (в ласточкин хвост).

Рис. 3. Торцевые соединения брусьев, сопротивляющиеся изгибу: а — с прямой накладкой вполдерева с косым стыком; б — с прямой накладкой вполдерева со ступенчатым стыком; в — в косой накладной замок с клиньями и со стыком в шип.

Рис. 4. Сращивание врубкой с усилением клиньями и болтами.

Рис. 5. Торцевые соединения брусьев, работающие на сжатие: а — впритык с потайным выдолбленным шипом; б — впритык с потайным вставным шипом; в — с прямой накладкой вполдерева (соединение может быть укреплено болтами); г—с прямой накладкой вполдерева с закреплением проволокой; д — с прямой накладкой вполдерева с закреплением металлическими обоймами (хомутами); е — с косой накладкой (на «ус») с закреплением металлическими обоймами; ж — с косой накладкой и закреплением болтами; з — разметка косой накладки; и — впритык с потайным четырехгранным шипом.

Рис. 6. Торцевые наращивания схемы фрезерования при торцевом склеивании заготовок: а — вертикальное (по ширине детали), зубчатое (клиновидное) соединение; б — горизонтальное (по толщине детали), зубчатое (клиновидное) соединение; в — фрезерование зубчатого соединения; г — выпиливание зубчатого соединения; д — выфрезерование зубчатого соединения; е — соединение в торец и склеивание.

Рис. 7. Сплачивание досок: а — на гладкую фугу; б — на вставную рейку; в — в четверть; г, д, е — в паз и гребень (с различными формами паза и гребня); ж — внахлест; з — с наконечником в паз; и — с наконечником в четверть; к — с перекрытием.

Рис. 8. Т-образные соединения брусков: а — с потайным косым шипом (в лапу или в ласточкин хвост); б — с прямой ступенчатой накладкой.

Рис. 9. Крестовые соединения брусков: а — с прямой накладкой вполдерева; б — с прямой накладкой неполного перекрытия; в — с посадкой в одно гнездо

Соединения двух деталей концами под прямым углом называют угловыми. Они имеют сквозные и несквозные шипы, открытые и впотёмок, вполупотёмок внакладку, вполдерева и т. п. (рис. 10). Угловые соединения (вязки) применяют в оконных неверных блоках, в соединениях парниковых рам и др.Шиповое соединение впотемок имеет длину шипа не менее половины ширины соединяемой детали, а глубина паза на 2 — 3 мм больше длины шипа. Это необходимо чтобы соединяемые детали легко сопрягались друг с другом, и в гнезде шипа после склеивания оставалось место для излишков клея. Для дверных рам применяют угловое шиповое соединение впотемок, а для увеличения размеров соединяемой поверхности— вполупотемок. Двойной или тройной шип повышает прочность углового соединения. Однако прочность соединения определяется качеством его выполнения. В мебельном производстве широко применяют разнообразные угловые ящичные соединения (рис. 11). Из них наиболее простое — открытое сквозное шиповое соединение. До изготовления такого соединения на одном конце доски шилом размечают по чертежу шипы. По разметке боковых частей шипа пилкой с мелкими зубьями делают пропил. Каждый второй пропил шипа выдалбливают стамеской. Для точности соединения сначала пропиливают и выдалбливают гнезда для шипов в одной детали. Ее накладывают на конец другой детали и размельчают. Затем пропиливают, выдалбливают и соединяют детали, зачищая соединение рубанком, как показано на рис. 11.

При соединении деталей на «ус» (под углом 45°) угловую вязку закрепляют стальными вставками, как показано на рис. 12. При этом следят, чтобы одна половина вставки или скрепа входила в одну деталь, а другая половина — в другую. Клиновидную стальную пластинку или кольцо помещают в выфрезерованные пазы соединяемых деталей.

Углы рам и ящиков соединяют прямым открытым сквозным шиповым соединением (рис. 3.13, а, б, в). При повышенных требованиях к качеству (с наружной стороны шипы не видны) угловую вязку выполняют косым соединением впотёмок, паз и гребень или косым соединением на рейку, как показано на рис. 13, г, д, е, ж и на рис. 14.

Коробчатую конструкцию с горизонтальными или вертикальными поперечными элементами (полки, перегородки) соединяют с помощью угловых Т-образных соединений, показанных на рис. 15.

В соединении элементов верхнего пояса деревянных ферм с нижним используют угловые врубки. При сопряжении элементов фермы под углом 45° или менее в нижнем элементе (затяжке) делают одну врубку (рис. 16,а), при угле более 45° — две врубки (рис. 16,6). В обоих случаях торцевой пропил (врубка) перпендикулярен направлению действующих сил.

Дополнительно узлы закрепляют болтом с шайбой и гайкой, реже скобами. Бревенчатые стены дома (сруба) из горизонтально уложенных бревен в углах соединяют врубкой «в лапу». Она может быть простой или с дополнительным шипом (лапа с приямком). Разметку врубки выполняют так: конец бревна обтесывают в квадрат, на длину стороны квадрата (вдоль бревна), чтобы после обработки получился куб. Стороны куба делят на 8 равных частей. Затем с одной стороны снизу и сверху удаляют 4/8 часть, а остальные стороны выполняют, как показано на рис. 17. Для ускорения разметки и точности изготовления врубок используют шаблоны.

Рис. 10. Угловые концевые соединения заготовок под прямым углом: а — с одинарным открытия сквозным шипом; б — с одинарным сквозным потайным шипом (впотемок); в—с одинарным глухим (несквозным) шипом впотемок; г — с одинарным сквозным полупотайным шипом (вполупотемок); д — с одинарным глухим шипом вполупотемок; е — с тройным открытым сквозным шипом; ж — в прямую накладку вполдерева; з — в сквозной ласточкин хвост; и — в проушины с подрезкой.

Рис. 11. Ящичные угловые соединения с прямыми сквозными шипами: а — выпиливание шиповых пазов; б — разметка шипов шилом; в — соединение шипа с пазом; г — обработка рубанком углового соединения.

Рис. 12. Угловые концевые соединения под прямым углом, укрепленные металлическими вставками — кнопками: а — 8-образной вставкой; б— клиновидной пластинкой; в— кольцами.

Рис. 13. Ящичные угловые соединения под прямым углом: а — прямыми открытыми сквозными шипами; б — косыми открытыми сквозными шипами; в — открытыми сквозными шипами в ласточкин хвост; г — паз на вставную рейку впритык; д — в паз и гребень; е — на вставных шипах; ж — на шипах в ласточкин хвост вполупотёмок.

Рис. 14. Косые (на «ус») ящичные соединения под прямым углом: а — косыми шипами впотемок; б — косым соединением на вставную рейку; в — косым соединением на шипы впотемок; г — косым соединением, укрепленным трехгранной рейкой на клею.

Рис. 15. Прямые и косые соединения заготовок: а — на двойное соединение в косые паз и гребень; б — на прямой паз и гребень; в — на трехгранный паз и гребень; г — на прямой паз и гребень впотемок; д — на прямые сквозные шипы; е — на круглые вставные шипы впотемок; ж — на шип в ласточкин хвост; з — на паз и гребень, укрепленные гвоздями.

Рис. 16. Узлы в элементах фермы.

Рис. 17. Сопряжение бревен стен сруба:  а — простая лапа; б — лапа с ветровым шипом; в — разметка лапы; 1 — ветровой шип (приямок)