Соединение элементов деревянных конструкций. рубка углов, врубка, сплачивание

Домашний мастер

Нашей задачей является ознакомление со способами изготовления, сборки и фиксации отдельных элементов деревянных конструкций.

• Инструменты и приспособления
• Приемы производства работ
• Соединения
• Врубки наращивания
• Сращивание
• Сплачивание
• Вязка
• Рубка углов
• Неугловые сочленения
• Столярные соединения

Инструменты и приспособления, применяемые для производства плотничных работ, достаточно разнообразны. Самым главным из них является топор, которым выполняется большая часть плотничных работ: теска, выборка четвертей, устройство врубок, заколачивание скоб, гвоздей и т. п. Более тщательную обработку поверхностей, отесанных топором, производят рубанком, шерхебелем, медведкой, прямым и кривым стругами. Для долбежки отверстий и гнезд применяется долото. Для подчистки различных врубок предназначена стамеска. Сквозные отверстия в древесине выполняются при помощи буравов с различными наконечниками: ложечными, перовыми, винтообразными.

Для распиловки вдоль и поперек волокон применяются различного устройства пилы: поперечная, лучковая, ножовка. Кроме перечисленного режущего инструмента, существует целый ряд других рабочих инструментов: молоток, молот (1–2 кг), кувалда (2–8 кг), киянка (деревянный молоток), вспомогательные инструменты (вьюшка с отвесом, угольник, циркуль, ватерпас, уровень и пр.). Для скрепления между собой различных деревянных элементов используют следующие металлические изделия: гвозди проволочные и кованые, металлические скобы круглого или квадратного сечения, болты с гайками, шурупы, глухари с квадратной головкой и пр.

Главной в плотничном деле является работа топором, которая включает в себя три основных приема:

• рубка – основное направление движения лезвия топора перпендикулярно волокнам древесины;
• колка – лезвие топора двигается параллельно волокнам;
• теска – лезвие топора двигается наискосок по отношению к направлению волокон.

Рубка бревен производится попеременными ударами топора то поперек, то наискосок волокон.

Колка – топор с усилием вгоняется в конец бревна, в щель вставляется клин, топор вынимается, наносится следующий удар топором, клин вгоняется глубже, по мере удлинения щели вгоняется новый клин и т. д.

Рис.1. Теска

Теска (см. рис. 1) производится по предварительно отбитой черте, причем отесываемая поверхность должна быть вертикальна и обращена к правой ноге плотника, стоящего над бревном. По всей длине бревна через 30–50 см выполняются поперечные надрубы, затем производится собственно теска.

Рис. 2. Выборка четвертей

Выборка четвертей (см. рис. 2). Четвертью называется прямоугольная продольная выемка, выбранная вдоль бокового канта бруса или доски. Для ее выполнения сначала делается ряд поперечных зарубок до линий, ограничивающих четверть. Затем по зарубкам стесывается наклонная плоскость (фаска), после чего аккуратными ударами носка топора выбирается четверть. Четверть подчищают топором или рубанком и поверяют угольником.

Рис. 3. Выборка паза или шпунта

Выборка паза или шпунта (см. рис. 3), т. е. прямоугольного углубления, расположенного вдоль бруса или доски, производится легкими ударами носка топора. Очистка дна паза выполняется стамеской.

Острожка досок и брусьев производится для придания поверхностям, обработанным топором, большей чистоты. Острожка выполняется в два этапа, сначала шерхебелем, затем медведкой или для большей чистоты рубанком и фуганком.

Выдалбливание гнезд производится долотом.

Соединение различных деревянных частей между собой называется врубкой. Основные требования, предъявляемые к врубкам, следующие:

• врубка должна быть выполнена таким образом, чтобы она могла воспринимать передаваемые на нее нагрузки (сжатие, растяжение, сдвиг);
• соприкасающиеся части древесины должны плотно прилегать друг к другу по всем плоскостям соединения;
• металлические крепления (скобы, болты, глухари и т. д.), используемые при выполнении врубок, предназначены для противодействия случайным нагрузкам, на которые врубки не рассчитаны;
• при устройстве врубок, подверженных воздействию атмосферных осадков, необходимо принимать меры против застоя в них воды;
• врубка должна быть по возможности несложной в выполнении.

