для чего нужен нагель деревянный
Нагель деревянный для бруса и бревна. Сборка и особенности соединения
30 июня 2020 
нагель, нагель деревянный, березовый нагель
Нагель деревянный для бруса и бревна. Сборка и особенности соединения
Немецкое слово «Nagel» переводится как «гвоздь», что есть это любой гвоздь, не зависимо от материала или формы и размера. Если же гвоздь сделан из дерева, то это будет « Holznagel». Как и лафет, нагель настолько плотно вошел в обиход, что даже в нормативные документы вошло отдельное понятие «нагельные соединения»
Нагельное соединение (ГОСТ Р 56711 – 2015) – это соединение элементов конструкции, выполненное с применением цилиндрических или пластинчатых нагелей из разных материалов, которые плотно устанавливаются в предварительно подготовленные отверстия и работают на сдвиг, который сопровождается изгибом нагеля.
Сращивание бревна в чаше с помощью нагеля
Сращивание бревна в чаше с помощью железной скобы
По описанию нагельное соединение очень напоминает соединение дюбелем: также предварительно сверлится отверстие. Но, если дюбель работает в совокупности с другим крепежным элементом: винтом, саморезом, гвоздем, то нагель и есть этот крепежный элемент. Кроме этого нагель работает на сдвиг, поперечное смещение, а дюбель на вырывание.
Нагель может изготавливаться из материалов, обладающих достаточной упругостью: дерево, металл, пластмасса.
Нагель ( в строительстве ) – механическая связь цилиндрической или пластинчатой формы для восприятия сдвигающих усилий. В деревянном домостроении под нагелем понимают деревянное крепежное изделие разной длины, диаметра и формы. Фактически нагель и шкант – это одно и то же, но, если последний чаще применяется для торцевых соединений (это видно даже из названия «кант»
«торец»), то нагель – для плоскостей.
Нагель деревянный
В строительстве домов применялся и рекомендуется применять деревянный нагель, как максимально близкий к материалу стены, а значит и «ведет» себя аналогично. В противовес деревянному нагелю металлические нагеля могут ржаветь, давать конденсат при перепаде температур, что повышает риск распространения гнили в деревянной стене.
Важно понимать. Уважающий себя и, тем более клиента – заказчика, в срубах из бревна и бруса не будет применять металлические нагели. По этой причине в дальнейшем под нагелем в статье будет пониматься только деревянный нагель.
Виды деревянных нагелей
Цилиндрический березовый нагель
Различаются деревянные нагели и по форме сечения. Наиболее распространены варианты с круглым сечением или цилиндрические нагели. Они достаточно просты в изготовлении, так как легко вытачиваются на станках. Кроме этого для них просто сделать посадочное отверстие.
Помимо цилиндрических нагелей существуют нагели с квадратной, прямоугольной, треугольной, шестигранной формами, которые, это очень важно, имеют свое место применения. Изготовление отверстий такой формы большой глубины сложно, а порой не возможно. Как правило, место их применения в столярном деле, а не деревянном строительстве.
Применение нагелей в деревянном домостроении
Необходимо заметить, что в строительстве домов из массива дерева нагель может применяться в нескольких случаях. Перечислим три основных момента, хотя круг значительно шире.
1. Скрепление венцов бревен и брусьев при строительстве домов и бань по срубовой усадочной технологии.
2. Возможно применение нагелей в безусадочных деревянных технологиях. Чаще это соединения торца с пластью, то есть принцип шканта. Например, нагель имеет место в фахтверке для соединения горизонтальных и вертикальных элементов массивного каркаса, но чаще применяется монолитный шип в одном из элементов.
3. Нагель может применяться в крупных отдельных изделиях. Например, в лестницах, где ступени – плахи также могут крепиться нагелем.
Наибольшее количество споров и обсуждений существует вокруг срубов и усадочной технологии.
Сборка сруба на нагеля
Быть или не быть нагелю в срубе? Вопрос интересный и жаркий! С одной стороны, встречаются столетние и более строения из бревна с применением березового или соснового нагеля, в то же время в других домах аналогичного возраста их нет. С другой стороны, в современной действительности кто-то утверждает, что ставить нагеля обязательно, а кто-то наотрез отрицает ее необходимость.
