| Типоразмер пластины | Габаритные размеры, мм | Площадь поверхности, см² | Расчетная несущая способность, кН | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| МЗП-60×100 | 60×100 | 60 | 5-8 | Легкие узловые соединения, обрешетка, малонагруженные стыки |
| МЗП-80×120 | 80×120 | 96 | 8-12 | Стропильные фермы пролетом до 6 м, вспомогательные элементы |
| МЗП-100×150 | 100×150 | 150 | 12-18 | Балки перекрытий, стандартные узлы ферм до 9 м |
| МЗП-120×200 | 120×200 | 240 | 20-30 | Основные узлы стропильных ферм пролетом 9-15 м |
| МЗП-150×250 | 150×250 | 375 | 35-50 | Усиленные стыки поясов, узлы большепролетных конструкций |
| МЗП-200×300 | 200×300 | 600 | 50-65 | Тяжелонагруженные узлы ферм пролетом 18-24 м |
| МЗП-300×400 | 300×400 | 1200 | 70-90 | Большепролетные конструкции свыше 24 м, промышленные объекты |
| Толщина стали, мм | Тип МЗП | Предел прочности на растяжение, МПа | Максимальное усилие среза, кН/м | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|---|---|
| 1.0 | МЗП-1.0 | 270-320 | 12-15 | Легкие стропильные фермы пролетом до 9 м, временные конструкции |
| 1.2 | МЗП-1.2 | 300-350 | 18-22 | Стандартные фермы пролетом 9-18 м, балки перекрытий |
| 1.5 | МЗП-1.5 | 340-380 | 25-30 | Тяжелонагруженные конструкции, большепролетные фермы свыше 18 м |
| 2.0 | МЗП-2.0 | 380-420 | 35-42 | Промышленные объекты, усиленные конструкции со значительными нагрузками |
| Порода древесины | Плотность, кг/м³ | Глубина зубьев, мм | Шаг зубьев, мм | Усилие запрессовки, МПа |
|---|---|---|---|---|
| Сосна обыкновенная | 500-520 | 8-10 | 12-15 | 3.5-4.5 |
| Ель европейская | 450-470 | 10-12 | 12-15 | 3.0-4.0 |
| Лиственница сибирская | 620-680 | 8-9 | 10-12 | 5.0-6.0 |
| Дуб черешчатый | 720-750 | 8 | 10-12 | 5.5-7.0 |
| Кедр сибирский | 450-480 | 10-12 | 12-15 | 3.0-4.0 |
| Тип пресса | Усилие прессования, тонн | Рабочая длина, м | Производительность, ферм/смена | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Подвесная пресс-скоба | 20-40 | 0.4-1.0 | 8-15 | Мелкосерийное производство, малые объемы |
| Роликовый гидравлический пресс | 50-80 | 6-12 | 20-35 | Стандартные стропильные фермы до 12 м |
| Портальный пресс с кондуктором | 100-150 | 12-18 | 30-50 | Серийное производство ферм пролетом до 18 м |
| Автоматизированная линия MiTek | 150-200 | до 24 | 50-80 | Крупносерийное производство, большепролетные конструкции |
| Пресс для балок Posistrut | 20-30 | 6-12 | 15-25 | Производство балок перекрытий с металлической решеткой |
Назначение и сфера применения МЗП в деревянном строительстве
Металлические зубчатые пластины представляют собой высокоэффективный крепежный элемент, обеспечивающий надежное соединение деревянных элементов в узлах стропильных систем, балочных конструкций и каркасных сооружений. Согласно определению ГОСТ Р 70069-2022, МЗП является соединительным элементом в виде стальной пластины, который получается методом холодной штамповки и имеет с рабочей стороны систему острых металлических зубьев, отогнутых под прямым углом.
Применение соединений на МЗП регламентировано СП 64.13330.2017 для проектирования дощатых ферм с пролетами до тридцати метров без промежуточных опор. Технология получила широкое распространение благодаря значительной экономии материалов при сохранении требуемой несущей способности конструкций.
Основные области применения соединений
В современном деревянном строительстве МЗП применяются для изготовления следующих типов конструкций. Стропильные фермы крышных систем жилых, общественных и производственных зданий обеспечивают перекрытие пролетов от шести до тридцати метров при высоте конструкции до пяти метров. Балки междуэтажных и чердачных перекрытий с пролетами до двенадцати метров формируются с использованием плоских ферм на МЗП с расположением элементов в одной плоскости.
