Что такое нагель в строительстве деревянного дома
Деревянные нагеля в строительстве брусовых домов
Строительство брусового дома, несмотря на кажущуюся простоту, имеет свои особенности. Касаются они и выбора крепежа – здесь неуместны будут обычные гвозди или саморезы. Нагель, причем, деревянный – вот король метизов при возведении дома из бруса. Для многих этот термин является незнакомым, и сейчас имеется возможность восполнить этот пробел в знаниях. Несмотря на то, что он известен на Руси с незапамятных времен, название крепежа имеет немецкие корни, ведь нагель в переводе с этого языка означает не что иное, как «гвоздь».
Исторически деревянные нагеля в строительстве брусовых домов применялись по одной простой причине – их можно было изготовить прямо на месте работы, и стоимость их была практически нулевой: в ход шли различные остатки и обрезки пиломатералов. Впрочем, практика показала, что этим их достоинства не ограничиваются, и это дает возможность им успешно конкурировать с металлическим крепежом и сегодня.
Что такое нагель – конструкция и виды
В сечении нагель может иметь квадратную, прямоугольную или круглую форму, и наиболее популярным и функциональным является последний вариант. Сделать для него подходящее отверстие не составит труда – полминуты работы дрелью, и оно готово. Требований к нагелям несколько. Для их изготовления берется сырая древесина без признаков гниения или поражения грибком, иначе эффект вместо укрепляющего будет разрушительный. Дополнительно их пропитывают антисептиками, а также обрабатывают инсектицидами – так срок службы нагеля будет продолжительным, и он не потребует замены в течение всего периода эксплуатации дома. Поверхность стержня шлифуется до гладкости, иначе брус не сможет скользить по нему в вертикальном направлении, и между венцами образуются огромные щели, с которыми утеплителю не справиться.
Если раньше нагели вытесывались вручную прямо на строительной площадке, то сегодня для их изготовления применяются токарные станки и твердые породы древесины – так крепеж будет особенно прочным.
Преимущества деревянных нагелей
Для того, чтобы нагель исправно выполнял свои функции, он должен быть изготовлен из дерева – металл слишком дорог и не вполне отвечает поставленным задачам. Деревянный крепеж имеет ряд неоспоримых преимуществ:
За столетия использования деревянных нагелей в строительстве, недостатки этих изделий обнаружены так и не были.
Установка нагелей
Нагели для сруба. Характеристики деревянных нагелей
Деревянный нагель в срубе работает в основном на изгиб, но также и сопротивляется сдвигающим усилиям в межвенцовых сопряжениях. Сруб при усадке претерпевает различные деформации, но «древесная среда», в которой находится нагель – скорее упругая, чем жесткая и поэтому основные нагрузки, действующие на стрежневой нагель – все-таки изгибающие. По этим причинам деревянные нагели для крепежа сруба и изготавливают из древесины твердых пород – это дуб и береза, но вторая «встречается» в виде круглых деревянных нагелей намного чаще. Нагель вытачивается из бруска квадратного сечения на станке, и хотя технически возможны любые диаметры нагелей, березовые нагели для сруба не имеют смысла, если они тоньше 25 мм. Размеры нагелей и их диаметр – расчетные, и расчет достаточно сложен, но для различных видов соединений в срубе с учетом размеров бруса, породы дерева, нагрузок на стены (этажность, вес, другие факторы) – у проектировщиков имеются типовые узлы и размеры нагелей. В частной строительной практике это сводится к еще большему упрощению: нагели для срубов в основном березовые и имеют диаметр от 2,5 см.
Классический сруб собирают не на «железо» (анкера, гвозди, штыри и др. металлические крепежи), а только на деревянные нагели. Конечно, с металлом строить быстрее и дешевле, но плотники-профессионалы нередко называют подобный подход халтурой, хотя не все специалисты с этим согласятся: у металлических нагельных соединений множество плюсов. Да и трудно спорить с тем, что физические характеристики металлов во много раз превышают скромные параметры дерева. Тем не менее, металл – изначальный антагонист дерева, и это никакая не сказка, а физика:
Но есть и аргументы против деревянных нагелей в пользу металлических. Один из них – это сопротивление конструкционной стали изгибу, скручиванию, сдвигу и растяжению, и с этим спорить невозможно. Несовместимость, или вражда дерева с железом в таком контексте представляется сказочно-рекламным ходом, и нужно сказать, что далеко не все специалисты по деревянному зодчеству считают березовые круглые нагели непревзойденным крепежом. Но тем не менее, именно деревянные нагели сегодня в тренде для срубов из бруса и бревен, это диктуется и интересом потребителей к чистой экологии, и традиционной практикой возведения деревянных домов, древность которой впечатляет – более 1000 лет. Пожалуй, древность проверенной технологии и обусловила хорошую долю интереса к домам «без единого гвоздя».