Интересно, но факт. Статей об установке нагеля в срубе из бревна практически нет. Вся информация «крутится» вокруг бруса. Почему? Для этого необходимо вспомнить особенности соединений, которые применяются с этими материалами, а также специфику самих материалов.
Рубленное бревно
Межвенцовый паз и чаша, особенно в канадской рубке, препятствуют изгибанию и кручению бревна. Слабыми местами оказываются только места стыковки бревен и выпилы под дверные и оконные проемы, где есть только межвенцовый паз, а обсада еще не установлена. Именно по этой причине проемы раньше или не выпиливали заранее, или сразу ставили обсадную коробку с учетом усушки и усадки сруба. Смещение, при условии, что стена установлена вертикально, практически исключено.
Калиброванное или оцилиндрованное бревно
Бревно производится на станках по двум принципиально разным технологиям. На станках проходного типа бревно движется через роторную головку, в результате чего получается оцилиндрованное бревно с повторением кривизны исходника. На станках позиционного типа вращается само бревно исходник, а на выходе получается ровный цилиндр, у которого заболонь снята неравномерно.
В результате в первом случае уже имеется кривизна, которая при усушке будет только увеличиваться, а во втором будет высокая склонность к деформации из-за разных сил напряжения. В ряде случаев кручение одного единственного бревна способно приподнимать угол и образовывать щель до 1 – 2 см.
Чаша и межвенцовый паз также противодействуют кручению и смещению, но противодействие деформации бревна им существенно больше.
Строганый и нестроганый брус
Самым дешевым вариантом дома из массива дерева является дом нестроганного бруса – это брус сразу после пилорамы. Так как у него спилены округлости бревна, которые, по сути, работают как ребра жесткости, то склонность к деформации на изгибание и кручение у него, как и у любого бруса вообще, значительно выше. Строганый брус отличается только дополнительной обработкой лицевых сторон.
Если дом или баня из такого бруса собираются в чашу, то она частично противодействует кручению, но при большой длине бруса все решает только общий вес, а он меньше, чем в случае с бревном.
Но в подавляющем большинстве случаев дома из такого материала собираются не в чашу, а встык, «в шпонку» или в «коренной шип» (теплый угол). При этих способах кручению бревна противодействуют только верхние ряды, а изгибанию по горизонтали и смещению не препятствует ничто.
Профилированный брус
Описанная выше ситуация характерна и для профилированного бруса, за исключением ситуации с изгибанием. Этот вид деформации находится «под контролем» у профилированных пазов. Но если кручение выведет брус из пазов, то и изгибание будет возможно.
Деформация бруса при кручении
Деформация профилированного бруса при кручении
Клееный брус
Сама технология изготовления клееного бруса направлена на то, чтобы исключить процессы деформации бревна, которые характерны для других видов бруса. Ламели предварительно просушиваются в камерах, строгаются, затем склеиваются. Но именно это может оказаться «проблемой» клееного бруса в срубе, так как при влажности меньше 12% он будет стремиться набрать влагу из воздуха. В результате клееный брус может деформироваться еще до укладывания в сруб.
Применение нагеля позволяет компенсировать недостатки строительных материалов, оказывая сопротивление их деформации.
Соединения на нагелях по ГОСТ
ГОСТ 300974-2002 «Соединения угловые деревянных брусчатых и бревенчатых малоэтажных зданий. Классификация, конструкция, размеры» обязывает установку деревянных шкантов (нагелей) в угловых и Т-образных соединениях брусьев с коренным шипом и на шпонках. Это соединения, где нет чаши. Нагель при этом ставится в центр углового соединения.
Диаметр нагеля зависит от ширины бруса:
Диаметр отверстия должен быть равен диаметру нагеля, но с учетом допустимых отклонений:
отверстие может быть на 1 мм больше диаметра нагеля. Длина нагеля не оговаривается.
Влажность нагелей не должна сильно отличаться от влажности древесины стен. Влажность нагеля может быть ниже не более чем на 2-3%, так как при большей влажности отбудет забирать ее из стенового материала, увеличиваться в размерах и заклинивать брус, препятствуя его свободной усадке.