По взаимному расположению элементов различаются следующие виды соединений:

• наращивание – удлинение бревен или брусьев (свай, стоек) в вертикальном направлении. Оси соединяемых элементов расположены на одной вертикальной прямой;
• сращивание – удлинение в горизонтальном направлении. Оси соединяемых элементов расположены на одной горизонтальной прямой;
• сплачивание – увеличение по ширине. Оси соединяемых элементов расположены параллельно;
• вязка – сопряжение под углом. Оси соединяемых элементов расположены под углом друг к другу.

Самый простой способ – это наращивание впритык (см. рис. 4) со вставкой заершенного штыря, который воспринимает случайные боковые нагрузки. Иногда штырь заменяют чугунным башмаком с внутренней перегородкой, в которую и упираются концы соединяемых частей (см. рис. 5). Такие способы наращивания применяются при забивке свай, причем место стыка после забивки должно быть не менее, чем на два метра ниже уровня земли.

Рис. 4. Наращивание впритык
с ершом

Рис. 5. Наращивание впритык с башмаком

Наращивание с шипом – одинарным (см. рис. 6) и двойным (см. рис. 7) – также предохраняет соединение от воздействия боковых нагрузок. Ширина и высота одинарного шипа – около одной трети толщины бруса. Глубина гнезда для шипа должна быть немного больше высоты шипа, чтобы стойки соприкасались всей своей плоскостью. Для выполнения двойного шипа на торцах соединяемых бревен намечают два взаимно перпендикулярных диаметра и вырезают по два взаимно противоположных сектора длиной около двух диаметров бревна.

Рис. 6. Наращивание
с одинарным шипом

Рис. 7. Наращивание с двойным шипом

Рис. 8. Наращивание в полдерева

Наращивание в полдерева (см. рис. 8) часто применяется при устройстве строительных лесов. Оба конца бревна срезаются на половину своей толщины на 3–3,5 диаметра в длину. Вся врубка оборачивается обручной жестью.

Рис. 9. Наращивание языком

Наращивание языком (см. рис. 9) – в одной стойке выпиливается развилка, в которую вставляется соответствующим образом срезанный конец другой стойки. Соединение оборачивается жестью. Данное соединение не очень прочно и применяется для устройства временных строительных лесов.

Рис. 10. Сращивание впритык

Впритык (см. рис. 10) – оба конца срезаются под прямым углом и совмещаются друг с другом. Для противодействия поперечному сдвигу в оба соединяемых бревна (бруса) забивают скобу.

Рис. 11. Косой притык

Косой притык (см. рис. 11) – срез выполняется не под прямым углом, а по наклонной плоскости. Концы бревен скрепляются гвоздем или штырем.

Рис.12. Торцевой притык с гребнем

Торцевой притык с гребнем (см. рис. 12). Устраивается при рубке стен и предотвращает появление щелей между бревнами (брусьями).

Рис. 13. Прямая накладка

Прямая накладка (см. рис. 13). В отличие от вышеприведенных способов сращивания, когда соединяемые части лежат на опоре всей своей плоскостью (лежни, венцы стен), соединенные таким образом бревна (брусья) могут укладываться на стойки. Длина врубки в полтора, два раза больше толщины бревна (бруса).

Рис. 14. Косая накладка

Косая накладка. Устраивается в тех же случаях, что и прямая. Разметка показана на рисунке 14.

Накладки с косым прирубом (см. рис. 15). Для противодействия боковым нагрузкам на концах соединяемых частей устраивают торцевые гребни шириной и длиной в одну треть толщины бруса (см. рис. 16).

Рис. 15. Накладка с косым прирубом

Рис. 16. Торцевые гребни

Рис. 17. Прямой замок

При сращивании деревянных элементов, воспринимающих растягивающие усилия, устраиваются прямой и косой замки.

Прямой замок выполняется длиной в 2,5–3,5 толщины бруса (см. рис. 17).

Рис. 18. Прямой замок
с натяжными клиньями

Прямой замок с натяжными клиньями устраивается для того, чтобы максимально плотно стянуть соединяемые элементы (см. рис. 18).

