Нагель для бруса: особенности применения при возведении срубов

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:

Шканты для бруса устойчивы к деформациям, сохраняют упругость в течение длительного времени, выдерживают значительные нагрузки на изгиб;
Крепления парируют негативные последствия от усадки, устраняют причины образования трещин, щелей и зазоров между венцами;
Брус и нагели одинаково реагируют на окружающую влажность и климатические изменения, что позволяет избежать деформации стен;
Применение деревянных креплений позволяет построить дом без использования строительной техники и специального инструмента.

К недостаткам относят: дополнительные трудозатраты за счет необходимости сверления установочных отверстий, при подборе материала и проведении работ необходимо соблюдать определенные правила.

Устройство

Нагель (другое название — шуруп) представляет собой стержень из металла, на котором нанесена резьба. С одной стороны крепежный элемент заострен, что позволяет вводить его в плотный бетонный массив. С другой стороны расположена головка с насечкой.

Метизы должны выдерживать существенные нагрузки на скручивание, сжатие и растяжение. Такие свойства обусловлены характеристиками металла, из которого изготовлены шурупы по бетону (нагели).

Возможные варианты:

углеродистый металл;
нержавеющая сталь;
латунь (представляет собой сплав меди, цинка).

Первый из вариантов отличается прочностью, пластичностью. Однако такими характеристиками отличаются только высоколегированные стали. Они предназначены для производства элементов конструкций и крепления, которые будут подвергаться воздействию существенных нагрузок.

Нержавеющая сталь отличается от аналогов способностью противостоять воздействию влаги. Изделия из этого материала не ржавеют. По цене они более доступные, если сравнивать с некоторыми видами крепежных элементов. Метизы производят из нержавеющей стали, содержащей легирующие элементы.

Шуруп по бетону (нагель) из латуни отличается высокой прочностью, но посредственными антикоррозионными свойствами. При изменении условий окружающей среды изделия не становятся хрупкими, что важно для крепежных элементов.

Несмотря на ряд положительных свойств других материалов, саморезы по бетону чаще производятся из углеродистой стали.

Разновидности деревянных нагелей

Формы сечения 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:

Нагели круглого сечения (цилиндрические) обеспечивают максимальную площадь соприкосновения со стенками посадочных отверстий, способны выдержать значительные нагрузки, применяются для усиления внешних стен и углов сруба. Установка таких креплений «в натяг» требует значительных усилий. Шканты для бруса округлой формы трудно изготовить в домашних условиях, для этого необходимо иметь токарный станок;
Шканты для бруса квадратного сечение используют при возведении легких построек и при кладке внутренних перегородок. При установке «в натяг» вся нагрузка приходится на острые края, которые равномерно сминаются и увеличивают площадь соприкосновения, забить такой шкант гораздо легче. Изготовить крепление квадратной формы можно из обрезка доски своими руками с использованием доступного инструмента;
Плоский шкант прямоугольного сечения является облегченным вариантом квадратного шканта, используется при установке дверных и оконных проемов, монтаже легких и декоративных конструкций.

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:

Для брусьев из сосны или ели лучше использовать березовые шканты;
При строительстве из бруса лиственницы, крепления могут быть из этого же материала;
Для клееного и LVL-бруса используют дуб камерной сушки.

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.

Назначение и классификация нагеля

Назначение нагеля — обеспечение надежности крепежа различных конструкций к плотным основаниям. Прочность сцепления происходит благодаря насечкам, именно поэтому крепеж хорошо держится в разных по составу основаниях. Чем глубже закреплен нагель, и больше его длина, тем выше у него несущая способность. Поэтому чаще всего инструментом пользуются, когда устанавливают двери, окна, вешают мебель, люстры, радиаторы.

Нагель по бетону можно классифицировать по:

виду защитного слоя (цвету);
типу головки;
нанесению резьбы.

Цвет нагеля — это вид защитного слоя. Существуют следующие виды:

зачерненный (оксидированный), который применим для внутренних работ в помещениях с обычным уровнем влажности;
латунный используются только для внутренних работ;
оцинкованный (используется обработка цинком) — универсальный, можно использовать везде, он стойкий на изломы, царапины и ржавчину.

Форма головки шурупа (нагеля) по бетону — TORX

По форме головки можно выделить следующие:

шпилька с резьбовым сгоном для крепления гайки;
потайная головка в виде конуса с крестообразными шлицами;
шестигранник: чтобы его закрутить, понадобится ключ накидной или рожковый;
головка прямоугольника (крок) в виде анкера петлеобразной формы. Используются для люстр, карнизов, подвесных качелей, шкафов;
вид головки torx — специфические нагеля под имбусовый ключ.

Тип резьбы шурупа (нагеля) по бетону — винтовой

Форма резьбы:

резьба под елочку — универсальный крепеж, применяется совместно с дюбельной парой: необходимо засверлить отверстие под дюбель, а затем, используя отвертку, закрутить в него метиз;
винтовая нарезка. Метизы с таким нанесением резьбы универсальны, применяются для выполнения широкого спектра задач: можно применять как самостоятельно, так и в паре с дюбелем;
сменное нанесение резьбы облегчает сцепление, обеспечивая плотное соединение, не позволяет крепежу расшатываться. Метиз используется самостоятельно, необходимо предварительно рассверлить отверстие.

Как изготовить шкант своими руками

Нагель 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

Схема устройства нагельного соединения

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:

Креплению подлежат венцы сруба, углы и места примыкания внутренних стен;
Посадочные места располагают по всему периметру сруба на расстояние 1.5-2.0 м;
Каждый брус должен быть скреплен с нижним и верхним рядом отдельным нагелем;
В каждом венце посадочное отверстие сдвигается на 0.5 м, повторение конфигурации допускается через 2-3 ряда;
Отверстия высверливаются по центру бруса, глубиной на 15-20 мм превышающей длину нагелей.

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.

Как правильно выбрать нагель

Когда планируется приобретать шурупы по бетону, применение (целевое назначение) такого крепежа — один из критериев. Это обусловлено тем, что параметры определяются материалом, типом резьбы метизов.

Критерии выбора:

тип конструкции, материал, из которого она изготовлена, при этом рассматривают разные шурупы, отличные по свойствам, виду покрытия, например, для фиксации тяжеловесных конструкций более 100 кг используют изделия длиной от 150 см;
выбирают изделия по типу головки: выступающая, скрытая;
играет роль и тип шлица, при этом нужно правильно подобрать инструмент;
разновидность резьбы, благодаря чему определяют способ установки метизов (с дюбелями, в готовое отверстие и т. д.);
условия эксплуатации, на крепеж некоторых видов оказывает негативное воздействие влага.

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:

Основное назначение нагельных соединений – сопротивление сдвигающим силам за счет упругости, металлический гвоздь массового производства такими свойствами не обладают;
Металлический крепеж образует жесткую сцепку деревянных деталей, такое скрепление препятствует процессам усадки и может привести к перекосу стен, способствует образованию щелей и трещин;
При забивании, гвозди разрывают древесные волокна, образуются глубокие внутренние трещины, в совокупности с металлом это способствует образованию мостиков холода.

Нагель деревянный для бруса и бревна. Сборка и особенности соединения

В русском деревянном зодчестве закрепилось большое количество иностранных слов. Они так крепко вошли в обиход, что начали менять свое начальное значение. Одним из таких слов является «нагель». Разберемся: «Что такое – нагель?»
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.