Перечисленные в ГОСТ 300974-2002 требования касаются только угловых соединений, но это не решает проблемы линейных искривлений. Они лишь оговаривают требования, влияющие на целостность конструкции.
В тоже время существует ГОСТ Р 56711-2015 «Соединения нагельного типа для деревянных конструкций. Технические условия» сказано, что для гладких цилиндрических нагелей сверлят отверстия такого же диаметра, как и у нагелей, а в отдельных случаях, для увеличения плотности их посадки, диаметр отверстия выбирают на 0,2-0,5 мм меньше диаметра нагеля. Влажность соединяемых элементов и используемых деревянных нагелей должна соответствовать ожидаемой эксплуатационной с целью исключения высыхания древесины и ослабления соединений.
Ситуация обязательной установки нагеля согласно ГОСТ 300974-2002
Исправление кривизны бруса за счет установки нагелей
На первый взгляд возникает противоречие во влажности и диаметре отверстий. На самом деле ГОСТ Р 56711-2015 и СП 64.13330.2017 говорит о жестко соединенных деревянных конструкциях, а ГОСТ 300974-2002 о конструкциях подвижных, в которых происходит усадка.
Установка нагелей
Для срубовых конструкций нет жестких требований по необходимости установки нагелей, однако такая потребность может возникать при применении, в первую очередь, материалов естественной влажности.
Сначала разберем, как правильно установить деревянный нагель-шкант, а затем, где его лучше ставить.
Правила установки нагеля
Установка нагелей в срубе
Для установки может применяться нагель длиной две толщины венца для установки на 2 среза (в трех венцах), но просверлить строго вертикально такое отверстие очень сложно. Такой вариант установки допустим только для опытных плотников и применяется чаще в брусе с высотой 140-150 мм.
Места и шаг установки нагеля
Место и шаг установки нагеля зависит от материала сруба и способа соединения угла.
Установка нагелей на стыке бревен: с перекрытием следующим венцом и до перекрытия
Установка нагелей на свободном конце бревна
Установка нагелей на простенке между проемами
Процесс установки нагелей в срубе не сложный, но требующий большой ответственности и аккуратности. С целью экономии эту процедуру можно избежать и нагеля не ставить. Но если Вы берете на себя такую ответственность, то будьте готовы и к возможным последствиям.
Строительные компании, несущие ответственность за свою работу и гарантирующие высокий результат, как правило, установку нагелей включают обязательно в стоимость сруба. По этой причине, при прочих равных, сруб может получаться дороже. Но такие затраты обоснованы.
Вопрос установки нагелей – это ситуация из пословицы « Скупой платит дважды ».
Нагель для бруса: особенности применения
Под нагелем в строительной терминологии понимают округлые стержни или бруски, предназначенные для скрепления строительных деталей путем установки в специально подготовленные отверстия. Основное назначение нагельных соединений – противодействие сдвигающим силам за счет упругости тела нагеля.
Деревянный нагель для бруса называют шкантом или деревянным гвоздем, нагельные (шкантовые) соединения используют при возведении срубов жилых домов, бань и хозяйственных построек, применяют при монтаже различных деревянных конструкций. Технология имеет многовековую историю, подобные крепления обнаружены в постройках XVI века на территории современной Австрии и при раскопках в Великом Новгороде.
Преимущества и недостатки нагельных соединений
Достоинства применения деревянных нагельных соединений проверены веками, к ним относят:
К недостаткам относят: дополнительные трудозатраты за счет необходимости сверления установочных отверстий, при подборе материала и проведении работ необходимо соблюдать определенные правила.
Разновидности деревянных нагелей
Шканты для бруса могут иметь круглое, квадратное или прямоугольное сечение. Вырезать в теле бруса посадочное гнездо квадратной формы затруднительно, по этой причине в домашних условиях крепления любой формы устанавливают в круглые отверстия, диаметр зависит от размера шканта и должен обеспечивать установку «в натяг». Каждый вид креплений имеет свои преимущества и недостатки:
Согласно ГОСТ Р 56711-2015В, нагели цилиндрической формы являются основным крепежным элементом для сплачивания и сращивания цельного и клееного пиломатериала.
