Лекции по деревянным конструкциям - часть 18

равномерные напряжения смятия 



. Площадь смятия F определяют в зависимости 

от  глубины  врубки  h

вр

,  угла  наклона  сжатого  стержня  а  и  ширины  врубки  b, 

которая  в  брусьях  равна  ширине  сечения,  а  в  бревнах  диаметром  d  находят  из 
выражения 





вр

вр

h

h

b







2

.  Соответственно  площадь  смятия  равна  во  врубках 

брусьев 



cos

вр

bh

F



; во врубках бревен 



cos

71

,

0

вр

bh

F



.

 

Расчет  производят  по  прочности  рабочей  площади  врезки  при  местном 

смятии  под  углом  к  волокнам  растянутого  стержня 



.  Расчетное  сопротивление 

местному  смятию  под  углом  к  волокнам  ввиду малой длины площади смятия и 
значительного  поддерживающего  действия  соседних  участков  древесины 
определяют  по  формуле (5.14) с  учетом  повышенного  коэффициента  условий 
работы 

65

,

1

2



cм

m

: 





3

90

sin

22

,

3

1

13

и

3

8

,

1

65

,

1













cм

cм

R

MПa

R

    

 

 

 

(2) 

Проверку  прочности  лобовой  врубки  при  местном  смятии  производят  по 

формуле (5.15). По  этой  же  формуле,  переписанной  относительно  сжимающего 
усилия N, определяют несущую способность врубки по смятию древесины. 

Скалывание древесины. От действия скалывающих усилий Т вдоль волокон 

древесины  по  площади  скалывания  F  равной  "произведению  ширины  врубки  b  на 
длину  скалывания  l

ск

  возникают  скалывающие  напряжения 



.  Длина  площади 

скалывания  l

ск

  равна  расстоянию  от  нижней  точки  врубки  до  конца  растянутого 

стержня, но учитывается не более длины, равной 10 глубинам врубки h

вр

 (см. гл. 5). 

Напряжения  скалывания 



  распределяются  по  длине  площади  скалывания 

особенно неравномерно, так как силы скалывания действуют с одной стороны от 
площади скалывания и достигают максимума близ врубки. Напряжения же отрыва 
здесь  несколько  снижаются  в  результате  прижима,  создаваемого  вертикальной 
составляющей усилия сжатия. 

Расчет  производят  по  прочности  при  скалывании  по  средним  значениям 

скалывающих  напряжений.  Расчетное  среднее  сопротивление  скалыванию 

ср

ск

R

 

определяют по формуле (5.17), где принимается коэффициент 

25

,

2





, а плечо пары 

сил  скалывания 

h

е

5

,

0



.  При  учете  длины  площади  скалывания,  равной  не  более 

двойной  высоты  сечения  растянутого  стержня,  разрешается  принимать  расчетное 
среднее  сопротивление  скалыванию  равным 

.

2

,

1 MПa

R

ср

ск



  Лобовую  врубку 

проверяют по прочности на скалывание по формуле (5.18). По этой же формуле, но 
относительно  скалывающих  усилий  Т  можно  определить  несущую  способность 
врубки по скалыванию. 

Лобовая  врубка  с  двумя  зубьями  отличается  тем,  что  сжатый  стержень 

врубается  в  другой  двумя  зубьями,  в  результате  чего  во  врубке  образуется  две 
площади смятия и скалывания. Эта врубка является более сложной, трудоемкой и 
требует повышенной точности изготовления для обеспечения совместной работы 
всех  рабочих  площадей.  Такая  врубка  применяется  в  некоторых  случаях  для 
соединения стержней под углом 45° и более. 

Соединения с деревянными связями являются трудоемкими и устаревшими 

соединениями  построечного  изготовления.  Связями  служат  здесь  небольшие 
деревянные  вкладыши.  Они  плотно  вставляются  в  соответствующие  отверстия  в 

соединяемых  элементах - бревнах  или  брусьях - и  обеспечивают  их  совместную 
работу  на  изгиб,  воспринимая  сдвигающие  усилия.  Соединения  бывают  на 
шпонках, пластинках и штырях. 

