• építés
• fakötések

Mérnöki fakötések és kötőelemeik

Az elmúlt fél évszázadban a gyártási és építési techno­lógiák fejlődésével, valamint a követelmények folyamatos szigorodásával a hagyományos ácsjellegű fakötések több szempontból is elavulttá, korszerűtlenné váltak. Kialakul­tak a korszerű mérnöki fedélszerkezetek és ehhez kapcso­lódva a mérnöki fakötések (méretezett kapcsolatok).

A hagyományos ácsjellegű fakötésekkel szemben a mér­nöki fakötéseknél a kötőelemek (kapcsolóelemek) szerepe jelentős, mivel minden esetben valamilyen igénybevételt továbbító (erőátadó) elemek (lényegében ezek végzik a te­herátadási). A mérnöki fakötéseket minden esetben előzetes statikai számítás (méretezés) alapján kell megválasztani és kialakítani. (Innen származtatható a mérnöki fakötések má­sik megnevezése, a méretezett kapcsolatok.)

Mérnöki fakötéseket általában korszerű mérnöki jellegű fedélszerkezeteknél alkalmaznak. Az egyes kapcsolatok mé­retezései a teljes szerkezetre vonatkozó számítások részeként készülnek (a szerkezet egészére meghatározott erőhatások, méretek, szelvények stb. figyelembevételével). A mérnöki fakötéseket az felhasznált kapcsolóelemek (kötőelemek) alapján különböztetjük meg.

Ezek a követke­zők:

• betétes kötés (fa, fém);
• csavarozott kötés;
• szegezett kötés;
• szeglemezes kötés;
• szegezőlemezes kötés;
• ragasztott kötés.

A megfelelő mérnöki fakötés kiválasztását az alábbi té­nyezők befolyásolják:

• az adott csomópontban a faelemek rostirányának és az erőhatás irányának viszonya;
• az igénybevétel következtében jelentkező elmozdulá­sok mértéke;
• a faelemek gyengítésének mértéke;
• a faanyag nedvességviszonyainak változásából adódó mozgások hatása a kapcsolatra.

A mérnöki fakötések több szempontból is előnyösek. A kötési módtól függően szinte bármilyen igénybevétel köz­vetítésére alkalmasak. A különböző kötőelemek a faelemek számottevő gyengítése nélkül beépíthetők. A méretezés kö­vetkeztében pontosan meghatározhatók az ideális kereszt­metszetek, így elkerülhető az anyagpazarló kialakítás.

A korszerű mérnöki fakötések megfelelő kialakítása magasfokú szakértelmet és pontos, precíz munkavégzést igényel!

Betétes kötések

A betétes kötések olyan kapcsolatok, amelyeknél a kapcsolódó faelemek közötti erőátadást előze­tes statikai számítás alapján meghatározott szá­mú, anyagú, méretű és alakú betétek közvetítik. A kapcsolatokat általában fűzőcsavarokkal szo­rítják össze.

A betétek anyaga legtöbbször keményfa vagy fém (acél, korábban öntöttvas, bronz), esetleg lehet nagy szilárdságú műanyag. A betétek hasáb, henger, gyűrű és korong alakúak lehetnek, sima, fogazott vagy tüskés felületi kialakítással. A különböző betétek az alakjuknak pontosan megfelelő, a faelemekbe vágott (mart) beeresztésekbe, fészkekbe illesz­kednek. A faelemek szétválását fűzőcsavarok biztosítják. Ezek azonban „csak” rögzítőelemek, az erőátadásban nem vesznek részt!

Fabetétes kötések

Fabetétes kötések esetén különböző alakú (hasáb, hen­ger, tárcsa vagy ék) keményfa betétek az erőátadó elemek. Ilyen mérnöki kötéseket elsősorban gerendák (húzott, nyo­mott rudak) fahevederes hossztoldásánál, több faelemből álló hajlított fatartók elemeinek összekapcsolásánál, illetve rácsos tartók rúdjainak összekapcsolásánál alkalmazhat­nak. A kötések csak akkor „működnek” jól, hogyha a pon­tosan megmunkált keményfa betétek szorosan illeszkednek a faelemekbe kialakított fészkekbe.