Косой замок по длине выполняется большим, нежели прямой (см. рис. 19). При одинаковой их длине, плоскость, по которой может произойти скалывание выступающей части, в косом замке была бы меньше, чем в прямом. Для противодействия боковым нагрузкам косые и прямые замки устраивают с шипом шириной и длиной в одну треть толщины бруса (см. рис. 20).

Рис. 19. Косой замок

Рис. 20. Прямой замок с шипом

Сплачиванием называется соединение элементов по их длинным сторонам для увеличения ширины изделия. При сплачивании досок необходимо учитывать направление годовых колец древесины, так как при высыхании доски коробятся в ту сторону, в которую обращена выпуклая часть годовых колец. Вследствие этого при сплачивании необходимо чередовать соседние доски в зависимости от направления годовых колец. Различные варианты сплачивания досок приведены на рисунке 21.

Рис. 21 а.

а) Впритык. Сплачиваемые части отесываются и прифуговываются по угольнику;

Рис. 21 б.

б) В шпунт. Ширина и высота гребня равна одной трети толщины доски;

Рис. 21 в.

в) В ножовку. Кромки досок отесываются под острым углом к широкой плоскости доски;

Рис. 21 г

г) Гребнем. Высота гребня – от одной трети до половины доски;

Рис. 21 д-1

Рис. 21 д-2

д-1, д-2) В четверть. Уступ равен половине толщины доски;

Рис. 21 е

е) В шпунт с рейками. В обеих досках выбираются пазы, в которые вставляется рейка шириной вдвое больше, чем глубина паза.

Рис. 22. Шпонки со скошенными краями

Для скрепления между собой сплачиваемых досок и пластин употребляют шпонки со скошенными краями (см. рис. 22). Иногда шпонкам придается соответствующий профиль, скрывающий щель между шпонкой и досками.

Если возникает необходимость сплочения брусьев, работающих на изгиб (балки), изготавливают составные брусья.

Рис. 23. Составной брус со шпонками

Составной брус со шпонками (см. рис. 23). В каждом из сплачиваемых брусьев выбираются прямоугольные выемки, которые при совмещении брусьев образуют прямоугольные отверстия. В такое отверстие 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.

Рис. 24. Составной брус
с прокладками

Составной брус с прокладками (см. рис. 24). При необходимости увеличения высоты составного бруса применяют прокладки. Они выполняются из той же древесины, что и брусья, и располагаются волокнами не поперек бруса (как шпонка), а вдоль него. По обе стороны прокладок обязательна стяжка болтами для восприятия раздвигающих усилий.

Рис. 25. Составной брус
с прямыми зубьями

Рис. 26. Составной брус
с косыми зубьями

Составной брус с прямыми или косыми зубьями (см. рис. 25, 26). Для прямого зуба глубина врубки принимается от одной пятой до одной десятой общей высоты составного бруса, длина – в 1,5–2 раза больше общей высоты. Болты устанавливают через зуб, но обязательно таким образом, чтобы ближние к концам бруса уступы были стянуты болтами. В брусьях с косыми зубьями скаты уступов выполняются от середины пролета симметрично по направлению к концам бруса. В обязательном порядке болты устанавливают в прилегающих к середине пролета и в концевых промежутках, а на остальной части бруса – через промежуток.

Если нет необходимости устройства мощных балок, то сплачивание брусьев выполняется с помощью врубок, аналогичных врубкам для сплачивания досок.

Рис. 27. Сплачивание в шпунт

В шпунт (см. рис. 27). Применяется при устройстве ограждающих стенок (шпунтовые сваи), плотных днищ, дверей и т. п. Шпунт и соответствующий ему гребень могут быть прямоугольными и треугольными.

Рис. 28. Врубка в паз на вставные шипы

При рубке срубов различных построек из бревен соединения устраиваются посредством выборки полукруглого паза с добавлением через каждые два метра шипов. Данная врубка называется в паз на вставные шипы (см. рис. 28).