Интересны также некоторые моменты работы нагельных соединений в срубах. Древесина сопрягаемых венцов в «нагельном гнезде» работает на смятие, а сам нагель, как уже говорилось – на изгиб. При этом напряжения смятия в деревянных узлах сруба не могут быть равномерны, ведь нагель из березы – не абсолютно жесткий элемент, он сгибается; а отсюда и разница в распределении напряжений в гнезде – у бортиков они максимальны. Это учитывается при расстановке нагелей по венцу, а также и в выборе места соединения: это должен быть «идеальный» участок бруса без пороков древесины, свилеватости, сучков и так далее. Работа плотника в этом плане достаточно творческая и требует и опыта, и интуиции.
Характеристики деревянных нагелей
Важен и сорт древесины, и сечение, и влажность нагеля. Породы дерева используют только твердые, а вот сечение нагеля непринципиально, лишь бы было симметричное – может быть как круглым так и квадратным, и даже многоугольным (мебельный нагель). Но под квадратный нагель засверливать брус в срубе очень долго и трудоемко, поэтому квадратные нагели и применяются для домов так редко. Еще несколько нюансов изготовления нагелей:
Правильный нагель в срубе удержит венцы не только на период монтажа, но и при сильных усадочных деформациях, выдержит и выгибание, и выкручивание, и сдвиг брусьев – порой незаметные на глаз, но достаточно мощные нагрузки, что бывает заметно на неудачных, щелястых срубах. После выравнивания усилий в сопряжении соседние брусья, по выражению плотников, прирастают и сруб работает как единая, прочная и пластичная деревянная конструкция.
Нагель деревянный или металлический
Любые расчёты покажут, что при ремонте, строительстве или реконструкции – на долю крепежей, по сравнению с остальными материалами, приходится ничтожно малые расходы. Однако, при неправильном выборе или при неправильном использовании этих комплектующих, мы рискуем надёжностью и функциональностью всего объекта.
Поэтому существует неписаное правило: «нельзя экономить на крепежах и на расходниках». Но что интересно, иногда самое доступное и недорогое решение может оказаться наиболее удачным. Так получилось с нагелями – специальными деталями для сборки срубов, которые могут быть изготовленными из древесины, полимеров или металла. Какой вариант из этого лучше и почему, попробуем разобраться.
Задачи, которые решаются нагелем
Для его установки в каждом элементе собираемой деревянной стены через 1,5-2 метра сверлятся отверстия, по диаметру сопоставимые с сечением нагелей (чтобы нагель заходил без излишних усилий). Сверление осуществляют строго вертикально и строго по оси стены.
Отверстия эти проходят насквозь через только что установленный брус (или бревно) и почти полностью – через брус/бревно, что располагается ниже. Нужно отметить, что существует технология, когда прошивается не два, а три венца.
Затем шканты забивают в эти отверстия и добойником притапливают на 3-5 сантиметров, чтобы по мере усадки дома, шканты не упирались в вышестоящий брус/бревно.
Установленный на своё место нагель не скрепляет и не стягивает брёвна или брусья между собой. Он служит закладным элементом, который не даёт венцам перемещаться друг относительно друга. К горизонтальному сдвигу и «выворачиванию» брёвна склонны во время усадки сруба, так как при потере влажности древесину начинает коробить. То есть нагель, позволяет сохранить стену ровной, но при этом он не должен препятствовать свободному вертикальному ходу элементов стены, чтобы венцы не подвисали, и впоследствии не образовывалось щелей между венцами.
Ещё раз подчеркнём: одним из самых главных условий правильной работы нагеля является чёткое соответствие диаметра крепежа – диаметру высверленного посадочного места.
Что собой представляет деревянный нагель
Диаметр стандартных нагелей составляет либо 30, либо 25 мм. Выбор производится в зависимости от размеров используемых стеновых материалов. Определяющим порогом принято считать 150 мм. Если диаметр бревна меньше этого значения, то стоит заказать нагель с сечением 25 мм, а если больше – то лучше подойдут шканты в 30 мм.
Если говорить о применяемых породах древесины, то лучшим вариантом ожидаемо окажется недешёвый дуб или бук, так как их древесина наиболее стойкая к механическим нагрузкам. В свою очередь, ель, сосна и осина находятся на другом полюсе – изделия из них недороги, но будут слишком мягкими для использования в данных целях. Золотой серединой выступает берёза. Выточенные берёзовые нагели даже при наличии сучков, хорошо могут справляться с поставленными задачами.