A fabetétes kötések faj­tái: hasábbetétes (egyenes vagy ferde); lapbetétes; tuskóbetétes; ékpáros; fatárcsa-betétes; fahenger-betétes kapcsola­tok (1.21. ábra). Az ilyen kötések – a tárcsa alakú fabetéteket kivéve – kizárólag rostirányú erők továbbítására alkalma­sak. A fabetétek önmagukban nem rögzítik egymáshoz a kapcsolódó faelemeket, ezért a legtöbb esetben a fabetétes kötések fűzőcsavaros rögzítésekkel készülnek.

A csavarok általában a betétek között helyezkednek el, tuskó- és fa­tárcsa-betétes kötések esetén viszont a betéteken keresztül vezetve építik be őket. A fabetétes kapcsolatok oldható kö­tések, vagyis a csavarok „lazítása” után bármikor elemeire bonthatók.

1.21. ábra. Fabetétes kötések
a) egyenes hasábbetétes kötés; b) ferde hasábbetétes kötés; c) ékpáros kötés; d) lapbetétes kötés; e) tuskóbetétes kötés; f) fatárcsabetétes kötés

Fémbetétes kötések

A fémbetétes kötések a fabetétes kötésekből származtat­hatók. Lényegében az ott alkalmazott betétek fém anyagú megfelelői képezik az erőátadó elemeket. Ebből adódóan a fémbetétek lehetnek idomacél darabok, acélcső, acélrúd darabok, fémhasábok, fémtárcsák, gyűrűk, tüskés lemezek (1.22. ábra). A fémbetétes kötések fajtáit is ennek megfele­lően különböztetjük meg. A kötések a betétek függvényé­ben egyaránt alkalmasak rostirányú- és rostiránnyal szöget bezáró erők közvetítésére.

1.22. ábra. Fémbetétes kötések

Előbbire az idomacélok, rudak, csövek, fémhasábok, utóbbira a fémtárcsák, gyűrűk, tüskés lemezek alkalmasak. A fém kedvezőbb anyagi tulajdonsá­gainak köszönhetően (nagy szilárdságú, nem vetemedik) a betétek kis méretűek, de nagy teherbírásúak. Ebből adó­dóan a faelemek gyengítése is kisebb mértékű. A fémbetétes kötéseknél fűzőcsavarok rögzítik a kapcsolódó faelemeket. Elhelyezésük megegyezik a fabetétes kötéseknél bemutatot­takkal.

Csavarozott kötések

Csavaros kötések esetén a faelemek közötti erő­átadást méretezett (vagyis előzetes statikai szá­mítás során meghatározott hosszúságú, átmérő­jű és számú) alátétes anyáscsavarok biztosítják.

A csavarok a közvetítendő erő irányára merőleges hely­zetű, karcsú fémrudak, melyek a kapcsolódó faelemek tel­jes keresztmetszetén átmenő furatokban helyezkednek el. Az erőátadás során a csavarokra ható palástnyomás követ­keztében az elcsúszni szándékozó felületek síkjában a csa­varban nyírófeszültség ébred (hajlítás mellett). Ezek mérté­ke függ – többek között – az erőhatás iránya és a rostirány közötti szög nagyságától is.

A csavarozott kapcsolat oldható kötés. A csavarok egy­szerre erőátadó és helyzetrögzítő elemek, vagyis az erőha­tások közvetítése mellett egyben megakadályozzák a faele­mek szétválását is.

A csavarozott kötéseknek sok fajtája létezik; ezeket álta­lában kétféle módon csoportosítjuk. A csavarokkal átfogott faelemek számát és az erőhatások irányát tekintve megkülön­böztetünk egynyírású, kétnyírású és többnyírású csavaro­zott kötéseket (1.23. ábra), melyek terhelése lehet szimmet­rikus vagy aszimmetrikus. A kapcsolódó faelemek tengelyé­vel párhuzamos irányú (tengelyirányú) csavarsorok számá­tól függően megkülönböztetünk egy-, két-, vagy többsoros csavarozott kapcsolatokat. A fentieken kívül gyakori a kap­csolódó faelemek típusa és egymáshoz viszonyított helyzete szerinti megkülönböztetés is (pl. egymást keresztező palló és gerenda csavarozott kötése).