Рис. 29. Вязка в полдерева

Рис. 30. Вязка в полулапу

Необходимость сопряжения элементов, расположенных под углом относительно друг друга, может возникнуть, например, при рубке сруба. Кроме того, случаются ситуации, при которых один брус упирается в середину другого или перекрещивается с другим брусом.

При стыковке концов бревен или брусьев (вязка стропильных ног, углов срубов, углов оконных и дверных коробок) выполняются следующие способы соединения:

Вязка в полдерева (см. рис. 29). Для противодействия сдвигу брусьев устраивается потайной шип;

Вязка в полулапу (см. рис. 30). Особенно надежна в тех случаях, когда брусья воспринимают нагрузку, приложенную сверху (например, нагрузка от угловой стойки);

Прорезные шипы, одиночный (см. рис. 31) и двойной (см. рис. 32). Данный способ вязки обеспечивает надежность соединения при раздвигающих усилиях. Возможно усиление этого соединения болтом или скобой;

Рис. 31. Одиночный прорезной шип

Рис. 32. Двойной прорезной шип

Рис. 33. Прорезная лапа

Прорезная лапа (см. рис. 33). Отличается от прорезного шипа тем, что боковые плоскости выступающей части наклонны, благодаря чему шип невозможно выдернуть.

Рис. 34. Рубка с остатком в обло

Рубка с остатком в обло (см. рис. 34) – выборка полукруглой впадины (чашки) в каждом из бревен. Чашка должна быть обращена вниз, в противном случае в ней будет застаиваться вода, что приведет к загниванию углов.

Рис. 35. Рубка с остатком вприсек

Рубка с остатком вприсек (см. рис. 35). Отличается от предыдущей тем, что в чашке оставляется выступ наподобие потайного шипа.

Рис. 36. Рубка без остатка в лапу

Рубка без остатка в лапу (см. рис. 36). Благодаря клинообразному очертанию торцов каждое бревно плотно зажато и сверху, и снизу. Принцип разметки этой врубки приведен на рисунке 37. При одномерных бревнах разметку можно упростить, изготовив соответствующий шаблон. Для более тщательного уплотнения подобной врубки иногда выполняют т. н. лапу с коренным шипом.

Рис. 37 a. Разметка лапы

Рис. 37 б. Разметка лапы с коренным шипом

Рис. 38. Врубка с шипом

Врубка с шипом (см. рис. 38), квадратным или прямоугольным (врубка гребнем). Заплечики бревна (бруса) должны быть скошены, чтобы в них не застаивалась вода. Глубина гнезда под шип принимается несколько большей, нежели высота шипа, чтобы соединяемые элементы не зависали на шипе, а опирались на всю площадь торцов.

Рис. 39. Врубка с одинарным зубом

Врубка с зубом. Устраивается в тех случаях, когда один брус упирается в другой. Например, подкос упирается в сваю или балку, стропильная нога – в затяжку и т. п. Существуют врубки с одинарным зубом (см. рис. 39) и, при соединении бревен под малым углом, с двойным зубом (см. рис. 40). Глубина врубки – от одной четверти до одной шестой толщины бруса, но не менее 4 см. Такие врубки усиливаются скобами, хомутами или болтами (см. рис. 41). При этом следует соблюдать следующие правила:

• скоба должна быть направлена под прямым углом к линии, делящей внутренний угол пополам;
• скоба должна проходить через пересечение внутренних граней соединяемых брусьев;
• скоба должна быть такой длины, чтобы при соблюдении первых двух условий концы ее пришлись бы напротив средних линий осей соединяемых брусьев.

Рис. 40. Врубка с двойным зубом

Рис. 41. Усиление врубки хомутом

Рис. 42. Врубка сковороднем

Врубка сковороднем (см. рис. 42). Конец упирающегося бруса обрабатывается в виде ласточкиного хвоста, причем ширина узкой части составляет от одной второй до одной трети всей ширины бруса. Эта врубка (иногда ее называют «ласточкин хвост») хорошо воспринимает выдергивающие усилия.

Рис. 43. Врубка полусковороднем

Врубка полусковороднем (см. рис. 43). То же, что и предыдущая, с той лишь разницей, что выборка в брусьях выполняется только с одной стороны.

