Металлические зубчатые пластинки (МЗП) изготавливаются из тонкой листовой стали толщиной 1-2 мм, на одной стороне которых после штамповки на специальных прессах получаются зубья различной формы и длины. МЗП устанавливают по обе стороны соединяемых элементов так, чтобы ряды МЗП располагались в направлении волокон присоединяемого деревянного элемента, в котором действуют наибольшие усилия.
В настоящее время известно около двухсот различных видов МЗП как отечественных, так и зарубежных производителей, отличающихся формой зуба, их расположением, формой пластины, её толщиной и т.п. Среди них можно отметить: старейшую «Gang-Nail» (США, рис. 1); «BOVA-NAIL» (Чехия); «N» и «M» (Финляндия); «Ristek» (Финляндия); «WOLF» (Австрия), «ARPAD» (Венгрия). Среди отечественных разработок: «МЗП-1,2» и «МЗП-2» (рис. 1, 2) и ряд других ‑ а.с. № 1285122 (1985); патент на полезную модель № 46023 (2005); патент на полезную модель № 57767 (2005); патент на полезную модель № 83088 (2009); патент на полезную модель № 127775 (2012) и др.
Рис. 1 Металлические зубчатые пластины:
а – типа «MiTek» (ранее «Gang-Nail», США); б - МЗП-2 (СССР)
Рис. 2 Металлические зубчатые пластины ЦНИИСК (СССР)
а – МЗП-1,2; б – МЗП-2
Отдельно следует сказать об уникальной металлической штампованной зубчатой пластине «Pryda» (Австралия) (рис. 3). Такая пластина изготавливается из полосы оцинкованной листовой стали. Это единственная пластина со специальным изгибом зубьев, который формируется во время штамповки и позволяет выполнять соединения деревянных элементов при помощи обычного молотка и не использовать прессовое оборудование или иные устройства. С её помощью получается надёжное крепление элементов деревянных конструкций непосредственно в построечных условиях.
Дощатые конструкции с соединениями на металлических зубчатых пластинках следует применять в зданиях самой низкой V степени огнестойкости без подвесного подъемно-транспортного оборудования в сухих и нормальных условиях эксплуатации. Если их перекрыть доской толщиной 20 мм, то степень огнестойкости будет IV (R >15 мин).
Рис. 3 Соединение деревянных элементов при помощи забивной металлической зубчатой пластины «Pryda»
Изготовление конструкций должно производиться на специализированных предприятиях или в деревообрабатывающих цехах, оснащенных оборудованием для сборки конструкций, запрессовки МЗП на специальных прессах со строго параллельными нагружающими плитами и для контрольных испытаний конструкций. Ручная запрессовка практически всех МЗП недопустима. Техника разной производительности и стоимости для запрессовки пластин показана ниже на рис. 4-7.
Требования к сборным несущим элементам деревянных конструкций, соединенным металлическими зубчатыми пластинами, изложены в ГОСТ Р 57998 ‑ 2017.
а) б)
Рис. 4 Прессы для МЗП:
а – ручной переносной; б - мобильный
Рис. 5 Подвесной гидравлический пресс-скоба
Рис. 6 Запрессовка пластин в узлы стропильной фермы
из антисептированных досок
Рис. 7 Стационарный пресс для изготовления ферм
Материалом для изготовления конструкций служит сосновые или еловые доски шириной 100-200 мм, толщиной 40-70 мм. Качество древесины должно удовлетворять требованиям СП 64, предъявляемых материалам деревянных конструкций.
МЗП рекомендуется изготавливать из листовой углеродистой стали марок 08кп или 10кп по ГОСТ 1050 толщиной от 1 до 2 мм. Пластинки двух первых типов, разработанные в СССР, имеют толщину 1,2 и 2 мм (рис. 2). Высота зубьев рекомендуется не более 12-кратной толщины пластины.
Антикоррозионную защиту МЗП выполняют оцинковкой по ГОСТ 14623 или покрытием на основе алюминия в соответствие с рекомендациями по антикоррозионной защите стальных закладных деталей и сварных соединений сборных железобетонных конструкций.
Несущую способность деревянных конструкций на МЗП определяют по условиям смятия древесины в гнездах и изгиба зубьев пластин, а также по условиям прочности пластин при работе на растяжение, срез и совместное действие среза и растяжения.
Деревянные конструкции на соединениях с МЗП рассчитывают на усилия, возникающие в период эксплуатации зданий от постоянных и временных нагрузок, а также на усилия, возникающие при транспортировке и монтаже конструкций. Сквозные конструкции рассчитывают с учетом неразрезности поясов и в предположении шарнирного крепления к ним элементов решетки.
Несущая способность соединения на МЗП N c, кН, по условиям смятия древесины и изгиба зубьев при растяжении, сдвиге и сжатии, когда элементы воспринимают усилия под углом к волокнам древесины, определяют по формуле:
Nc = 2 RFp,
где R – расчетная несущая способность на 1 см2 рабочей площади соединения,
F p – расчетная площадь поверхности МЗП на стыковом элементе, определяемая за вычетом площадей участков пластины в виде полос шириной 10 мм, примыкающих к линиям сопряжения элементов и участков пластины, которые находятся за пределами зоны рационального расположения МЗП, которая ограничивается линиями, параллельными линии стыка, проходящими по обе стороны от нее на расстоянии половины длины линии стыка.
Учет эксцентриситета приложения усилий к МЗП при расчете опорных узлов треугольных ферм осуществляется снижением расчетной несущей способности соединения умножением на коэффициент h, определяемый в зависимости от величины уклона верхнего пояса. Кроме того проверяют саму пластинку на растяжение и срез.
Несущую способность МЗП N p при растяжении находят по формуле:
Np = 2 bRp,
где b – размер пластины в направлении, перпендикулярном направлению усилия, см,
R p – расчетная несущая способность пластины на растяжение, кН/м.
Несущую способность МЗП при срезе Q ср определяют по формуле:
Qср = 2 lсрRcp,
где l ср – длина среза сечения пластины без учета ослаблений, см,
R ср – расчетная несущая способность пластины на срез, кН/м.
При совместном действии на пластину усилий среза Q и растяжения N должно выполняться условие:
(N / 2 bRp)2 + (Q / 2 lсрRcp)2 £ 1.
При проектировании конструкций на МЗП следует стремиться к унификации типоразмеров МЗП и сечений пиломатериала в одной конструкции. На обеих сторонах узлового соединения должны располагаться МЗП одного типоразмера. Площадь соединения на каждом элементе (с одной стороны от плоскости соединения) должна быть для конструкций пролетом до 12 м не менее 50 см2, а для конструкций пролетом до 18 м не менее 75 см2. Минимальный размер пластинки от плоскости соединения элементов до ее торца должно быть не менее 60 мм. МЗП следует располагать таким образом, чтобы расстояния от боковых кромок деревянных элементов до крайних зубьев были не менее 10 мм.
Расчетные характеристики пластинок МЗП-1,2 и МЗП-2 для комбинации нагрузок «собственный вес + снег» приведены в «Рекомендациях по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах ЦНИИСК им. Кучеренко». М.: 1983. 40 с.