Соединения на шпонках, распор, способы погашения распора

1. Соединения на шпонках

Шпонка (nolrcr. szponka or ueu. Spon - щепка, клин) — деталь призматической, клинообразной или другой формы, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и предотвращающая их относительный поворот или сдвиг. Шпонки в сопряжениях обычно работают на смятие (сжатие), а иногда одновременно и на сжатие, и на скалывание. Все сопряжения на шпонках работают на распор, поэтому они часто нуждаются в постановке рабочих стяжных связей (болтов).

      Примером использования шпонок в  плотницком деле является составной брус со шпонками. В каждом из сплачиваемых брусьев выбираются прямоугольные выемки, которые при совмещении брусьев образуют прямоугольные пазы. В такие пазы вставляется шпонка из древесины твердых пород (дуб, бук, граб). В зависимости от толщины бруса глубина врезки шпонки может быть от 2,5 до 3,5 см, а ширина — в четыре раза больше глубины врезки. Шаг между шпонками в четыре раза больше ширины шпонки. Для придания балке большей прочности в промежутках между шпонками брусья стягиваются болтами. Призматические шпонки также используются и в угловых соединениях стеновых брусьев, выполняемых «в полдерева».

     Различают призматические деревянные продольные шпонки (рис.3.11 – а), когда направления волокон древесины шпонок и соединяемых элементов совпадают, и поперечные, когда направление волокон в шпонках перпендикулярно к направлению волокон соединяемых элементов. Во втором случае для обеспечения более плотной посадки шпонок они могут быть выполнены из двух клиновидных элементов. Призматические шпонки, передавая от одного элемента другому сдвигающие силы, работают на смятие и скалывание. По надежности из деревянных призматических шпонок следует выделить наклонные шпонки.

     В настоящее время в зарубежной практике строительства нашли широкое применение тавровые металлические шпонки. Они занимают промежуточное положение между шпонками и пластинчатыми нагелями. Несомненным их преимуществом является простота сборки, упрощенное изготовление гнезда небольшого размера и возможность в связи с этим расположения большего количества шпонок без снижения несущей способности деревянных элементов на скалывание.

     Для соединения элементов деревянных конструкций под различными углами в узлах ставят круглые центровые шпонки. Характерная особенность всех центровых шпонок — наличие в центре отверстия для стяжного болта. Отверстие для этого болта в соединяемом элементе можно использовать при нарезке круглых или кольцевых гнезд в каждом элементе порознь.

     Центровые односторонние шайбы шпоночного типа воспринимают усилия от центрального болта и рассредоточение передают их на деревянный элемент.

     Наибольшее распространение в современных деревянных клееных конструкциях за рубежом нашли шайбы шпоночного и нагельного типов.

     Из центровых шайб наиболее технологичными и надежными для сборных узловых соединений элементов Деревянных конструкций являются зубчатые и когтевые шпонки. Они получаются из листовой стали штамповкой на специальных прессах. Зубчатые шпонки могут иметь зубья или когти с одной или двух сторон. Односторонние зубчатые шпонки применяют обычно для устройства сборно-разборных соединений или для прикрепления деревянных элементов к металлическим. В нашей стране проф. В. Г. Ленновым были предложены штампованные когтевые шайбы. Этот тип зубчатых шпонок нашел применение и дальнейшее развитие в зарубежной практике строительства.

     Соединения на зубчатых шпонках характеризуются высокой несущей способностью и вязкостью. Зубчатые шпонки вдавливают в тело древесины ударным способом или специальными зажимами. К недостаткам соединений на зубчатых шпонках относится образование трещин в сопрягаемых элементах, а также уменьшение несущей способности из-за неравномерности запрессовки шпонок в многорядовых соединениях. Вследствие этого количество зубчатых шпонок в одном ряду ограничивается десятью.

     При сплачивании клееных деревянных элементов с помощью шайб шпоночного типа они могут иметь прямую расстановку или располагаться в шахматном порядке с шагом пропорционально диаметру шпонок.

      Металлические шпонки, расположенные внутри деревянных элементов, не требуют в обычных условиях антикоррозионной защиты. При использовании шпоночных соединений в условиях повышенной химической агрессивности окружающей среды применяют антикоррозионное покрытие металлических шпонок, чаще оцинкование. Основные формы и виды шайб шпоночного типа современных деревянных конструкций показаны на рис. 3.13. 
 
 

 
 
 
 
 

2. Распор 

Способы погашения распора

     Отличительный признак шпонок — появление опрокидывающего шпонку момента и как результат этого возникновение распора между соединяемыми элементами (рис. 3.11 – б). Рассмотрев равновесие шпонки без учета сил трения, можно приближенно определить распор.

,

с учетом сил трения

.

     Величина распора Q_ш определяется из условия равновесия, которое выражается уравнение: 

- опрокидывающий момент; - удерживающий момент.

