6.Основы технологии устройства покрытий и стен сборных каркасных зданий.

В деревянном каркасном доме основой каркасных построек является деревянный каркас, который состоит из отдельных элементов: досок, брусьев, комбинированных балок различной конфигурации. Эта пространственная сборная конструкция воспринимает собственные нагрузки, воздействия среды и прочее.

Каркасные строения имеют нижнюю обвязку из брусьев, по ней устанавливают стойки из досок с определенным шагом, они одновременно являются несущими верхние этажи и кровлю, а в дальнейшем к ним крепится внешняя отделка. На стойки перевязываются верхним поясом брусьев, и устраивается перекрытие по деревянным балкам. А каркас крыши является привычной стропильно-балочной системой, на которую позднее монтируется покрытие.

После возведения каркаса под кровлю, стены заполняются утеплителем, с внешней стороны обшиваются фанерой, OSB или ЦСП, после чего осуществляется чистовая отделка.

Внутренняя отделка каркасного дома чаще всего выполняется гипсокартонном. Швы тщательно шпаклюются и штукатурятся. На выровненную поверхность наносится краска, или наклеиваются обои.

Дома из каркаса не имеют усадки, а потому сразу после завершения строительства, возможно, начать внутреннюю отделку помещений. В каркасных домах относительно легко выполнять отделочные работы, т.к. поверхности стен, полов, потолков получаются практически идеальными благодаря самой конструкции дома. Идеальными получаются углы стыков стена-пол и стена-потолок.

Технология строительства деревянного каркасного дома:

- Строительство фундамента. Фундамент монолитный ленточно-облегчённый (из-за малого веса каркасного дома) или столбчатой конструкции может выдержать наличие каминов и печей. Каркас крепится к фундаменту с помощью анкеров, прокладывается гидроизоляция.

- Основа стен - несущий деревянный каркас из обрезной доски и горизонтальных обвязок. При этом каркас пропитывается огнезащитными и биологическими составами. Соединение элементов деревянного каркасного дома выполняют при помощи стальных оцинкованных соединителей.

- Оконные и дверные проемы, как правило, имеют ширину большую, чем шаг установки стоек каркаса, поэтому производятся выпилы стоек и монтаж проёмных ригелей.

- Балки перекрытия укладывают по короткому сечению пролёта. Шаг монтажа деревянных балок рекомендует- ся выбирать равным шагу установки стоек каркаса.

- Внутреннее пространство стен заполняют утеплителем (например: базальтовыми, минераловатными плитами или пенопластом, пеноплексом).

- Отделку внутри дома выполняют с применением строительных материалов: OSB- ОСП/ ОСБ - Ориентированно-Стружечная Плита; ЦСП- Цементно-Стружечная плита; ламинированная фанера- фанера ФК, фанера ФСФ; вагонка, гипсокартон

- Для наружной отделки применяются стройматериалы: кирпич, сайдинг, окраска, фасадная штукатурка и плитка, имитирующая кладку из природного камня.

- Применяются все виды кровли и кровельных материалов: мягкая, скатная, плоская кровля. Например, такие кровельные материалы, как: натуральная, гибкая, черепица, металлочерепица, ондулин, оцинкованный лист.

- Межкомнатные перегородки, полы, перекрытия каркасного дома выполняются из каркасных панелей с утеплителем в целях предотвращения шума и сквозняков.

Каркасные дома строятся с целью достижения максимальной энергоэффективности. Поэтому стены наполнены утеплителем, и он выполняет функцию утепления и звукоизоляции.

Устройство крыши

Принцип устройства крыши каркасного дома не отличается от устройства крыши на домах другого вида.

- монтаж системы стропил

- обрешетка

- гидроизоляция

- кровельное покрытие

Для крыш с жилым чердачным помещением – мансардного вида, необходимо сделать еще и пароизоляционный слой (пароизоляционные пленки, мембраны и т.п.). После того, как пароизоляция сделана, необходимо выполнить работы по утеплению крыши – минераловатными утеплителями, пенопластом и т.п.

Обшивка и утепление каркаса

1. Из термопрофиля

Снаружи каркас обшивается, листами ОSВ или СМЛ, с внутренней стороны стены каркаса обшиваются ГВЛ, ЦСП или же пазогребневыми плитами. В качестве утеплителя стен в основном используются минерало- ватные плиты имеющие толщину 150-200 мм или же межстеновое пространство каркаса заливается газо- пенобетоном.

2. Из древесины

Как можно видеть на рисунках, устройство тепло- гидро- пароизоляции стен каркаса сделанных по технологии ЛСТК практически ни чем не отличается от устройства тепло- гидро- пароизоляции стен деревянного каркаса. В качестве материала для обшивки стен деревянного каркаса можно выбрать следующие материалы:

«Черновая» обшивка стен:

- доска необрезная ошкуренная

- доска обрезная 2-го сорта (без гнилостных и грибковых налетов), допускаются дефекты такие как – обзол, торцевое коробление (прогиб не более 3 мм по центру доски), мелкие трещины

- OSB, ЦСП, и прочие плитные влагостойкие материалы

Чистовая обшивка стен:

- внутренняя: ДСП, ГВЛ, ДВП, изоплита и т.п.

- наружная: доска шпунтованная (вагонка) высшего сорта, кирпич (не силикатный!), сайдинг и т.п.

В качестве утеплителей в основном используются минераловатные утеплители на негорючей основе, в некоторых случаях межстенове пространство засыпается сыпучими утеплителями – керамзит, стружка, опилки или шлак.

