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.