     Для восприятия распора необходимо устанавливать рабочие связи — стяжные болты. Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных соединений, а также для уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки по нормам принимают не менее . Глубину врезки шпонок в брусья следует принимать не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, а бревна — не менее 3 см и не более 1/4 диаметра бревна. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Конструирование и расчет соединения на шпонках

     Расчет соединений на призматических шпонках подобно расчету соединений на лобовых врубках сводится к проверке несущей способности по смятию и скалыванию древесины шпонок, а также сплачиваемых брусьев или бревен. При расчете на скалывание в многорядовых соединениях в связи с вероятностью неравномерного распределения усилий между шпонками и снижения несущей способности вводят коэффициент 0,7. При расчете соединений на шпонках требуется подбор стяжных болтов и шайб под его головку и под гайку для восприятия распора. 
 В настоящее время в зарубежной практике строительства нашли широкое применение тавровые металлические шпонки (рис. 3.11 – в). Они занимают промежуточное положение между шпонками и пластинчатыми нагелями. Несомненным их преимуществом является простота сборки, упрощенное изготовление гнезда небольшого размера и возможность в связи с этим расположения большего количества шпонок без снижения несущей способности деревянных элементов на скалывание. 
 Для соединения элементов деревянных конструкций под различными углами в узлах ставят круглые центровые шпонки. Характерная особенность всех центровых шпонок — наличие в центре отверстия для стяжного болта. Отверстие для этого болта в соединяемом элементе можно использовать при нарезке круглых или кольцевых гнезд в каждом элементе порознь.

     На рис. 3.12 показано развитие центровых шпонок и их переход к шайбам шпоночного типа. Центровые односторонние шайбы шпоночного типа воспринимают усилия от центрального болта и рассредоточение передают их на деревянный элемент. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Агапов В.П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости пространственных тонкостенных конструкций. Учебное пособие. М., издательство ABC, 2000г.

2. Бывших М.Д., Фёдоров Н.И. Защитная обработка древесины. М., "Лесная промышленность", 1981г.

3. Вахненко В.Г., Андриенко Н.Т. Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий. Справочник проектировщика. Киев, Будевильник, 1987г.

4. Вдовин В.М. Проектирование клеедощатых и клеефанерных конструкций. Учебное пособие, 2-е издание испр. М., изд. АСВ, Пенза, ПГАСА, 1999г.

5. Вдовин В.М. Проектирование клеенных деревянных арок и рам. Учебное пособие. Пенза, ИСИ, 1993г.

6. Ветрюк И.М. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие для ВУЗов по специальности «ПГС», 2-е изд. перераб. и доп. Минск, Высшая школа, 1978г.

7. ВНИИ ШЛИ «Строительство и архитектура», серия: «Деревянные конструкции. Соединения деревянных конструкций», вып. 3. М., 1988г.

8. Гестеши Т. Деревянные сооружения гражданские и инженерные. Основы расчёта и конструирования. Под ред. П. Я. Каменцева. М., Гостехиздат, 1929г.

9. Гете К.Г., Хоор Д., Меллер Ю. Атлас деревянных конструкций. М., Строй-издат, 1985г.

10. Гринь И.М. Строительные конструкции их дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет. Киев, 1975г.

11. Гринь И.М., Фурсов В.А., Бабушкин Д.М. и др. Проектирование и расчет деревянных конструкций. Справочник. Киев, Будевильник, 1988г.

12. Губенко А.Б. Строительные конструкции с применением пластмасс. М., Стройиздат, 1970г.

13. Губен^ко А.Б. Клеевые конструкции из досок. М., Стройиздат, 1949г.

14. Гуськов И.М. Примеры проектирования конструкций из дерева и пластмасс. М., МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1978г.

15. Гуськов И.М. Ремонт деревянных конструкций. Учебное пособие. МИСИ им. Куйбышева, 1982г.

16. Деревянные конструкции  в современном строительстве.  Материалы Всесоюзного совещания. М., 1972г.

17. Жемочкин Б.Н. Расчет рам. М., Стройиздат, 1965г.

18. Иванов А.М., Алгазинов Л.Д., Мартинец Д.В. Строительные конструкции из полимерных материалов. М, Высшая школа, 1978г.

19. Иванов В. Ф. Конструкции из дерева и пластмасс. JL, Издательство литературы по строительству, 1966г.

20. Иванов В.А. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчёта и конструирования. Киев, Высшая школа, 1981г.

21. Иванов В.А., Клименко В.З. Конструкции из дерева и пластмасс. Киев, Вища школа, 1982г.

22. Иванов В.А., Кучитский Л.П., Кормаков Л.И. и др. Деревянные конструкции. Примеры расчетов и конструирования. Киев, Госстройиздат, 1960г.

23. Иванов Ю.М. Предел пластического течения древесины. М., Стройиздат, 1948г.

24. Каменцев П.Я. Новый метод расчета деревянных конструкций. Труды МИИКС, вып. 4. 1947г.

25. Канн Э.А., Серов Е.Н. Деревянные конструкции в современном строительстве. Кишинев, Штиинца, 1981г.

26. Конструкции из  дерева и пластмасс. Учебник  для ВУЗов.(Слицкоухов Ю.В., Гапоев М.М. и др.) под редакциейКарлсена Ю.В., 5-е изд. перераб. и доп. М., Стройиздат, 1986г.

27. Ковальчук Л.М., Турковский С.Б., Пискунов Ю.В. Деревянные конструкции в строительстве. М., Стройиздат, 1995г.

28. Кочетков Д.  А Деревянные конструкции в  жилищно-коммунальном строительстве. М., Л., Издательство Минкомхоза, 1950г.

29. Кузнецов А.В. Узловые сопряжения деревянных ферм. Госиздат, 1932г.

30. Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений / Пер. с нем. Ю.Н. Потапова, под ред. З.А. Казбек-Казиева, М., Стройиздат, 1993г.