Рамные и арочные конструкции большепролетных сооружений складского, спортивного и сельскохозяйственного назначения реализуются с применением усиленных соединений на пластинах толщиной полтора-два миллиметра. Каркасы стеновых панелей быстровозводимых зданий по канадской технологии используют МЗП для крепления стоек, обвязок и раскосов с обеспечением требуемой пространственной жесткости.
Заводское изготовление конструкций на МЗП обеспечивает точность геометрии узлов в пределах плюс-минус десять миллиметров, что существенно превосходит показатели традиционных врубочных соединений. Сокращение расхода пиломатериалов достигает двадцати-тридцати процентов за счет оптимального распределения усилий в элементах ферм согласно расчетным нагрузкам.
Конструктивные особенности металлических зубчатых пластин
Конструкция МЗП представляет собой прямоугольную пластину из холоднокатаной стали с зубьями, полученными методом штамповки на специализированных прессах. Технология изготовления обеспечивает формирование зубчатых выступов без нарушения целостности основания пластины, что критически важно для сохранения прочностных характеристик материала.
Геометрические параметры зубчатых элементов
Форма зубьев определяется технологическим процессом штамповки и оптимизируется для минимизации расщепления древесины при запрессовке. Стандартные конфигурации включают трапециевидные зубья с углом наклона боковых граней сорок пять-шестьдесят градусов, конические зубья с постепенным сужением к вершине для равномерного распределения напряжений смятия, прямоугольные зубья с параллельными боковыми гранями для максимальной площади контакта.
Длина зубьев варьируется от восьми до двадцати миллиметров в зависимости от плотности древесины и толщины соединяемых элементов. Для хвойных пород с плотностью четыреста пятьдесят-пятьсот двадцать килограммов на кубический метр применяют зубья глубиной десять-двенадцать миллиметров. Лиственные породы повышенной плотности требуют зубьев меньшей длины восемь-девять миллиметров для предотвращения растрескивания при запрессовке.
Материалы и защитные покрытия
Согласно требованиям ГОСТ Р 70069-2022, для изготовления МЗП применяется холоднокатаная сталь марок 08кп или 10кп с пределом прочности на растяжение не менее двухсот семидесяти мегапаскалей. Антикоррозионная защита реализуется методом горячего цинкования по ГОСТ 9.307 с минимальной толщиной покрытия сорок микрометров для конструкций, эксплуатируемых в нормальных условиях, и до восьмидесяти-ста микрометров для агрессивных сред.
Минимальная толщина цинкового покрытия сорок микрометров обеспечивает срок эксплуатации конструкций не менее пятидесяти лет при соблюдении условий влажностного режима древесины. Для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, рекомендуется увеличение толщины покрытия до восьмидесяти-ста микрометров либо применение пластин из нержавеющей стали.
Типоразмеры и стандартизация
Номенклатура типоразмеров МЗП охватывает диапазон от малых пластин шестьдесят на сто миллиметров площадью шестьдесят квадратных сантиметров до крупноформатных элементов триста на четыреста миллиметров с площадью тысяча двести квадратных сантиметров. Унификация размеров обеспечивает оптимизацию производственного процесса и снижение складских запасов при серийном изготовлении конструкций.
↑ К содержаниюРасчет несущей способности узловых соединений на МЗП
Методика расчета соединений на МЗП базируется на положениях СП 64.13330.2017 и учитывает условия смятия древесины в гнездах, изгиба зубьев пластин, прочности металла при работе на растяжение, сжатие и срез. Расчетная несущая способность определяется по формуле Nc равно двум R умножить на Fp, где R представляет расчетную несущую способность на один квадратный сантиметр рабочей площади, Fp является расчетной площадью поверхности МЗП на стыковом элементе.
Определение рабочей площади пластины
Расчетная площадь поверхности МЗП определяется за вычетом площадей участков в виде полос шириной десять миллиметров, примыкающих к линиям сопряжения элементов. Зона рационального расположения пластины ограничивается линиями, параллельными линии стыка и проходящими по обе стороны от нее на расстоянии половины длины линии стыка.
