Соединение деревянных элементов при помощи метизов

По целому ряду причин современное строительство всё больше тяготеет к использованию «сухих» операций. Всё чаще так называемую СБОРКУ предпочитают, например, литью или сварке. Очевидно, что для создания разъёмных соединений нужны специальные крепежи. Причём для разных материалов они должны быть свои.
Если мы хотим использовать при возведении дома пиломатериалы и максимально раскрыть их технологический/потребительский потенциал – то нужно очень ответственно подойти к подбору крепёжных элементов. Здесь для сращивания, сплачивания и связывания не всегда подходят устаревшие варианты (врубки, врезки, упоры, шпонки). Причём особенно уязвимыми являются изгибаемые и растягиваемые элементы дома, из-за чего именно узлы соединений пиломатериалов подвергаются разрушениям и деформациям прежде всего.
Давайте посмотрим, как правильно покупать/использовать крепежи по дереву. Об этом наша статья.

Влияние свойств древесины на методику использования крепежей

Дерево по своим физическим характеристикам сильно отличается от металла, камня и даже большинства пластиков. Более того, разные породы ведут себя по-разному, даже из одной и той же древесины пиломатериал может иметь особые характеристики в зависимости от места произрастания, времени заготовки, влажности массива, возраста дерева и прочих условий.

Сосна и ель как самые распространённые в нашей стране «общестроительные» породы обладают относительно невысокой твёрдостью, то есть способностью деревянного массива сопротивляться входу в него тел с большей твёрдостью. С одной стороны, это минус, а с другой – огромный плюс, ведь благодаря этому мы можем без предварительного засверливания и нарезания резьбы можем вкручивать металлические винты (саморезы), а также забивать гвозди, скобы или ершёные пластины…

Когда мы забиваем в дерево крепёж, то он уплотняет вокруг себя волокна, и на его стержень воздействует сила трения, которая не даёт крепежу выходить наружу. При ввинчивании самореза – тот, кроме уплотнения, ещё и нарезает внутреннюю резьбу в заготовке, цепляясь за волокна гребнями.

Так называемая «гвоздимость» пиломатериалов (а также способность удерживать винты) может меняться от многих факторов. Например, от плотности и твёрдости используемого дерева (чем они выше, тем лучше держится метиз) или от влажности доски либо бруса. Допустим, гвозди, забитые в мокрую доску, держатся в ней после высыхания последней намного хуже, чем если бы они забивались в изначально сухую заготовку. Это же, хоть и в меньшей степени, касается и саморезов.

Отдельный вопрос: склонность древесины раскалываю вдоль и поперёк волокон, особенно в несущих конструкциях. Дело в том, что в узле соединения двух пиломатериалов при нагрузках не происходит перераспределения сил за счёт пластичности материала, как это бывает с металлопрокатом. Этот момент всегда нужно учитывать при выборе крепёжных элементов и их использования. Чем тоньше используемый материал, чем он суше, чем толще крепёж, чем ближе к торцу производится монтаж – тем более выражена эта «проблема». Поэтому во многих случаях без предварительного засверливания не обойтись. Ради этого также выполняют зенкование под потай, чтобы головка свободно заходила в массив. Однако не обязательно держать под рукой дополнительный инструмент со свёрлами, сейчас появились очень практичные винты со сверлящими рёбрами на жале и под головкой.

Ещё одним методом повысить устойчивость соединения (и отдельных досок/брусьев) к раскалыванию является увеличение его «вязкости». Достигается это за счёт дробности – вместо одного крупного метиза используют несколько меньших, детали соединяются максимально плотно и без зазоров. Так создаётся крепёжное поле с увеличенной площадью контакта между заготовками, способствующее распределению нагрузок и переход к сминанию вместо скалывания.

Резьбовые крепежи

Для самых ответственных несущих конструкций и операций, типа сборки стропил или крепления балок, мастера могут использовать болты, гайки или шпильки с метрической резьбой, которые работают по принципу нагеля. Иногда их и называют нагелями, только стальными. Они не защемляются в деревянном массиве, а проходят через предварительно подготовленные отверстия и стягивают детали с обеих сторон, создавая трение.

Чтобы гайки и головки болтов не проскакивали сквозь отверстия в пиломатериалах, необходимо применять шайбы, стальные накладки или хомуты.

Явным достоинством такого подхода является получение подвижное соединения, благодаря которому можно чётко регулировать взаимное расположение заготовок перед окончательной затяжкой. Мы имеем возможность выбирать любой диаметр крепежа в зависимости от прогнозируемых нагрузок, а также длину его (шпильки бывают до метра и более) – в зависимости от суммарной толщины соединяемых деталей.

