Крепление в дереве

Роберт Лейхти, доктор философии Гвозди и шурупы небольшого диаметра (т. е. менее 6 мм [0,23 дюйма]) имеют решающее значение для эффективности конструкции деревянного каркаса. Эти крепежи (рис. 1) играют решающую роль в:

Национальный строительный кодекс Канады (NBC) содержит инструкции по креплению типичных деревянных каркасных конструкций. В то же время Канадская ассоциация стандартов (CSA) O86-09 «Инженерное проектирование древесины» предоставляет методы рационального механического анализа для инженерного проектирования. Оба этих ресурса используют CSA B111, Wire Nails, Spikes и Staples как эталонную спецификацию для приводных крепежных изделий малого диаметра. Этот стандарт был впервые утвержден в 1974 году, и хотя он был подтвержден совсем недавно, в 2003 году, он не обновлялся. В результате CSA B111 стал полезным руководством по крепежным деталям, но он не отражал многие изменения, произошедшие с начала 1970-х годов. К ним относятся общее использование гвоздезабивных машин и крепежных изделий, предназначенных для установки с ними, изменения в химической обработке древесины, коррозионные условия, связанные с этими химикатами, и антикоррозийные покрытия. Теперь CSA B111 отменен, в результате чего NBC и CSA O86-09 остались без эталонного стандарта для гвоздей.

В CSA O86-09 винты для деревянных конструкций указаны в соответствии с требованиями Американского общества инженеров-механиков (ASME) B18.6.1, Шурупы для дерева (дюймовая серия) и ASME B18.2.1, Болты с квадратной, шестигранной, тяжелой шестигранной головкой и болты с косой головкой и Винты с шестигранной головкой, толстым шестигранником, шестигранным фланцем, лопастной головкой и винты с затяжкой (дюймовая серия). Эти стандарты являются действующими и периодически подтверждаются. Сейчас доступно множество фирменных шурупов для дерева, которые более эффективны, чем стандартные шурупы для дерева и шурупы с лагом. Однако фирменные винты не обязательно соответствуют стандартам ASME.

Меняются стандарты крепежа и сама продукция, а также коррозионная среда и древесные материалы. Изделия из конструкционной древесины (EWP), такие как конструкционные композитные пиломатериалы (SCL), деревянные конструкционные панели (WSP) и деревянные двутавровые балки, типичны для современного легкокаркасного строительства. Крепление этих материалов требует внимания к основам, чтобы соединения работали должным образом. Жизненно важным вопросом является использование правильного удельного веса (т.е. относительной плотности) при проектировании соединения с EWP.

Наконец, за последнее десятилетие рецептуры химикатов для обработки древесины, предназначенных для предотвращения гниения, претерпели серьезные изменения. Изменения были вызваны признанной токсичностью некоторых составов для человека и угрозами со стороны регулирующих органов. Новые и распространенные химикаты для обработки древесины создают более агрессивную среду для металлических крепежных изделий, чем более ранние химикаты для обработки древесины. Тяжелая гальванизация, гальванизация в сочетании с барьерными покрытиями и нержавеющая сталь являются решениями для защиты от коррозии, но правильная спецификация крепежа важна для удовлетворения требований к производительности.

Целью этой статьи является предоставление рекомендаций по снятому с производства CSA B111, признание запатентованных шурупов для дерева и повышение важности относительной плотности и коррозионной стойкости при проектировании и спецификации крепежа.

Конструкция соединения малого диаметраОбзор норм и справочных стандартов NBC и CSA O86-09 для креплений малого диаметра показан на рисунке 2. Таблицы NBC содержат рекомендации по предписывающим требованиям к креплениям, а разделы CSA O86-09 описывают анализ конструкций из искусственной древесины.

Типичная конструкция соединения для крепежных изделий малого диаметра включает анализ сопротивления выдергиванию, сопротивления боковому (срезу) и протягиванию головки некоторых гвоздей и шурупов (рис. 3). Предписывающие графики крепления NBC основаны на неустановленных требованиях, подробно описанных в применимых разделах CSA O86-09 (рис. 4). Например, расчетные свойства и предписанные графики крепления предполагают:

Другие требования можно найти в соответствующих разделах NBC и CSA O86-09.

Инженерный анализ соединений с боковой нагрузкой требует от специалиста-проектировщика решения ряда уравнений, обычно называемых «уравнениями предела текучести», связанных с различными механизмами текучести. Механизмом управления может быть податливость древесины или жесткое вращение крепежного элемента, либо изгиб крепежного элемента с некоторым сдавливанием древесины. Уравнения основаны на инженерной механике, и переменные включают: