Соединение на цилиндрических нагелях

Нагелем называется стержень, который соединяет элементы деревянных конструкций, препятствует их взаимному сдвигу, а сам при этом работает на изгиб и срез. Нагели изготавливают из стали, древесины твердых пород и пластмасс, в виде стержней круглого сечения. Их устанавливают в предварительно просверленные отверстия. Диаметр отверстий для нагеля делают равным диаметру самого нагеля, чем обеспечивается плотность соединения и уменьшается опасность раскалывания.

Считается, что стальные нагели работают на срез, хотя на самом деле среза по телу нагеля не происходит. Древесина мягче нагеля и происходит ее смятие, а сами нагели — изгибаются, тем не менее, по аналогии с заклепочными соединениями металла, нагели рассчитываются на срез, а место среза (которого фактически нет) называют «условным срезом».

Растянутые стыки на цилиндрических нагелях могут быть симметричными и несимметричными (рис. 11). Для обжатия нагельного соединения, в сопряжение сплачиваемых элементов устанавливают стяжные болты, в количестве примерно равном 25% от общего количества нагелей. Стяжные болты включаются в расчетное (требуемое) количество нагелей. Нагели устанавливаются не менее чем в 2 ряда, количество нагелей в ряду ограничено шириной сплачиваемых элементов.

Расчетную несущую способность одного цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях элементов из сосны и ели при направлении усилий, передаваемых нагелями вдоль волокон и гвоздями под любым углом, следует определять по таблице.

Расчетная несущая способность одного цилиндрического нагеля

На­пря­жен­ное со­сто­я­ние со­еди­не­ния	Рас­чет­ная не­су­щая спо­соб­ность Т на один шов спла­чи­ва­ния (услов­ный срез) по СП 64.13330.2011 2017
	гвоз­дя, сталь­но­го, алю­ми­ни­е­во­го, стек­ло­пла­сти­ко­во­го на­ге­ля		ду­бо­во­го на­ге­ля
	кН	кгс	кН	кгс
1. Смя­тие в сим­мет­рич­ных со­еди­не­ниях
а) смя­тие в сред­них эле­мен­тах	0,5cd	50cd	0,3cd	30cd
б) смя­тие в край­них эле­мен­тах	0,8ad	80ad	0,5ad	50ad
2. Смя­тие в не­сим­мет­рич­ных со­еди­не­ниях
а) смя­тие во всех эле­мен­тах рав­ной тол­щи­ны, а так­же в бо­лее тол­стых эле­мен­тах од­но­срез­ных со­еди­не­ний	0,35cd 0,55cd	35cd 55cd	0,2cd 0,3cd	20cd 30cd
б) смя­тие в бо­лее тол­стых сред­них эле­мен­тах двух­срез­ных со­еди­не­ний при a ≤ 0,5c	0,25cd 0,4cd	25cd 40cd	0,14cd 0,2cd	14cd 20cd
в) смя­тие в бо­лее тон­ких край­них эле­мен­тах при a ≤ 0,35c	0,8ad 1,2ad	80ad 120ad	0,5ad 0,75ad	50ad 75ad
г) смя­тие в бо­лее тон­ких эле­мен­тах од­но­срез­ных со­еди­не­ний и в край­них эле­мен­тах при c > a > 0,35c	kнad 1,5kнad	100kнad 150kнad	kнad 1,5kнad	100kнad 150kнad
3. Из­гиб на­ге­лей в сим­мет­рич­ных и не­сим­мет­рич­ных со­еди­не­ниях
а) из ста­ли С 38/23 из ста­ли С 235 и ар­ма­ту­ры А 240 (Rн= 440 МПа)	1,8d² + 0,02a², но не более 2,5d² 2,2d² + 0,025a², но не более 3,1d²	180d² + 2a², но не более 250d² 220d² + 2,5a², но не более 310d²	—	—
б) из алю­ми­ни­е­во­го спла­ва Д16-Т	1,6d² + 0,02a², но не более 2,2d²) 2d² + 0,025a², но не более 2,2d²	160d² + 2a², но не более 220d² 200d² + 2,5a², но не более 220d²	—	—
в) из стек­ло­пла­сти­ка АГ-4С	1,45d² + 0,02a², но не более 1,8d² 1,8d² + 0,025a², но не более 2,2d²	145d² + 2a², но не более 180d² 180d² + 2,5a², но не более 220d²	—	—
г) из дре­вес­но-сло­и­сто­го пла­сти­ка ДСПБ	0,8d² + 0,02a², но не более d² d² + 0,025a², но не более 1,5d²	80d² + 2a², но не более 100d² 100d² + 2,5a², но не более 150d²	—	—
д) из ду­ба	—	—	0,45d² + 0,02a², но не более 0,65d² 0,55d² + 0,025a², но не более 0,8d²	45d² + 2a², но не более 65d² 55d² + 2,5a², но не более 80d²
4. Из­гиб на­ге­лей из ста­ли С 235 и ар­ма­ту­ры А 240 (Rн= 440 МПа) в тор­це­вых со­еди­не­ниях с ме­тал­ли­че­ской на­клад­кой с жест­ким креп­ле­ни­ем на­ге­лей
	2d²	200d²	—	—

Расчетное количество нагелей определится по формуле:

n_н ≥ N/Тn_ш ≥ 2,

где n_н — количество нагелей, шт; N — расчетное усилие, действующее на нагельный стык, кН (кгс); n_ш — число расчетных швов одного нагеля, шт; Т — несущая способность одного условного среза нагеля, определяемая в кгс или в кН.

Для того чтобы в нагельном соединении не произошло раскалывания древесины, нагели устанавливают на определенном расстоянии друг от друга (рис. 12).

Нагели в растянутых стыках конструкций из цельной древесины следует располагать в 2 или 4 продольных ряда, а в конструкциях из круглых лесоматериалов допускается шахматное расположение нагелей в 2 ряда с расстоянием между осями нагелей вдоль волокон 2S₁, и поперек волокон — S₂=2,5d.

При обеспечении достаточной плотности посадки нагелей могут применяться соединения со стальными накладками. Чаще всего в них используются гвозди, шурупы, глухари или глухие стальные цилиндрические нагели (рис. 13). Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление в древесину сплачиваемого элемента на величину не менее 5d.

Количество нагелей рассчитывается по выше приведенной формуле, а стальные накладки проверяют на прочность при растяжении по ослабленному отверстиями под нагели сечению.