Гвозди

Это, пожалуй, самый простой крепёж для пиломатериалов, но он остаётся от этого не менее востребованным, чем раньше. Преимущества гвоздевых соединений следующие:

• Большая скорость монтажа.
• Не нужен специнструмент, не нужно подводить электричество.
• Крепёж при перегрузках гнётся, а не ломается.

Есть и несколько недостатков:

• Разобрать узел совсем без повреждений практически невозможно.
• Удерживающие способности, по сравнению с саморезами, ниже. Существует эффект «ползучести», когда несущих свойств на сдвиг недостаточно, и нагруженное крепление со временем прослабляется. Но, при этом, если использовать слишком большое количество гвоздей на локальном участке, можно наблюдать эффект «размочаливания».

Выбирая длину гвоздя, необходимо учитывать тот факт, что он должен заходить в основу не менее чем на 4-е его диаметра, причём заострённая часть стержня в расчётах во внимание не берётся. При соединении двух растянутых деталей, гвоздь должен полностью проходить оба пиломатериала, но не выходить острием наружу (если выход имеется – то возможно преждевременное проржавление крепежа).

Выбирая материал гвоздя, следует обращать внимание на тип конструкции, например, для уличных обшивок (битумная черепица, OSB или фанера) лучше использовать оцинкованные или алюминиевые гвоздики. Для конструкционных соединений – нормальным вариантом будет гвоздь из чёрного металла. В сауне или бане стоит применить медные гвоздики или латунные. Кстати, крепежи из цветных металлов прекрасно подходят для использования в качестве финишных, так как в интерьере на фоне лакированного дерева они малозаметны и к тому же не ржавеют.

Если говорить о конструкции гвоздя для тех или иных условий, то тут есть десятки вариантов. Как устроен обычный общестроительный гвоздь, знают все, но стоит обратить внимание на особые модели. У каждого из них есть своя изюминка, к таковым отнесём:

• Большая шляпка (подходит для рубероида, битумной черепицы, ОСП…).
• Тонкий стержень, малая шляпка с конусом снизу (финишный вариант для деревянных погонажей и обшивок, головка легко утапливается).
• Шляпка отсутствует (для крепления планок и обшивок через тело с лицевой стороны).
• На стержне есть ершение – повторяющиеся поперечные насечки (плохо выдёргивается – особенно хороший вариант для крепления тонких материалов к плитам ОСБ или фанере).
• На стержне есть винтовые продольные канавки (отлично держится в брусе с минимальным послаблением фиксации – прекрасный выбор для сборки деревянного пола).

Саморезы

Саморезы по дереву отличаются от винтов по металлу более редким шагом резьбы. Учитывая высокие несущие способности при различного типа нагрузках (особенно на сдвиг, что ценно в сборных каркасах), такие крепежи допускаются к применению в растянутых соединениях. Также саморезы очень хороши при монтаже накладного перфорированного крепежа. 

К достоинствам самореза относят:

• Надёжность удержания на месте под нагрузками.
• Возможность получить разборное соединение.
• Возможность чётко установить (выставить) детали в проектное положение.

Недостатками саморезов по дереву можно считать:

• Необходимость использовать электроинструмент.
• Необходимость выполнять засверливание (диаметром около 0,8 d голого стержня без резьбы).

Основные виды самонарезных винтов для строительства разделяются на 4 категории:

• Чёрные оксидированные саморезы под биту РН2. Используются для сборки и обшивки ненагружаемых узлов, так как при перегрузках они склонны к отрыву головки или слому стержня.
• Жёлтые или белые саморезы с пассивационным защитным слоем и покрытием из цинкового сплава для борьбы с коррозией. Они наделены головками со шлицами под биты формата PZ1, PZ2, PZ3. Считаются универсальными, так как не ломаются, а гнутся при перегрузках, не ржавеют, часто имеют дополнительные режущие рёбра. Именно их лучше применить при сборке полов, кровельных систем, различных несущих каркасов.
• «Кровельные» крепежи с буром на конце, шайбой под шестигранник и прессшайбой. Эти метизы могут просверливать тонколистовой металл, перед тем как войти в брус деревянного каркаса. Благодаря прорезиненной шайбе – они обеспечивают герметичность точки прохода. Саморезы данного типа активно используют при креплении кровельных покрытий (профлист, металлочерепица) к обрешёткам, а также при строительстве заборов из профнастила.
• Саморез «глухарь» является самым мощным видом винтов. По сути, это – силовая модификация оцинкованных саморезов из 2-го пункта, только здесь использован крупный стержень толщиной от 8 мм и шестигранная «болтовая» шляпка под ключ. Главное назначение глухаря – собирать сложные конструкции из пиломатериалов внакладку (вместо болтов и шпилек), а также выполнять анкерное крепление деталей к несущим каменным основаниям - их доукомплектовывают полимерными пробками-дюбелями.