Для узлов с несколькими сходящимися элементами площадь каждой пластины определяется индивидуально с учетом направления действующих усилий. Минимальная площадь соединения на каждом элементе должна составлять не менее пятидесяти квадратных сантиметров для конструкций пролетом до двенадцати метров и не менее семидесяти пяти квадратных сантиметров для пролетов до восемнадцати метров.
Расчет на срез и совместное действие усилий
Несущая способность МЗП при срезе вычисляется по выражению Qср равно двум lср умножить на Rср, где lср представляет длину среза сечения пластины без учета ослаблений в сантиметрах, Rср является расчетной несущей способностью пластины на срез в килоньютонах на метр. При совместном действии усилий среза и растяжения должно выполняться условие Nc деленное на Nр в квадрате плюс Qc деленное на Qср в квадрате меньше или равно единице.
Современные производители конструкций на МЗП применяют специализированное программное обеспечение системы MiTek для автоматизированного расчета и оптимального размещения пластин в узлах. Программный комплекс обеспечивает проверку несущей способности по всем расчетным сочетаниям нагрузок с учетом снеговых, ветровых и эксплуатационных воздействий.
Влияние породы древесины на несущую способность
Расчетное сопротивление смятию древесины в гнездах зубьев зависит от породы и сорта материала. Для сосны второго сорта при влажности двенадцать процентов расчетное сопротивление смятию поперек волокон составляет три целых ноль мегапаскалей. Ель характеризуется несколько меньшими значениями два целых семь десятых мегапаскалей, что требует увеличения площади пластин на пятнадцать-двадцать процентов.
↑ К содержаниюТехнология запрессовки и монтажа соединений
Процесс запрессовки МЗП в древесину требует применения специализированного гидравлического оборудования, обеспечивающего равномерное усилие прессования без перекосов и повреждений материала. Технологический процесс включает позиционирование деревянных элементов в кондукторах согласно проектной геометрии, установку пластин с соблюдением ориентации зубьев перпендикулярно плоскости элементов, запрессовку под давлением с контролем глубины внедрения зубьев.
Параметры процесса запрессовки
Усилие прессования определяется породой древесины, толщиной пластины и площадью контакта зубьев. Для сосны обыкновенной при использовании МЗП толщиной один целая две десятых миллиметра требуется удельное давление три целых пять десятых-четыре целых пять десятых мегапаскалей. Лиственница сибирская вследствие повышенной плотности нуждается в усилии запрессовки пять целых ноль-шесть целых ноль мегапаскалей.
Скорость нарастания давления контролируется для предотвращения раскалывания древесины вдоль волокон. Оптимальная скорость составляет пять-восемь миллиметров в секунду с выдержкой под максимальным давлением в течение двух-трех секунд. Глубина внедрения зубьев должна обеспечивать выступание вершин не более одного миллиметра над поверхностью древесины.
Типы прессового оборудования
Подвесные пресс-скобы гидравлического типа с усилием двадцать-сорок тонн применяются для мелкосерийного производства и ремонтных работ. Рабочий ход составляет четыреста-тысяча миллиметров, производительность достигает восьми-пятнадцати ферм за смену при ручной укладке элементов.
Роликовые гидравлические прессы с рабочей длиной шесть-двенадцать метров обеспечивают непрерывную запрессовку пластин вдоль всей длины конструкции. Система из двух-трех роликовых пар создает усилие пятьдесят-восемьдесят тонн с равномерным распределением по площади контакта. Производительность составляет двадцать-тридцать пять ферм в смену.
Критическими параметрами запрессовки являются влажность древесины, которая не должна превышать восемнадцати процентов, температура окружающей среды в диапазоне плюс пятнадцать - плюс двадцать пять градусов Цельсия, отсутствие пороков древесины в зоне установки пластин. Превышение допустимой влажности приводит к ослаблению соединения при последующей усадке материала.
Система кондукторов и позиционирования
Точность геометрии конструкций обеспечивается применением металлических кондукторов, фиксирующих положение деревянных элементов в процессе запрессовки. Базовая конструкция кондуктора включает стальной стол размером шесть на пятнадцать метров, упорные планки для позиционирования элементов согласно чертежам, прижимные устройства с пневматическим или механическим приводом.
↑ К содержаниюТребования к качеству древесины и влагозащите
Качество исходного пиломатериала критически влияет на несущую способность и долговечность соединений на МЗП. Согласно требованиям ГОСТ 11047-90, для изготовления конструкций применяется древесина хвойных пород не ниже второго сорта с ограничением по размерам и видам пороков.
