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.
Говоря о видах деревянных нагелей, следует упомянуть и пластинчатые, их изготавливают из твердых пород лиственных деревьев: бука, граба, березы, дуба, в обязательном порядке антисептируют и контролируют влажность.
Пластинчатый нагель в деревянной составной балке воспринимает сдвигающие усилия, и в качестве единственного крепежа (как в балках системы Деревягина), так и при совместной работе с другими крепежными элементами (в т.числе и металлическими) нагели - множество деревянных пластинок - выполняют основные задачи: поддерживают целостность балки и обеспечивают ее работу как единого элемента.
Нагели для сруба
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:
- У древесины и железа разные показатели теплопроводности, дерево в атмосферных условиях и при отоплении дома изнутри мало нагревается, зато стальные анкера внутри бруса сжимаются при сильном морозе, в результате чего создаются микро-полости вокруг анкеров, достаточные для скапливания конденсата. Корродируя, железные анкера дадут ржавчину, через несколько лет возможны даже потеки по стенам.
- И это еще не все: резьбовые и распорные фиксаторы из металла будут держать брус и не дадут венцам смещаться вниз при естественной усушке, и таким образом, нарушается основной принцип сруба под усадку – равномерности усадки не будет, через полгода брусья покажут и внутренние щели, и просветы между венцами. Между тем сруб под усадку – старинный и надежный способ стройки из бруса, имеющий преимущества перед рубкой из дорогого клееного бруса. Хотя клееный брус позволяет строить быстро, отделывать и заселяться в дом сразу же после готовности коробки, но известно также, что и клееный брус дает небольшую усадку в срубе, что и является причиной компенсационных технологий (компенсаторы с винтовыми стяжками, которые нужно подкручивать каждые 2-4 месяца), а также ряд дорогостоящих новшеств для монтажа, например – пружинные компенсаторы усадки внутри элементов сруба. Для классического сруба под усадку ни пружинных болтов, ни винтовых стяжек не применяют.
Древний опыт деревянного зодчества свидетельствует, что березовые нагели в теле сруба надежны и выполняют как минимум две важных задачи:
- Обеспечивают дополнительную жесткость конструкции рубленой стены;
- Не создают препятствий для правильной усадки сруба.
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:
- Круглый нагель выходит из-под токарного станка идеальным по форме, а диаметр подбирают по параметрам брусьев или бревен, но никак не тоньше 25 мм.
- Древесина для нагелей – только сухая, первый или высший сорт; никаких визуально определяемых дефектов, сучков и свилеватости, строение древесины должно быть нормальное; недопустимо изготовление нагелей из дерева, пораженного грибком.
- Влажность нагеля при рубке сруба должна быть ниже, чем у бревна или бруса: после того как влажность в соединении выровняется, останется плотная посадка нагеля. А плотность нагелей всегда больше, чем у соединяемой древесины.
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.