Замечание мастера: до настоящего времени нет единой позиции в вопросе о том, какие нагели лучше использовать при кладке сруба, некоторые мастера отдают предпочтение нагелям с квадратным сечением. Такое крепление обеспечивает более свободный ход бруса относительно ребер шканта и предотвращает развитие негативных процессов при усадке.
Требования к материалу
Нагельные соединения подвергаются значительным нагрузкам на срез, изгиб и кручение. По этой причине шканты округлой формы изготавливаются из прочной древесины – это может быть дуб, лиственница и береза. Для заготовок выбирают высокосортную древесину естественной влажности, без сучков с ровными и неповрежденными волокнами. Поверхность готовых креплений подвергается шлифовке с использованием абразива.
При выборе материала необходимо учитывать следующие рекомендации:
Шканты для бруса квадратного и плоского сечения можно изготовить из специально отобранного качественного пиломатериала, используемого при строительстве.
Размеры нагелей и диаметр отверстий
Рекомендации по выбору размеров нагельных соединений изложены в нормативных документах по строительному проектированию (СНиП), в их числе: диаметр сечения круглых нагелей должен составлять не более 1/6 от ширины бруса, длина в 1.5 раза превышать высоту бруса. Диаметр посадочных отверстий делают на 0.5-1.0 мм меньше диаметра шканта.
Несложно посчитать, что при строительстве из бруса180х180 надо использовать шканты диаметром 30 мм, длиной более 270 мм, диаметр отверстий для установки креплений – 31 мм. Специализированные магазины предлагают нагели следующих типоразмеров: цилиндрическийс диаметром от 15 до 30 мм, квадратный со стороной от 20 до 25 мм, длина заготовок – до 1100 мм.
Как изготовить шкант своими руками
Полный комплект нагелей для постройки дома целесообразно купить, если не хватит несколько штук, шканты можно изготовить самостоятельно. Если в домашнем хозяйстве нет токарного станка, можно использовать черенок от лопаты. Диаметр черенка составляет 39-40 мм – это для нагеля много, лишнее необходимо снять с помощью топора и рубанка. С посадочного края снимается фаска под конус высотой 7-10 мм, поверхность зачищается от неровностей с помощью шлифовальной шкурки. Прямоугольные шканты для бруса нарезают из обрезков доски с помощью циркулярной пилы или электролобзика, с посадочной стороны края ребер спиливаются под углом 45-60 градусов, поверхность подвергается чистовой обработке (шлифовке).
Технология крепления
Для установки нагеля потребуется выполнить ряд операций в следующей последовательности: произвести разметку, просверлить посадочное отверстие, установить крепление в подготовленное отверстие.
Расчеты и разметка
Требования к нагельным соединениям определены СНиП 2.01.07-85, при установке шкантов должны соблюдаться следующие правила:
Сверление
Для сверления посадочных отверстий диаметром более 12 мм используют низкооборотистые дрели мощностью не менее 1200 Вт с двумя рукоятками. Сверло должно отвечать следующим требованиям: на 30-35 мм превышать длину установочных штырей и обеспечивать отвод стружки. Лучшим решением будет использование фрезерных сверл по дереву. Определиться с диаметром сверла и нагеля необходимо на этапе проектирования, в запасе надо иметь 7-8 сверл.
Отверстие высверливаться сразу в двух венцах, для предотвращения сдвига, верхний и нижний брус должны быть надежно зафиксированы, для этого можно использовать строительные скобы.
Установка
Шканты устанавливаются в посадочные отверстия с натягом, для этого надо приложить значительное усилие, чем глубже стержень входит в отверстие, тем большее усилие надо прикладывать. Опасность заключается в том, что при забивании в брус шкант может треснуть, а верхняя часть размочалиться. Уменьшить трение можно мыльным раствором, использовать для этих целей парафин или технические смазки нельзя.
Под рукой надо иметь деревянную или резиновую киянку, тяжелый и легкий молоток. Удары наносятся строго вертикально, при пользовании металлическим инструментом, необходимо использовать защитную прокладку из обрезка тонкой доски или многослойной фанеры. Если в процессе установки в стержне образовалась трещина, его надо высверлить и повторить операцию.
