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. |
|||
---|---|---|---|---|
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 |
0,55cd |
55cd |
0,3cd |
30cd |
б) смятие в более толстых средних элементах двухсрезных соединений при a ≤ 0,5c |
0,4cd |
40cd |
0,2cd |
20cd |
в) смятие в более тонких крайних элементах при a ≤ 0,35c |
1,2ad |
120ad |
0,75ad |
75ad |
г) смятие в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах при c > a > 0,35c |
1,5kнad |
150kнad |
1,5kнad |
150kнad |
3. Изгиб нагелей в симметричных и несимметричных соединениях |
||||
а) из стали С 235 и арматуры А 240 (Rн= 440 МПа) |
2,2d² + 0,025a², но не более 3,1d² |
220d² + 2,5a², но не более 310d² |
— | — |
б) из алюминиевого сплава Д16-Т | 2d² + 0,025a², но не более 2,2d² |
200d² + 2,5a², но не более 220d² |
— | — |
в) из стеклопластика АГ-4С | 1,8d² + 0,025a², но не более 2,2d² |
180d² + 2,5a², но не более 220d² |
— | — |
г) из древесно-слоистого пластика ДСПБ | d² + 0,025a², но не более 1,5d² |
100d² + 2,5a², но не более 150d² |
— | — |
д) из дуба | — | — | 0,55d² + 0,025a², но не более 0,8d² |
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:
nн ≥ N/Тnш ≥ 2,
где nн — количество нагелей, шт; N — расчетное усилие, действующее на нагельный стык, кН (кгс); nш — 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).
Величина | Минимальные расстояния между нагелями | ||
---|---|---|---|
стальными | алюминиевыми и стеклопластиковыми | дубовыми | |
При толщине сплачиваемого пакета b ≥ 10d | |||
S1 | ≥ 7d | ≥ 6d | ≥ 5d |
S2 | ≥ 3,5d | ≥ 3,5d | ≥ 3d |
S3 | ≥ 3d | ≥ 3d | ≥ 2,5d |
При толщине сплачиваемого пакета b < 10d и для кленных элементов, включая LVL | |||
S1 | ≥ 6d | ≥ 6d | ≥ 4d |
S2 | ≥ 3d | ≥ 3d | ≥ 2,5d |
S3 | ≥ 2,5d | ≥ 2,5d | ≥ 2,5d |
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.