Рис. 44. Врубка в полдерева

Врубка в полдерева (см. рис. 44). Устраивается в тех случаях, когда по конструктивным соображениям требуется, чтобы оба бруса находились в одной плоскости. Для этого в каждом из брусьев выбирают часть, равную половине толщины бруса.

Рис. 45. Врубка в четверть дерева

Рис. 46. Накладка с прирубом

Врубка в четверть дерева (см. рис. 45). Выполняется тогда, когда один из брусьев должен лежать выше другого. Глубина врубки в этом случае равняется одной четверти толщины бруса. Если необходимо усилить нижний брус и в то же время устранить опасность скольжения по нему верхнего, выполняют накладку с прирубом (см. рис. 46).

Как уже говорилось, столярные работы отличаются от плотничных лишь тем, что столярные изделия меньше плотничных, тщательность обработки и точность пригонки частей намного выше и для скрепления элементов врубок применяется столярный клей. Для выполнения таких работ необходим дополнительный набор инструментов.

Инструменты и приспособления

Для тщательной фиксации обрабатываемых деталей при острожке, распиловке и долбежке необходим верстак с различными приспособлениями. Строгальный инструмент, применяемый при столярных работах: шерхебель, рубанок, фуганок, цинубель, горбач, зензубель, калевка, шпунтубель. Для долбежки и подчистки шипов, гнезд, краев выемок и т. п. применяются долота и стамески. Для сверления отверстий используют коловорот. Пила в столярных работах применяется главным образом лучковая. Молотки – те же, что у плотников, но меньших размеров.

Рис. 47. Поперечные планки с вырезом

Рис. 48. Наградник

Столярные соединения

Соединения в столярном деле в основном повторяют соединения плотничные. Отличие состоит в том, что из-за малых размеров изделий не применяются наращивание и очень редко требуется сращивание. Главным образом применяются вязка и сплачивание на столярном клее с использованием деревянных нагелей.

Сплачивание выполняется впритык, в шпунт, в шпунт с рейками (см. рис. 21), со шпонками (см. рис. 22). Кромки сплачиваемых досок промазывают столярным клеем и зажимают при помощи клиньев в т. н. цивинках, т. е. поперечных планках с вырезами (см. рис. 47). Изделия выдерживают до полного высыхания клея. Таким образом склеиваются щиты для филенок дверей, половые щиты и т. п. Концы сплачиваемых досок иногда закрывают т. н. наградником, т. е. поперечным бруском или доской (см. рис. 48).

Вязка в столярных работах обычно выполняется так же, как и в плотничных, то есть в полдерева (см. рис. 29), одиночным (см. рис. 31) и двойным прорезным шипами (см. рис. 32), прорезной лапой (см. рис. 33). Кроме того, в столярных работах применяются вязка в ус (для брусков и досок) и вязка досок под углом лапчатыми или сковородными шипами.

Соединение в ус. Соединяемые детали на всю ширину срезаются под углом 45 град. Разновидности этого соединения:

Рис. 49. Вязка в ус

– вязка в ус (см. рис. 49). Соединяемые детали срезаются под углом 45 град., затем от угла выполняется широкий пропил, и в него на клей вставляется деревянная пластина;

Рис. 50. Вязка в ус с двойным шипом

– вязка в ус с двойным шипом (см. рис. 50). Напоминает предыдущую, но с обеих лицевых сторон бруски срезаются под углом 45 град. до толщины шипа;

Рис. 51. Вязка досок лапчатыми или сковородными шипами

– вязка досок лапчатыми или сковородными шипами (см. рис. 51). Хорошо предохраняет угол соединения от воздействия случайных нагрузок. Если необходимо с одной стороны скрыть торцы шипов, доски вяжут под прямым углом в потайку (см. рис. 52). Иногда потайка выполняется с обеих сторон (см. рис. 53);

Рис. 52. Вязка под прямым углом впотайку

Рис. 53. Вязка впотайку с двух сторон

Рис. 54. Тавровое соединение

– тавровое соединение (см. рис. 54). Выполняется, когда одна из досок упирается в середину другой. Для увеличения надежности вязки шипы, пропускаемые насквозь, могут быть при склейке расклинены с торца.