Металлические нагели и крепеж для сборки срубов
Нагель из металла по определению будет прочнее такого же по сечению деревянного, но не всё так однозначно. Это утверждение будет верным, только если используется полный аналог по размеру сечения.
Например, нередко можно увидеть, как строители применяют стальную арматуру 10-12 мм, причём с рифлением, которую с огромным сопротивлением кувалдами забивают в узкие отверстия. В итоге, из-за впившихся в древесину рёбер венцы не могут свободно усаживаться и подвисают на металле – появляются щели, стены дома начинаются продуваться всеми ветрами.
Из-за небольшого сечения стальных шкантов и пластичности обычной чёрной стали, брёвна во время усадки изгибают и расклинивают даже гладкие металлические нагеля. Поэтому мощные гвозди – тоже не лучший вариант, хотя используются они довольно часто.
Этой проблемы не возникло бы, если бы в ход шли гладкие пруты сечением от 20 мм, либо трубы сечением 25-30 мм. Но стоимость таких металлических нагелей получилась бы просто неподъёмной.
Есть технология, когда вместо нагелей (в привычном понимании) похожую функцию выполняют резьбовые шпильки. Метровые шпильки крепят одним концом в фундаменте, затем на них надевают венцы. По мере сборки стен шпильки наращивают при помощи муфт. Используя гайки с шайбами, мастера получают возможность плотно соединять штучный стеновой материал, в том числе выполнять дотягивание крепежей по мере усадки.
В основном подобное решение нашло применение при работе с очень сухим профилированным брусом. В обычных условиях они только усложняют работу.
Шпильки хорошо подходят, когда нужно зафиксировать брёвна, которые стыкуются друг с другом торцами. Для этого в теле венцов выполняется пара пропилов и пара треугольных/круглых расширений под гайки.
Аналогичную стягивающую работу в зоне «перерубов» выполняют калёные П-образные скобы, но они обеспечивают несколько менее надёжное соединение.
Аналогами деревянных нагелей могут выступать самонарезные металлические винты и винты-сухари. Но так как при свинчивании венцов последние не могут уплотняться по мере усадки – то сфера использования таких крепежей ограничивается исключительно клееным профилированным брусом с минимальным процентом влажности, стены из которого практически не усаживаются.
Благодаря такому конструктивному решению, после просверливания гнезда и ввинчивания крепежа – на венец сразу оказывается сдавливающая нагрузка (до 150-ти килограмм на сантиметр в каждой точке крепления). Но при этом свободный ход у брёвен и брусьев остаётся, что очень важно для обеспечения правильной равномерной усадки сруба. По сути, в этой детали удалось объединить достоинства винтов/шпилек и обычных нагелей.
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).
Деревянный нагель для бруса: изготовление и установка
Дом из бруса — это удобно и красиво, но недешево. После монтажа дом выстаивается около года. Венцы сруба держатся между собой не только угловыми соединениями. В процессе высыхания и усадки брус будет изгибаться, скручиваться, трескаться. Из-за этого появятся щели, стена развалится. Необходим дополнительный крепеж, который удержит детали на месте и не даст им разрушиться. Таким крепежным элементом является деревянный нагель для бруса.
Это небольшие штыри квадратного или круглого сечения, используемые при строительстве зданий из материалов естественной влажности.
Для чего нужен деревянный нагель
Существует мнение, что нагеля удерживают всю конструкцию здания. На самом деле они служат вертикальными направляющими при соединении брусьев между собой. Отверстия для крепления в брусе просверливаются заранее на равномерных расстояниях. Поэтому сборка бруса на нагеля гарантирует ровную укладку венцов.
Позже, когда дерево начнет высыхать, деформироваться и трескаться под действием внутренних напряжений, нагеля удержат брусья в изначальном положении, помешают их смещению.
Штыри сами при этом сопротивляются деформации. Если нагрузка слишком сильная, а диаметр слишком мал, они могут сломаться. Выбирать крепеж нужно в соответствии с размером скрепляемого бруса.
Для сборки мебели это могут быть небольшие цилиндры диаметром 8-10 мм с рифленой поверхностью. При строительстве дома из бруса толщина элемента будет не менее 25 мм.
Форма, материал, виды, размеры
Нагель – немецкое слово. В переводе оно значит «гвоздь». Но у этого гвоздя нет привычных шляпки и острого конца. Деревянный нагель может быть круглого или квадратного сечения. Последние используются в основном при установке оконных или дверных блоков. Считается, что, при срезании углов, крепеж может заклинить.