Соединения  на  шпонках  выполняют  при  помощи  брусков - шпонок  или 

колодок, которые работают на смятие и скалывание и создают поперечный распор 
элементов,  воспринимаемый  болтами.  Соединения  на  пластинках  выполняют  при 
помощи дубовых пластинок (пластинчатых нагелей), которые работают на изгиб 
и смятие древесины и не создают поперечного распора. Соединения на штырях 
выполняют  при  помощи  дубовых  штырей  (дубовых  нагелей),  которые  тоже 
работают на изгиб и смятие без поперечного распора. 

Эти  соединения  применяются  в  некоторых  временных  деревянных 

конструкциях и гидротехническом строительстве. 

§ 3. Соединения со стальными связями 

 

Соединения,  в  которых  усилия  отсутствуют  или  действуют  растягивающие, 

сжимающие  или  сдвигающие  силы,  успешно  решаются  при  помощи  стальных 
связей.  В  число  этих  связей  входят  болты,  стержни,  гвозди,  винты,  когтевые 
шайбы,  хомуты  и  некоторые  другие  связи.  Стальные  связи  в  зависимости  от 
характера их работы могут входить в состав стяжных, растянутых или изгибаемых 
- нагельных соединений. Они являются наиболее универсальными и применяются 
как  при  заводском,  так  и  построечном  изготовлении  деревянных  конструкций. 
Наиболее распространенными стальными связями являются болты и гвозди. 

Болтовые 

соединения. 

Болты 

(рис. 4) представляют 

собой 

стандартизованные  изделия  из  строительной  стали  марки  С38/23.  Болты, 
применяемые  в  большинстве  деревянных  конструкций,  называются  черными  и 
изготовляются  без  точной  обработки.  Они  отличаются  значительной  длиной, 
соответствующей  крупным  сечениям  деревянных  элементов,  и  снабжаются 
большими  квадратными  шайбами,  необходимыми  для  распределения  усилия  в 
болте на достаточную площадь древесины. Размеры  сечений болтов приведены в 
приложении V. Наибольшее  распространение  получили  болты  диаметром 12, 16 и 

Рисунок 4 - Растянутые болты: 

а - общий вид; б - схема работы болта и древесины; в - схема 

работы шайбы; 1 - гайка; 2 - стержень; 3 - головка; 4 - шайба; 

5 - соединяемые элементы 

20 мм. 

Для  постановки  болтов  в  соединяемых  элементах  просверливают  отверстия 

такого же диаметра, как и болт. Для надежного совпадения отверстий при сборке 
конструкций  сверлить  отверстия  следует  одним  проходом  сверла  через 
соединяемые  элементы  или  в  отдельных  элементах  по  шаблонам.  Болтовые 
соединения бывают со стяжными, растянутыми и изгибаемыми болтами. 

Соединения  со  стяжными  болтами  служат  для  плотного  соединения 

отдельных  элементов  при  их  поперечном  сплачивании  и  в  некоторых  узлах 
конструкций. В них могут возникать лишь незначительные усилия, и расчет их не 
требуется.  Сечения  стяжных  болтов  устанавливаются  по  конструктивным 
соображениям. Диаметр болтов не должен быть меньше 12 мм и меньше 

1

/

20

 общей 

толщины соединяемых элементов. 

Шайбы  стяжных  болтов  должны  иметь  ширину  не  менее 3,5 и  толщину  не 

менее 0,25 размера  их  диаметра.  В  первые  годы  эксплуатации  стяжные  болты 
нередко ослабевают и нуждаются в подтяжке. 

Соединения с растянутыми болтами применяются при анкерном креплении 

деревянных  конструкций  к  опорам,  при  подвеске  к  конструкциям  перекрытий  и 
оборудования  и  в  узловых  соединениях.  Они  воспринимают  действующие  в 
соединениях растягивающие усилия N. 

Болт  работает  и  рассчитывается  на  растяжение  по  площади  сечения 

ослабленной  нарезкой  F.  Расчетное  сопротивление  стали  принимается 
уменьшенным на 20% с учетом концентрации растягивающих напряжений а в зоне 
нарезки. Расчет производят по формуле 

R

F

N

8

,

0







. 

 

    

(3) 

По этой же формуле, переписанной относительно требуемой площади сечения 

болта 

тр

F , с помощью табличных данных можно подобрать сечение болта. 

Древесина под шайбами болта работает и рассчитывается на местное смятие. 