1.23. ábra. Csavarozott kötések
a) egynyírású (aszimmetrikus) csavarkötés; b) kétnyírású (szimmetrikus) csavarkötés; c) egysoros csavarkötés; d) kétsoros csavarkötés; e) háromsoros csavarkötés

A csavarozott kötések részét képezik a facsavaros köté­sek is. Ezek elsősorban vékonyabb faelemek (deszkák, pal­lók) kapcsolatainak kialakításánál alkalmazhatók.

Szegezett kötések

Szegezett fakötések esetén a faelemek közötti erő­átadást előzetes statikai számítások alapján meg­határozott számú, méretű, adott elrendezésben bevert szegek biztosítják.

Elsősorban a vékonyabb faelemek (deszkák, pallók) külön­böző kapcsolatainak kialakításához alkalmazhatók. A szegek vékony fémrudak, melyek jellemzően az erőhatás irányára merőlegesen terhelhetők a leghatékonyabban. Ilyenkor a sze­gekben nyírófeszültség ébred (vagyis húzó- és nyomóerő felvételére nem alkalmasak). A szegek teherbírását alapve­tően befolyásolja az erőhatás iránya és a rostirány közötti szög nagysága.

A csavarozott kapcsolatokhoz hasonlóan a szegezett kö­tések fajtáit is különböző szempontok szerint csoportosít­va határozzák meg. A szegek által összekapcsolt faelemek száma alapján a kötés lehet egynyírású (két faelemet összekapcsoló) és kétnyírású (három faelemet összekapcsoló). A szegek elrendezését tekintve megkülönböztetünk egye­nes, ferde valamint eltolt vonalú szegezett kapcsolatokat. A kapcsolódó faelemek egymáshoz viszonyított helyzete alapján lehet merőlegesen csatlakozó és ferdén csatlakozó szegezett kötés (1.24. ábra). A szegezett kötések gyorsan és egyszerűen kialakíthatók, ezért széles körben elterjedtek.

1.24. Szegezett kötések
a) egynyírású-; b) kétnyírású szegezett kapcsolat; c) egyenes vonal menti elrendezésű; d) ferde vonal menti elrendezésű; e) eltolt vonal menti elrendezésű szegezett kapcsolat; f) merőlegesen csatlakozó; g) ferdén csatlakozó szegezett kötés

Szeglemezes kötések

A szeglemezes kötések egy síkban lévő, azonos vastagságú faelemek közötti erőátadást, kétol­dali bepréselt méretezett szeglemezzel biztosító mérnöki fakötések.

A szeglemez saját anyagából egy oldalra merőlegesen ki­hajlított fogazatú (tüskézetű) vékony acéllemez (1.25. ábra). Általában téglalap alakú, de lehet háromszög, négyszög, kör, T, V, illetve Y alakú is. A lemez síkja az erőhatás irányával párhuzamos, a fogak pedig arra merőlegesek. Az erőhatáso­kat a fogak veszik fel és a lemez síkján át továbbítva közve­títik a kapcsolódó faelemek között. A teherátadó kapcsolat a szeglemezek kétoldali bepréselésével jön létre.

A szeglemezes kötések csak az egy síkban lévő, azo­nos vastagságú faelemek kapcsolására alkalmasak. Ennek megfelelően főleg az előregyártott rácsos szerkezetek rúdelemeinek csomóponti kapcsolásához alkalmazhatók. A szeg­lemezes kapcsolatok kizárólag üzemi körülmények között készülnek. A kétoldali lemezek bepréselését minden eset­ben gépesítve, sajtoló berendezéssel végzik. A kapcsolatok méretezése során az egyes faelemekbe szükséges fogak szá­mát, valamint – értelemszerűen – a szeglemezek alakját és méretét kell meghatározni.