Изредка возникает необходимость в крепежных элементах прямоугольного сечения с узкой стороной.
В качестве материала для изготовления чаще всего используют металл или дерево.
Стальные нагеля применяют в тех случаях, когда хотят удешевить строительство. Они делаются вручную из стального прута — однородные, или трубы – полые.
Металлические детали крепче, а значит, долговечнее. Но они:
Деревянные детали лишены перечисленных минусов. К тому же они высыхают и меняются одновременно с венцами, которые скрепляют. Для этого влажность нагеля должна быть совсем немного ниже влажности бруса.
Со временем деревянный нагель соединяется с брусьями, стена становится однородной.
Для изготовления нагелей рекомендуют использовать:
Но лучше, если это будет такой же материал, как тот, из которого изготовлен брус.
Иногда используют пластик, но это скорее исключение.
Сортамента, регламентирующего размеры нагеля не существует. Длина и диаметр зависят от размера сечения строительного материала и расчетных нагрузок на здание. Расчеты проводятся по методикам из СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
Плюсы и минусы крепления бруса нагелями
Главным преимуществом крепления с помощью нагелей можно назвать схожесть их свойств со свойствами бруса. Они высыхают вместе со стенами, срастаются с венцами, мешая им деформироваться, прогибаться, растрескиваться.
Такое соединение надежно. Оно воспринимает нагрузки на изгиб, не дает брусу сдвигаться по горизонтали. Значит, в стенах не образуются значительные щели.
Деревянный нагель не может стать источником конденсата и не подвержен коррозии.
Стоимость нагелей, даже изготовленных на заводе, очень низкая. Их можно сделать из подходящих отходов своими руками.
Материал для изготовления нужно выбирать внимательно. В нем не должно быть никаких изъянов.
Взявшись за самостоятельный монтаж сруба, надо помнить, что установка нагелей в брусе – процесс достаточно трудоемкий. Элементы должны быть установлены точно вертикально. К определению диаметра и количества тоже нужно отнестись ответственно. В противном случае они теряют свои положительные конструктивные качества.
Самостоятельно изготовить деревянный нагель
Сделать нагель из подручного материала проще всего на токарном станке. Для этого подбирается заготовка, устанавливается в станок и постепенно стачивается до цилиндра нужного диаметра. Затем цилиндр обрезается до определенной длины, на торцах делается фаска.
Если станка нет, то в качестве инструмента подойдет топор. Мастера рекомендуют взять березовую обрезную доску или полено подходящей длины, нарубить на щепки. Затем получившиеся заготовки квадратного сечения обтесать до круглой формы.
Самый простой способ – напилить черенок от ставшего ненужным садового инструмента.
Опытным путем установлено, что для крепления бруса с длиной стороны до 200 мм подходит нагель диаметром 25 мм. Больший размер потребует толщины 30 мм или более частой установки.
Длину советуют вычислять, как полторы ширина сечения скрепляемого бруса.
Технология крепления
Чтобы построить качественный уютный дом, который простоит не одно десятилетие, нужно строго следовать правилам строительства.
Как расположить деревянный нагель
Прежде всего, нужно рассчитать, сколько нагелей потребуется поставить для бруса определенной ширины. Определить их месторасположение, расстояние между ними. Исходя из этого, сделать нужное количество крепежных элементов. Лучше выполнить подготовительную работу, чтобы в процессе монтажа не отвлекаться, если крепежа вдруг не хватит.
Каждый нагель скрепляет между собой два бруса. Специалисты рекомендуют следовать следующим советам:
Сверлить отверстия нужно ровно по центру бруса. Положение работника должно быть устойчивым, чтобы оно получилось строго вертикальным. Диаметр выбирают равным толщине крепежа, чтобы впоследствии тот можно было забить киянкой. Это помогает избежать провисания конструкции из-за небольшой вертикальной нагрузки.
Глубина определяется как длина штыря плюс 2-3 см. Это компенсирует нагрузку при усадке стены.
Дрель для сверления бруса под нагели выбирают мощностью не менее полутора киловатт с большим набором сверл.
Забивание
Нагеля должны входить в отверстия легко, с небольшим натягом. Если приходится прикладывать силу для забивания, вместо того, чтобы снимать напряжение, деталь его добавит. Древесина может потрескаться еще на этапе строительства.
Хорошо снижает трение при забивании мыльный раствор.
Иногда во время строительства по разным причинам приходится принимать неординарные решения. Это обогащает опыт начинающего мастера.