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:

• Дерево, в сравнении с металлом, обладает существенно большей степенью гибкости, поэтому способно лучше противостоять изгибающим нагрузкам;
• Изменение геометрических размеров и объёма деревянного шканта соразмерно аналогичным изменениям, происходящим в брусе, так как эти характеристики у них сопоставимы;
• При повышении влажности нагель из дерева набухает. Это повышает прочность фиксации и герметичность сборки. Подобный эффект используется при строительстве лодок из дерева.

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:

• Предупреждение коробления наружных слоёв древесины;
• Стабильность размеров, в отличие от деревянных изделий. Последние, при неверно подобранной длине или диаметре, могут, в процессе усадки сруба, выходить из отверстий, в которые они установлены;
• С ними проще устанавливать теплоизоляцию, допустимо использование пружинных стяжек. Это существенно упрощает сборку и сокращает сроки выполнения работ.

К недостаткам относятся:

• Высокая теплопроводность металла, что может стать причиной возникновения мостиков холода;
• Излишняя жёсткость фиксации;
• Появление в местах крепления конденсата.

2. Монтаж нагелей

2.1. Деревянных

• высверливается отверстие под его установку (верхний брус сверлится насквозь, нижний примерно вполовину);
• гнездо под установку должно выполняться строго вертикально и по центру бруса. Это обеспечивает ему свободное перемещение по высоте в процессе усадки;
• для выполнения первого отверстия от углового крепления требуется отступить не менее 300-500 мм. Остальные выполняются в шахматном порядке с шагом 1500-2000 мм;
• глубина отверстия на 20-30 мм должна превышать длину нагеля. Это исключает вероятность провисания бревна в процессе усадки;
• шкант забивается в гнездо киянкой. Плотно, но без натяга.

Наиболее часто используемые нагели выполняются из берёзы. Реже, из дуба или лиственницы.

2.2. Металлических

Работы выполняются аналогично.

3. Сборка профилированного бруса на нагели

• В отверстие, выполненное в нижнем брусе, вставляется шкант, и осаживается киянкой;
• Верхний брус, с просверленными сквозными отверстиями, надевается на установленные нагели, и осаживается киянкой до упора.

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).