1.25. ábra. Szeglemezes kötések
a) egyenesen csatlakozó (hossztoldó) szeglemezes sarokkötés; b) merőlegesen csatlakozó szeglemezes sarokkötés; c) merőlegesen csatlakozó szeglemezes kapcsolat; d) ferdén csatlakozó szeglemezes kapcsolat; e) rácsos elemcsatlakozás szeglemezes kapcsolata

A szeglemezes kapcsolatok fajtáit elsősorban a kapcso­lódó faelemek egymáshoz viszonyított helyzete alapján különböztetik meg. Ennek megfelelően egyenesen csatlakozó (hossztoldó), ferdén csatlakozó, illetve merőlegesen csat­lakozó szeglemezes kötésekről beszélhetünk (1.25. ábra).

A szeglemezek egyszerre erőátadó és helyzetbiztosító ele­mek, a létrehozott kötés nem igényel külön rögzítőelemet (pl. fűzőcsavarokat). A szeglemezes kapcsolatoknál a faele­mek gyengítésének mértéke olyan elenyésző, hogy a rudak méretezésekor figyelmen kívül hagyható.

Szegező lemezes kötések

Szegező lemezes kötés esetén az egymáshoz kap­csolódó faelemek közötti erőátadást az adott kap­csolási helyhez igazodó alakú, méretezett acélpro­filok (szegezőlemezek) biztosítják.

1.26/a. ábra. Szegezőlemezes elemkapcsolatok (I)
a) merőleges ütközések összekötő elemei (beakasztok); b) hossztoldás kapcsolóelemei; c) sarokkapcsolatok elemei (sarokösszekötők)

1.26/b. ábra. Szegező lemezes elemkapcsolatok (II.)
a) szaruzatlekötő elemek;   e) konzolos kapcsolóelem

Az elemkapcsolatok sokféleségének megfelelően a szege­zőlemezek is többféle kialakításban készülnek (1.26. ábra). Ezeket általában szegekkel, facsavarokkal, esetleg átmenő anyás csavarokkal rögzítik a faelemekhez. A lemezek vas­tagságát és a furatok számát a várható igénybevételek isme­retében egyedileg határozzák meg. A szegezőlemezes kötés a teljeskörű elemválaszték következtében szinte bármely elemkapcsolathoz, bármilyen igénybevétel továbbítására ki­alakítható kapcsolódási mód.

Ragasztott kötések

Ragasztott kötés esetén a faelemek közötti erőát­adást ragasztóanyaggal bevont, előzetes statikai számítások alapján meghatározott kialakítású, pontosan illeszkedő, csatlakozó felületek bizto­sítják.

Az illeszkedő felületekre felhordott híg ragasztóanyag az elemek összepréselése során bejut a faanyagokba és meg­keményedés után szilárd, oldhatatlan kapcsolatot hoz létre.

Minél nagyobb a ragasztott felület, annál kedvezőbb (erősebb) a faelemek közötti kapcsolat. A különböző ragasztott fakötéseket a csatlakozó felületek kialakítása és az alkalma­zott kötőelemek alapján különböztetik meg. Rúdszerkezetek hossztoldása kétoldali ragasztott hevederekkel, valamint a csatlakozó felületek csaphornyos vagy ékhornyos kialakítá­sú összekapcsolásával biztosítható (1.27. ábra). A hevederes kialakítás a gyakorlatban nem terjedt el. Ragasztott kapcso­latok sorozatával képezik a rétegragasztott fatartókat is.

1.27. ábra. Ragasztott kötés
a) ékhornyos kialakítás; b) hevederes kialakítás; c) rétegelt ragasztott tartó

A ragasztott kötések erőtani szempontból megbízható, tartós kapcsolatot képeznek. Erőátadáskor a ragasztóréteg­ben elsősorban nyírófeszültség keletkezik.

Ragasztott kötések kizárólag üzemben készíthetők. A fa­elemek kapcsolódó felületeinek megmunkálását, valamint az elemek összepréselését minden esetben automata gépek végzik. A faanyagok (ragasztásnál megkövetelt) nedvesség­tartalma (ami max. 18% lehet) szintén csak üzemi körülmé­nyek között biztosítható folyamatosan.