Соединение деревянных деталей: виды соединения, назначение, техника выполнения, необходимые материалы и инструменты, пошаговая инструкция работы и советы специалистов

Классификация крепёжных изделий

Металлические крепёжные элементы, используемые для соединения нескольких деталей, подразделяются на две группы:

• Цельнометаллические. Эти изделия применяются везде, где необходимо выполнить крепление деревянного бруса стандартного размера.
• Раздельные. Эта сборная конструкция служит для крепления нестандартных изделий. Надёжность таких моделей уступает цельнометаллическим конструкциям. Поэтому их применение требует предварительного расчёта жёсткости.

Кроме различий в размерах и форме крепёж отличается толщиной, которая может быть 2—3,5 мм. Наиболее популярными крепёжными деталями в строительстве являются:

• Крепёжный усиленный. Изделие имеет несколько рёбер жёсткости. Они дают возможность соединять большие брусья с различными материалами.
• Равносторонний усиленный. Имеет форму пластины с краями, согнутыми под углом 90 градусов. На поверхности каждой стороны имеются перфорированные отверстия. Применяется для крепления деревянных брусьев в местах, где отсутствует высокая прогибающая нагрузка.
• Анкерный крепёж. Изделие отличается своей формой и непропорциональными размерами. Длина и ширина одинакова, зато высота может иметь несколько размеров: 80—200 мм.
• Асимметричный уголок. Отличается от анкерного своей шириной. Деталь создаёт прямой угол относительно плоскости крепления.
• Крепёж с углом наклона 135 градусов. Применяется для соединения деревянного бруса под определённым углом. Обычно используется для скрепления стропил на крыше.
• Уголок в виде буквы Z. Специальное усиленное изделие. Используется для соединения строительных материалов, расположенных в различных плоскостях (параллельно). Приспособление может использоваться для соединения брусьев нестандартных размеров.

Угловое соединение

Такой тип креплений чаще всего используется в креплении оконных, дверных блоков и парниковых рам.

Угловое соединение отличается от других тем, что сплачиваемые детали располагаются по отношению друг к другу под углом в 90°. В зависимости от использованных креплений все угловые соединения разделяются на соединения на шип и на соединения на ус.

Угловые соединения на шип имеют несколько разновидностей. Сквозное соединение на шип может в своей конструкции использовать от 1 до 3 шипов, причем с увеличением количества шипов увеличивается и прочность крепления.

Угловое сквозное соединение на шип

Несквозное соединение отличается от сквозного тем, что шиповое крепление происходит в середине деталей и внешне остается незаметным. В этом случае внутри заготовок проделайте небольшие углубления под шипы, которые будут немного глубже, чем сами шипы, чтобы оставалось место и для клея.

Угловое несквозное соединение на шип

Угловые соединения на ус отличаются тем, что стороны деталей, соединяющихся между собой, срезаны под углом в 45°. Так же, как и соединения на шип, крепления на ус могут быть сквозными, при котором видно сплачивание, и несквозными, когда само крепление зафиксировано внутри деталей.

Сквозное соединение на ус может укрепляться как одним шипом, так и тремя. Принцип крепления здесь остается тем же, что и при угловом несквозном на шип.

Угловое сквозное соединение на ус

При несквозном соединении на ус разглядеть положение шипа невозможно. Здесь в равной степени могут использоваться как круглые шипы, так и плоские — крепление от этого ни в коей мере не ослабеет. Только при выборке древесины под шипы обязательно сделайте гнезда немного больше, чем сами шипы, чтобы потом заготовки легко соединились между собой.

Угловое несквозное соединение на ус

При строительстве дома и возведении крыши вам потребуется освоить еще два типа соединения: угловая врубка и врубка в лапу.