Ограничения по порокам древесины
В зоне установки МЗП не допускаются сквозные трещины, табачные и выпадающие сучки, гниль любой стадии развития. Здоровые сросшиеся сучки допускаются размером не более одной трети ширины пласти элемента. Наклон волокон в районе узлового соединения ограничивается пятнадцатью процентами для обеспечения равномерного смятия древесины зубьями пластин.
Механические повреждения поверхности в виде вырывов и задиров глубиной более трех миллиметров снижают плотность контакта зубьев с древесиной и не допускаются в пределах расчетной площади пластины. Шероховатость продольных сторон пиломатериалов не должна превышать двести микрометров по ГОСТ 7016.
Влажностный режим эксплуатации
Влажность древесины при запрессовке МЗП регламентируется в диапазоне двенадцать плюс-минус три процента для клееных элементов и не более восемнадцати процентов для пиленых деталей. Превышение указанных значений приводит к ослаблению соединения вследствие усадки материала при высыхании в условиях эксплуатации.
Измерение влажности древесины осуществляется электровлагомерами контактного типа по ГОСТ 16588-91 в нескольких точках каждого элемента. Для конструкций, эксплуатируемых в условиях первого класса влажности, допустимо применение материала влажностью до двадцати двух процентов с последующей стабилизацией в процессе эксплуатации.
Защита от биологических повреждений
Биозащитная обработка древесины выполняется антисептическими составами по ГОСТ 20022.6-93 методом глубокой пропитки или поверхностного нанесения. Для конструкций, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности, применяются невымываемые антисептики с расходом триста-четыреста граммов активного вещества на кубический метр древесины.
Огнезащитная обработка реализуется составами первой или второй группы огнезащитной эффективности в зависимости от класса конструктивной пожарной опасности здания. Глубокая пропитка обеспечивает трудновоспламеняемость древесины с показателем потери массы не более девяти процентов при испытании по ГОСТ 16363-98.
↑ К содержаниюКонтроль качества и испытания соединений
Система контроля качества конструкций на МЗП включает входной контроль материалов, операционный контроль процесса запрессовки, приемочный контроль готовых изделий, периодические испытания образцов соединений. Методы контроля регламентированы ГОСТ Р 70069-2022 и техническими условиями производителей оборудования.
Визуальный осмотр узловых соединений
Визуальная оценка качества запрессовки выявляет следующие дефекты: неполное внедрение зубьев с выступанием основания пластины над поверхностью древесины более двух миллиметров, перекос пластины относительно оси элемента свыше трех градусов, растрескивание древесины в зоне установки МЗП с длиной трещин более пятидесяти миллиметров, отслоение цинкового покрытия на площади более десяти процентов поверхности пластины.
Контролю подлежат сто процентов изготовленных конструкций с фиксацией результатов в журнале операционного контроля. Изделия с критическими дефектами бракуются и подлежат ремонту с заменой дефектных пластин либо полной переделке узла.
Инструментальные методы контроля
Глубина внедрения зубьев измеряется штангенциркулем с точностью ноль целая пять десятых миллиметра в пяти-семи контрольных точках по периметру пластины. Отклонение от проектной глубины не должно превышать плюс-минус один миллиметр. Усилие выдергивания пластины определяется на специальных стендах с гидравлическим приводом при скорости нагружения пять миллиметров в минуту.
Периодические испытания прочности соединений проводятся на образцах, отобранных из партии готовых изделий с периодичностью один раз в квартал или после замены партии пиломатериалов. Программа испытаний включает определение несущей способности при растяжении, сжатии и срезе с построением диаграмм деформирования до разрушения образцов.
Критерии приемки и допустимые отклонения
Геометрические отклонения готовых конструкций регламентируются следующими предельными значениями: отклонение от проектных размеров по длине плюс-минус пять миллиметров, отклонение от прямолинейности элементов не более одной трехсотой длины, смещение узлов от проектного положения не более плюс-минус десять миллиметров. Превышение допусков является основанием для отбраковки изделий.
Несущая способность соединений, определенная при испытаниях, должна превышать расчетные значения не менее чем на тридцать процентов с учетом коэффициента надежности. Разрушение образцов должно происходить по древесине вне зоны установки пластин, что свидетельствует о правильном проектировании и изготовлении узлов.
↑ К содержанию