Расчетное  сопротивление  смятию  под  шайбами  при  углах  смятия  от 90 до 60° 
принимается  с  учетом  малой  площади  смятия  и  значительного  поддерживающего 
действия  окружающих  участков  древесины,  с  повышенным  коэффициентом 
условий  работы 

2

,

2

3



cм

m

  и  составляет 

.

4

2

,

2

18

90

MПa

R

ск







  Расчетное 

сопротивление  смятию  под  шайбами  под  углом  а  к  волокнам  определяют  по 
формуле (5.14), которая  после  подстановки  числовых  значений  расчетных 
сопротивлений имеет вид 





3

sin

25

,

2

1

13







cм

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4) 

Расчет на смятие под шайбами производят по формуле (5.15). 
Шайбы болтов работают и рассчитываются на изгиб от реактивного давления 

сминаемой древесины как квадратные пластинки шириной b, опертые в центре на 
гайку  болта.  Наибольший  изгибающий  момент  М  в  среднем  сечении  шайбы, 
ослабленном  отверстием  диаметром  d,  и  требуемую  толщину  шайбы 

тр



  можно 

приближенно определить из выражений 





R

d

b

М

Nb

M

тр







6

;

16

/



.

 

Аналогично  рассчитывают  растянутые  стержни  сквозных  конструкций 

круглого  сечения  с  шайбами  и  гайками  на  концах.  Их  максимальная  гибкость  не 
должна  превышать 400. Если  в  соединении  применен  ряд  болтов,  расчетное 
сопротивление  снижается  на 0,85, учитывая  возможную  неравномерность  его 
распределения между болтами. 

Соединения с изгибаемыми 

болтами  (рис. 6.5) относятся  к 
классу  нагельных,  в  которых 
связи,  в  данном  случае  болты, 
работают  главным  образом  на 
изгиб 

без 

распора. 

Эти 

соединения 

широко 

применяются  в  стыках  и  узлах 
деревянных 

конструкций, 

препятствуя  взаимным  сдвигам 
соединяемых 

элементов, 

причем  усилия  в  них  могут 
быть 

знакопеременными. 

Шайбы 

этих 

болтов 

не 

воспринимают 

расчетных 

усилий  и  имеют  те  же 
размеры, что и стяжные болты. 
От 

продольных 

усилий, 

действующих  в  таком  соеди-
нении,  по  площади  контакта 

болта  с  отверстием  в  древесине 
соединяемых  элементов  возникают 
неравномерные  по  периметру  и 
Длине  напряжения  смятия,  а  также 
скалывания  и  растяжения  поперек 
волокон  между  отверстиями.  В 

результате реактивного давления древесины в болте возникают усилия изгиба и 
среза. 

Расстановку  болтов  в  соединении  производят  по  правилам,  исключающим 

опасность преждевременного разрушения древесины элементов от скалывания и 
растяжения  поперек  волокон.  Расстояние  между  осями  болтов  вдоль  волокон  и 
до  торцов  элементов  должно быть не меньше 7d, а поперек волокон между осями 
— 3,5 d и до кромок — 3 d. 

Болтовые  соединения  могут  быть  симметричными,  когда  продольные  силы 

действуют  вдоль  одной  оси,  относительно  которой  симметрично  расположены 
элементы,  и  несимметричными,  когда  оси  элементов  не  совпадают  и  симметрия 
соединения отсутствует. Соединяемые элементы могут располагаться по одной оси 
вдоль волокон или под углом друг к другу. 

Срезами  в  болтовых  соединениях  называются  пересечения  болтов  с 

плоскостями  сдвига  между  элементами,  от  числа  которых  прямо  зависит 
несущая  способность  соединения.  Однако  напряжения  среза  в  болтах 
незначительны и не определяют их несущей: способности. 

Например, наиболее распространенный болтовой стык растянутых стержней с 

двусторонними  деревянными  накладками  является  симметричным  "двухсрезным 

 

Рис. 6.5. Изгибаемые болты: 
a  -  схемы  расстановки;  б  -  расчетные 

схемы;  в  -  схема  работы; 1 - прямая 
расстановка;  2  -  шахматная;  3  -  в  стальных 
накладках;  4  -  в  соединениях  под  углом;  5  - 
симметричная  двухсрезная  схема;  6 - 
несимметричная односрезная; 7 двухсрезная -