Склеивание

Склеивание деревянных деталей проводят следующим образом:

• Склеиваемые поверхности очищают тряпкой без ворса, а шероховатости зачищают мелким наждаком.
• Используя картонную палочку, наносят столярный клей ровным тонким слоем по всем необходимым поверхностям.
• Смазанные клеем поверхности нужно потереть друг о друга. Это обеспечит ровное соприкосновение и прочное склеивание.
• Детали нужно стянуть друг с другом, чтобы на стыках удержание было надежным. Убедиться в прямоте углов позволит измерение диагоналей. Они должны быть равны. Если это не так, положение элементов нужно подправить.
• Соединение укрепляется путем высверливания направляющих отверстий, в которые вбиваются отделочные гвозди или вворачиваются шурупы. Головки шурупов должны быть утоплены, для этого отверстия нужно расточить. Гвозди углубляют, используя пробойник.
• Отверстия с гвоздями замазываются шпаклевкой для дерева. Отверстия, расточенные под шурупы, закрывают деревянными заглушками из твердых пород, смазанных клеем. Когда клей или шпаклевка высохнут, поверхность зачищают наждаком так, чтобы она была гладкой, и затем покрывают лаком.

Особенности сплачивания досок

Путем сплачивания досок соединяются узкие детали для увеличения ширины или толщины конструкции. Сплачивание осуществляется следующими способами:

Виды столярных соединений

• В гладкую фугу вставляется деталь, части конструкции прижимаются и скрепляются клеем, склеенное изделие остается в сжимающем устройстве до высыхания.
• Склеивание в четверть, при этом на кромках вырезаются продольные выемки в половину толщины элемента.
• Соединение на шипах – на кромках досок вырубаются отверстия, в них вставляются шипы или шканты.
• Крепление на рейку, заключающееся в том, что в подготовленные пазы вставляется специальная рейка.
• Соединения в шпунт, когда на одной кромке делают паз, а на другой – подходящий по размеру прямоугольный гребень или в форме «ласточкина хвоста».
• Склеивание в наконечник, при этом на кромку, представляющую собой шпунт-гребень, наклеивается специальный брусок для закрытия торца.
• На шпонках, когда в трапециевидные пазы вколачиваются бруски-шпонки, соответствующие форме пазов.

Два последних способа, кроме сплачивания деталей, предохраняют щиты от коробления. Соединения в гладкую фугу и шпунт в форме «ласточкина хвоста» применяются при нарушении параллельности боковых кромок, ситуация позволяет обеспечить экономичное использование досок.

Соединение угловое в торец

Самый простой способ сплачивания двух деталей. Соединение деревянных деталей под прямым углом выполняется с использованием этого метода. Поверхности двух деталей тщательно подгоняют друг к другу и плотно прижимают. Происходит соединение деревянных деталей гвоздями или шурупами. Длина их должна быть такой, чтобы пройти через первую деталь и углубиться во вторую где-то на 1/3 длины.

Чтобы крепление было надежным, необходимо вбить не меньше двух гвоздей. Расположить их нужно по сторонам от осевой линии. Толщина гвоздя не должна вызвать растрескивание древесины. Поэтому рекомендуется заранее сделать отверстия в диаметре 0,7 от толщины используемого гвоздя.

Для усиления фиксации следует смазать поверхности, которые соединяются, клеем. Для помещений, которые не будут находиться под влиянием влаги, можно использовать столярный, казеиновый или мездровый клей. В случае использования изделия в условиях повышенной влажности лучше использовать влагостойкий клей, к примеру, эпоксидный.

Необходимые инструменты и приспособления

Инструменты для выполнения отличаются большим разнообразием. Выбирают их в зависимости от типа выполнения работ. Так как в плотничном деле обрабатываемые элементы более крупные, чем в столярном, соответственно, и инструмент должен быть подходящий.

Для соединения деревянных деталей используют следующее:

• топор;
• рубанок, прямые и кривые струги, медведка, шерхебель — более тщательная обработка поверхностей;
• долото — долбление отверстий и гнезд;
• стамеска — для подчистки врубок;
• буры с различными наконечниками — для сквозных отверстий;
• различные пилы — для распиловки вдоль и поперек;
• молоток, молот, кувалда, киянка;
• угольник, циркуль, уровень и другие вспомогательные инструменты;
• гвозди, металлические скобы, болты с гайками, шурупы и другие изделия для крепления.