Разница между деревянными и металлическими гвоздями
На различных строительных форумах часто задают вопрос: можно ли деревянный нагель для бруса заменить металлическими гвоздям или стержнями. Несмотря на то, что с металлическими гвоздями работать легче, такая замена недопустима по следующим причинам:
Заключение
Технические требования к соединениям нагельного типа для деревянных конструкций определены в ГОСТ Р 56711-2015, согласно ГОСТ, нагели могут изготавливаться из металла, древесины и пластмасс. Деревянные нагельные соединения применяются в индивидуальном строительстве, металл и пластик используют в промышленном каркасном домостроении.
Что такое нагели и для чего они нужны
Крепёж, противостоящий изгибающим нагрузкам в соединениях, которые работают на сдвиг, именуется нагелем.
1. Типы нагелей и решаемые ими задачи
Дословный перевод слова «нагель» (Nörgeln), с немецкого языка на русский, означает гвоздь. Но это не привычные каждому из нас гвозди, а штыри квадратного, круглого или многогранного сечения, не имеющие шляпки и острия. Обязательное требование гладкая поверхность (резьба не наносится). Подобные изделия имеют еще одно распространённое наименование, шкант.
Эти элементы имеют значительный разброс по длине, которая действующими нормативами не регламентируется. Диаметры, согласно действующему нормативу 30974-2002, должны быть следующими. Для стыковки бруса, толщина которого ≤ 140 мм, (20-25) мм. Более 140 мм, ≥ 30 мм. Материалом для изготовления нагеля может быть дерево (используется чаще всего) или металл.
Основная задача, которую решает использование шкантов, противостояние сдвигу элементов конструкции деревянных сооружений под влиянием изменения влажности и внешних температур, который происходит непропорционально. Его величина зависит от расположения древесных волокон.
1.1. Принцип работы нагеля.
Под действием сдвигающих нагрузок элемент первоначально проворачивается на определённый угол вдоль продольной оси, что обусловлено его обмятием материалом бруса, после чего изгибается.
При этом пропорционально возрастает площадь соприкосновения шканта с древесиной бруса. Это приводит к росту сопротивления его дальнейшему смещению. В процессе происходящего взаимодействия нагель и элементы (соседние брусья), им соединённые, не подвергаются разрушающим деформациям. Изменение объёма бруса в процессе усадки приводит к обратному сдвигу, что снижает давление на шкант, и он принимает исходное положение.
Чтобы не допустить разрушения данного элемента крепления, его выбирают с учётом ожидаемых нагрузок.
1.2. Деревянные нагели
Практика показывает, что в подобных ситуациях нагели из дерева являются более предпочтительным решением по целому ряду причин:
Недостатком деревянного нагеля можно считать меньшую долговечность, относительно металлического аналога. А также меньшую величину нагрузки, которую он может выдержать. Этим объясняются специфические особенности, учитываемые при монтаже.
1.3. Нагели из металла
Несмотря на то, что эти изделия превосходят деревянные аналоги по прочности и долговечности, применяются они реже. Главным недостатком, определяющим это, является излишне прочное крепление, не позволяющее брусу сдвигаться в процессе усушки, что может приводить к зависанию бруса и образованию щелей в стенах.
Достоинствами металлических нагелей является:
К недостаткам относятся:
Наиболее часто используемые нагели выполняются из берёзы. Реже, из дуба или лиственницы.
Работы выполняются аналогично.
3. Сборка профилированного бруса на нагели
Выполнять сборку следует вдвоём. Для минимизации трения можно использовать мыльный раствор.
4. Сборка на гвоздях
Данный вид сборки часто используется при возведении срубов бань и дачных домиков. Главное преимущество их применения, скорость выполнения сборки и её дешевизна (в сравнении с использованием нагелей).
Стандартная длина гвоздей, (200-250) мм. При сборке требуется топить их шляпки в верхний брус на глубину не менее 30 мм. В противном случае, возможно зависание бруса при усадке, либо выдавливание верхнего бруса шляпкой. И в том, и в другом случае в стене образуются щели.
К недостаткам использования гвоздей относится их подверженность коррозии, худшие показатели при работе на изгиб (по сравнению с нагелями из дерева).