Соединения со специальными связями

Практически все столярные соединения выполняются с дополнительными укрепляющими связями. В самом простом примере роль таких выполняют гвозди или саморезы.

При наращивании деталей узел может укрепляться сквозным болтовым соединением, хомутами, скобами и глухарями, либо его просто обматывают холоднокатаной проволокой. Сращенные вертикальные опоры достаточно скрепить двумя накладными планками — деревянными или металлическими.

Угловые соединения чаще всего скрепляют скобами, накладными пластинами или уголками. В случаях, когда надо сохранить небольшую подвижность соединения, используют один сквозной болт, который либо прошивает поперек место накладки деталей, либо стягивает их в продольном направлении с минимальным отступом от накладки.

Место крепления специальной связи должно быть удалено от края не менее чем на 10 диаметров крепежного элемента и не иметь пороков

Важно помнить, что часто связи не обеспечивают общую прочность соединения, а только компенсируют неучтенную нагрузку

Шиповое соединение (шип-паз)

Самым простым и одним из самых надежных является соединение шип-паз. Оно широко применяется в столярном деле. Подобным способом собирают в единое целое деревянные детали оконных рам, изготавливают самые различные детали корпусной мебели, листы фанеры. Суть данного способа состоит в том, что на торце одной соединяемой детали делают шип, который вставляется в паз другой детали и фиксируется в нем.

Для работы удобно использовать специальный ламельный фрезер, за неимением такового можно обойтись простым ручным инструментом. Понадобится:

• ручная обушковая пила с мелким зубом;
• электрическая или ручная дрель;
• несколько стамесок разной ширины;
• наждачная бумага;
• измерительный инструмент, угольник и карандаш.

Сначала размечают заготовки. Параметры шипа и паза зависят от параметров деревянных деталей и конфигурации изделия, тем не менее стоит учитывать несколько общих рекомендаций.

Параметры паза также должны соответствовать этим критериям

В любом случае важно следить за тем, чтобы размеры шипа и паза совпадали. Детали должны соединяться легко, без нажима, но не выпадать под собственным весом. Не должно быть люфтов, щелей и перекоса

Не должно быть люфтов, щелей и перекоса.

Первым вырезают паз, такая последовательность вызвана тем, что шип гораздо проще подгонять под паз, чем наоборот. С помощью пилы делают пропилы, лишнюю древесину удаляют с помощью дрели, дно паза и стенки выравнивают стамесками.

Далее делают шип. Брусок зажимают в тиски и ручной ножовкой удаляют лишнюю древесину. До требуемых размеров шип доводят с помощью стамесок и шлифовальной шкурки.

В большинстве случаев для фиксации деталей достаточно одного лишь столярного клея, обеспечить максимум прочности помогут шурупы или гвозди.

Способы сращивания

Существует несколько способов сращивания, однозначно лучшего или худшего нет. Мастера принимают решения с учетом своих навыков и конкретного места размещения стыка.

Таблица. Способы сращивания стропил.

Применяется на досках толщиной не менее 35 мм. Довольно сложный метод, требует практического опыта выполнения плотницких работ. По прочности соединение самое слабое из всех существующих. Преимущество – экономия пиломатериалов. Практически на стройках применяется очень редко.

Длина стропильных ног увеличивается с помощью накладки. Накладка может быть деревянной или металлической. Если длина двух отрезков досок недостаточна по параметрам стропильной системы, то такой способ позволяет их увеличить. Соединение встык имеет самые высокие показатели прочности на изгиб, широко применяется во время строительства различных сооружений.

Внахлест. Две доски фиксируются с нахлестом. Самый простой метод, по прочности занимает среднее положение. Недостаток – общая длина двух досок должна быть больше проектной длины стропильной ноги.

Схема спаренных стропил

В этой статье мы рассмотрим два наиболее простых и надежных метода сращивания: встык и внахлест. Косой прируб трогать нет смысла, его почти не используют из-за большого количества недостатков.

Как зачистить поверхность от засохшего клея?

Убирать выступившие излишки клея с поверхности дерева имеет смысл либо пока он совсем свежий, либо когда полностью затвердел. Поторопившись со шлифовкой увлажненного участка древесины, вы, скорее всего, получите еще больший эстетический дефект, когда высохнут деформированные шлифовкой волокна. Затвердевший клей зачищают ручной шлифовкой (вдоль волокон) или срезают стамеской.

Перед нанесением декоративной отделки проверьте, не осталось ли на изделии испачканных мест. В противном случае следы засохшего клея будут проступать под отделочным составом. Для более эффективного обнаружения дефектов протрите поверхность дерева тряпкой, смоченной в уайт-спирите.

Как правильно соединять доски по длине вставной планкой

Планка укрепляет соединение по всей длине, выполняя при этом две функции: она увеличивает вдвое площадь стыковочных участков, покрываемых клеем, так как проникает внутрь обеих досок, что придает соединению дополнительную прочность, а благодаря противоположному направлению волокон в планке по отношению к волокнам в основных деталях соединение более устойчиво к нагрузкам.

Использование фанеры

Для планки, которая должна быть очень тонкой, самый подходящий материал — фанера. Если, к примеру, вы возьмете планку из цельного дерева, то расположение волокон в планке и досках окажется параллельным. При этом будет достигнута высокая прочность соединения, но сама планка не выдержит нагрузки и сломается, если доски начнут прогибаться. Можно использовать планку с поперечным направлением волокон. Она хорошо выдерживает нагрузку при прогибании досок и придает большую прочность соединению, но такие планки ограничены по длине и крайне ненадежны при продольных нагрузках. Многослойная фанера компенсирует недостатки планок из цельного дерева, обеспечивая соединению прочность.

Альтернатива рейке — вставные шипы, которые располагают с посадкой на клей на расстоянии 10-20 см друг от друга. Сначала в одной доске высверливают отверстие для шипов, затем специальными маркерами помечают расположение шипов на другой доске.

Левая планка длиннее, средняя — толще, чем нужно, правая выполнена правильно. Она должна быть короче общей высоты пазов, чтобы осталось место для клея.

Глухое соединение с использованием планки из многослойной фанеры. Планка полностью скрыта, а доски в торцах сохраняют целостность.

Упрочнение соединения деталей из древесины

Как уже говорилось выше, упрочнить соединение деревянных брусьев можно с помощью обыкновенных деревянных нагелей. Нагельные укрепления обыкновенно совершают с помощью двух нагелей, вклеенных в один и в другой конец поперечины, в вертикальные стойки, в соответствующие им гнезда. Существует определенная инструкция выполнения таких соединений:

Размечаем гнезда для нагелей:

1. Для четкой разметки, необходимо подлежащие скреплению детали приложить друг к другу.
2. Провести линию карандашом, отмечая места для нагелей.

Нагель представляет собой деревянный шкант различных размеров (используется как для мебели, так и для возведения домов)

1. Продолжить линию на кромку каждой из заготовок, с помощью угольника.
2. Высверливаем гнезда для нагелей:

• Для того чтобы гнездо расположилось ровно посредине деревянной детали, необходимо использовать кондуктор для сверления.
• Чтобы гнездо получилось необходимой глубины, необходимо использовать муфту для стопора.

1. Собираем детали:

• Необходимо нанести на нагель клей и вставить его в соответствующее гнездо первой детали.
• Соединяем детали вместе.
• Зажимаем.
• Оставляем на время, чтобы дать клею высохнуть.

Упрочнение соединения при помощи ламелей

Если сравнивать виды соединений деревянных конструкций, безусловно, выигрывает ламельное объединение. Пусть цена таких соединений будет чуточку выше, зато с ними очень легко и удобно работать.

Ламели – это спрессованное дерево в виде сплющенных шариков. Гнезда для таких шариков вырезают при помощи специальной ламельной машины. При этом отверстие получается идеальной формы. А из-за того, что ламели немного короче, нежели гнездо, совмещение деталей при склеивании получается более точным. Это очень не удобно.

Ламели могут быть и пластиковыми и металлическими

Ламельные скрепления выполняются по следующей инструкции:

1. Определяем местоположение гнезд:

• Отмечаем места для гнезд так же, как делали это в нагелевых креплениях, с той лишь разницей, что упрощается необходимость переноса разметки на кромки.
• Для того чтобы ламели в кромке не проступали на поверхность, заготовка должна быть достаточно широкой.

1. Подбираем ламели необходимого размера.
2. В соответствии с выбранным размером ламели, устанавливаем глубину пропила на ламелевой машине.

Распространенный размер ламелей:

• 0 ламель (самые маленькие).
• 10 ламель (средние).
• 20 ламель (самые большие).

• На устойчивой поверхности для работы укрепляем заготовку.
• Совмещаем со сделанными ранее отметками ламелевую машину.
• Выбираем гнездо под ламель.
• Во время бурения держим машину в необходимом положении достаточно крепко.
• Собираем и склеиваем детали из дерева: смазываем клеем кромки и гнезда заготовок, подлежащих совмещению.

• После нанесения клея вставляем ламели в соответствующие гнезда.
• Зажимаем заготовки друг с другом.
• Оставляем до полного высыхания клея.

Как сделать шиповое соединение

Для изготовления шипового соединения нужно обвести обе детали линией разметки по всем граням на расстоянии от торца, равном ширине соединения. На двух противоположных сторонах и торце линиями отмечается тело шипа, разметка на обеих деталях полностью идентична.

Шип подрезают с боков ножовкой для поперечного реза и скалывают древесину с помощью стамески. Ширину шипа делают на 2–3 мм больше для последующей точной обработки ножом или долотом. Паз вырезают ножовкой для продольного реза и скалывают стамеской, также оставляя небольшой припуск на обработку. Далее следует подгонка, в процессе которой детали совмещают и добиваются максимально плотного прилегания.

При Т-образном шиповом соединении на одной из деталей нарезают центральный шип или паз, а на другой выдалбливают проушину или делают две боковые подрезки в зависимости от типа первой детали. Для изготовления проушины используют стамеску, обращая наклонную часть лезвия внутрь отверстия. Если проушина не сплошная, шип делаю на 8–10 мм больше глубины и обрезают его конец в форме развернутого клина. Так при забивании шип сам себя разопрет, и деталь будет прочно посажена.

Для соединения широких деталей можно использовать ящичное соединение, нарезая несколько шипов и пазов. Самый простой способ скрепить шиповое соединение — просверлить его насквозь поперек шипов и забить в отверстие деревянный шкант (оконное угловое соединение).

Как сплачивать элементы несущих конструкций

Для несущих конструкций используют два вида соединений — наращивание и сочленение. Самый простой способ срастить две детали — выполнить надрез ножовкой на половину толщины на одинаковом расстоянии от торцов, а затем сколоть топором лишнюю древесину. После сопоставления двух деталей соединение обычно скрепляют двумя накладными планками, прибитыми сбоку от разреза. Склеивание тоже возможно, но только при плотной подгонке деталей.

Надрезанные в полдерева торцы можно свести практически под любым углом, это основной метод соединения кровельных ферм. Для скрепления деталей необходима дополнительная стягивающая связь: брус прикладывают к соединенным деталям сбоку на расстоянии в 30–50 см от угла и подрубают в половину толщины по местам соприкасания, а затем скрепляют конструкцию гвоздями.

Часто вертикальные и наклонные конструкции нуждаются в опоре, например при соединении стропильной системы с балками перекрытия. В этом случае выполняется зарубка посадочных гнезд на горизонтальной балке, в которые будут вставлены стойки

Очень важно соблюдать угол наклона и делать подрубку не более чем на треть толщины бруса

Соединения на растянутых связях

Рис. 69. Соединения на растянутых связяхК растянутым связям относятся: гвозди и винты, работающие на выдергивание; скобы, хомуты; накладки, планки, прокладки из листовой стали, из КАСТ-В и из фанеры; расчетные болты и тяжи, стяжные болты (могут выполняться из СВАМ). Стальные связи должны защищаться от коррозии.

Гвозди, работающие на выдергивание, учитываются только при расчете второстепенных элементов (подшивка потолка, укладка пола, настила и др.), а также в конструкциях, где гвозди одновременно работают на сдвиг при забивке их поперек волокон древесины (рис. 69, а).

Расстановка гвоздей производится по правилам для гвоздей, работающих на сдвиг.

Винты (глухари, шурупы) (рис. 69, б) могут применяться для крепления в ответственных местах. При расстановке принимается s₁ = 10d, s₂ = s₃ = 5d.

Расчетная несущая способность гвоздя или винта

где R_вд — расчетное сопротивление выдергиванию (для гвоздя из сухой древесины — 0,3 МПа; из сырой — 0,1 МПа; для винта — 1 МПа); l₁ — расчетная длина защемленной части.

Скобы выполняются из круглой стали d = 12…18 мм и применяются в нерасчетных соединениях при сплачивании составной балки (рис. 69, в) или при вязке узла (рис. 69, г).

Хомуты охватывают присоединяемый элемент и при помощи болтов и гаек подтягивают его к другому (рис. 69, д). Выполняются хомуты из круглой или полосовой стали с подкладками, обеспечивающими допустимую площадь смятия элемента.

На рис. 69, е показан пример решения опорного узла фермы с применением натяжных гнутых хомутов.

Накладки (планки) применяются, в основном, как крепления растянутых элементов. Они крепятся винтами и глухими нагелями. В последнее время роль этих креплений в деревянных и пластмассовых конструкциях возросла, так как появились различные системы сквозных конструкций, основанных на применении полосовой стали и листовых высокопрочных материалов КАСТ-В, ФБС, ДСП-Б в растянутых креплениях стыков и в узловых соединениях решеток ферм с поясами. Расчет накладок в соединении рассмотрен выше.

Расчетные болты и тяжи, работающие на растяжение, применяются в подвесках, анкерах, в растянутых элементах ферм, затяжках арок и сводов и т. п.

Болты имеют на одном конце нарезку, а на другом — головку. Тяжи имеют нарезку с обоих концов, а также могут иметь на одном или обоих концах петли. Применение петель дает положительный эффект, так как оно не вызывает ослабления соединяемых стержней. Недостатком его является отсутствие напряжения в соединении, которое в случае необходимости производится при помощи особого натяжного устройства.

При наличии нарезки хотя бы на одном конце тяжа сечение его определяют по площади нетто. Стальные растянутые элементы проверяют по формуле

где R_p — расчетное сопротивление растяжению прокатной стали соответствующей марки при проверке по ненарезанной части, а при проверке сечения по нарезке — с введением поправочного коэффициента 0,8; при расчете двойных и тройных тяжей и болтов в обоих случаях дополнительно вводится поправочный коэффициент 0,85.

Площадь шайбы определяется из расчета на смятие под углом ? = 90…60° к волокнам:

где R_см? — расчетное сопротивление смятию древесины под шайбами (табл. 8). Толщина шайбы определяется из расчета на изгиб.

В ответственных соединениях на тяжах следует ставить контргайки, которые закрепляют гайки в необходимом положении и предохраняют нарезку от случайного срыва.

Стяжные болты в соединениях ставятся без расчета на растяжение. Если соединение должно быть разборным, то отверстия делают на 0,5 мм более диаметра болта. При учете стяжных болтов в работе на сдвиг диаметры болтов и отверстий делают одинаковыми. Диаметр стяжных болтов принимают не менее 1/40 толщины пакета. Размеры шайб для них назначают 3,5d х 3,5d х 0,3d, где d — диаметр болта.