Технология возведения деревянной избы

Главным строительным материалом для возведения всех видов построек для русского народа всегда служило дерево. Жилые избы оставались деревянными и тогда, когда древние зодчие научились возводить каменные палаты и храмы. Уникальные технологии деревянного домостроения позволяли сооружать удивительные церкви, дворцовые комплексы. Эти строения поражали красотой, совершенством конструкций и долговечностью.

Необозримые лесные просторы давали столько строительного материала, что даже дороги выстилали деревянными спилами. Легкое в обработке, дерево обладает одним серьезным недостатком: оно недолговечно. Поэтому русский народ выбирал для строительства изб смолистые породы древесины, менее подверженные гниению, чем лиственные. Использовали в основном сосну и ель, реже – лиственницу. Для основной части сруба подбирали бревна толщиной около 35 см, а для нижних венцов, на которые опиралась вся конструкция избы – до 44 см. Временем для заготовки строительного леса была зима или начало весны.

Бревна укладывались в венцы, из которых постепенно составлялся сруб. Это была основа всего дома, главная его часть. Существовали способы, при помощи которых плотники соединяли бревна в углах сруба и венцы друг с другом. Для более прочного соединения венцов вдоль всего бревна выбирался специальный паз. Таким образом, верхнее бревно плотно ложилось всем своим весом на нижнее, как бы обхватывая его. Для сочленения по углам в бревнах делались вырубки особой формы. Два вида рубки – «в чашу» и «в лапу» были распространены на Руси повсеместно. Рубить избу « в чашу» обозначало таким образом соединить бревна, чтобы их края выступали наружу. В этом случае промерзали только эти выступающие концы бревен, тогда как углы избы оставались теплыми. При рубке «в лапу» угловые крепления бревен делались на самом конце стены, позволяя расширить внутреннее пространство избы. В течение нескольких лет после завершения строительства рубленый дом осаживался, высыхал. Бревна сруба более плотно примыкали друг к другу, конструкция становилась очень прочной.

Закладывая дом, первым делом сооружали фундамент, который был низким и состоял обычно из четырех опор, расположенных по углам сруба. Для его возведения использовали большие валуны или пни. Легкая деревянная конструкция не требовала основательного фундамента по всему периметру здания. Полом в русской избе служил деревянный настил, сколоченный из массивных досок или полубревен. Наиболее часто встречались избы, состоящие из одного помещения. Также распространен был пятистенок – прямоугольный сруб с цельносвязанной перегородкой, оба помещения в котором являлись теплыми. Такой дом принято было строить на севере. В более южных районах обходились одним теплым помещением и пристроенной к нему холодной горницей, а иногда клетью – чуланом. В разных регионах различались также традиции планировки избы, это касалось прежде всего расположения печи. Все остальные детали интерьера «плясали» всегда от печки. Например, в центре России печь устанавливали в правом углу. Под печь сооружали специальный отдельный фундамент, а сама она строилась из кирпича или была глинобитной. Печь могли расположить вплотную к стене или с некоторым отступлением – это зависело от традиций.

Исторически перекрытие в русских избах было беспотолочным. С целью сохранения тепла крышу утепляли особенно внимательно и тщательно. Кровля была многослойной, тоже деревянной или соломенной. Чаще использовали бересту и солому, намного реже – дранку и тес. Только в 18 веке начали сооружать потолок из самых тонких бревнышек.- и полубревен. Окна, состоящие из оконной коробки и рамы, появились на Руси довольно поздно. Изначально для освещения избы в срубе прорубали маленькие отверстия. Летом они стояли открытыми, а зимой их затягивали слюдой, бычьим пузырем или промасленной тканью. Естественно, такие окна пропускали очень мало света. Когда крестьянам стало доступно качественное стекло, окна изменились – они стали не только намного шире, но и украсились наличниками.

7.Основные принципы проектирования деревянных конструкций по предельным состояниям.Особенности расчета настилов и обрешеток,прогонов и балок,клеефанерных плит. Предельные состояния — это такие состояния, при которых конструкция не может больше использоваться в результате дей­ствия внешних нагрузок и внутренних напряжений.

Первая группа наиболее опасна. Она определяется непригодностью к эксплуатации, когда конструкция теряет несущую способность в результате разрушения или потери устойчивости. Это­го не происходит, пока максимальные нормальные а или скалы­вающие т напряжения в ее элементах не превосходят расчетных(минимальных) сопротивлений материалов, из которых они изго­товлены: σ,τ≤R

Вторая группа менее опасна. Она определяется непригод­ностью конструкции к нормальной эксплуатации, когда она прогибается до недопустимой величины. .Этого не происходит, пока максимальный относительный прогиб ее f/l не превосходит пре­дельно допускаемых значений: f/l≤[f/l]

Нормативные сопротивления древесины Rн (МПа) являются основными характеристиками прочности древесины чистых от пороков участков. Они определяются по результатам многочис­ленных лабораторных кратковременных испытаний малых стан­дартных образцов сухой древесины влажностью 12 % на растяжение, сжатие, изгиб, смятие и скалывание.

Расчетные сопротивления древесины R (МПа) — это основные характеристики прочности реальной древесины элементов реальных конструкций. Эта древесина имеет естественные допускаемые пороки и работает под нагрузками в течение многих лет. Расчетные сопротивления получаются на основании нормативных сопротивлений с учетом коэффициента надежности по материалу γ и коэффициента длительности нагружения mдл по формуле

Коэффициент γ значительно больше единицы. Он учитывает снижение прочности реальной древесины в результате неоднородности строения и наличия различных пороков, которых не бывает в лабораторных образцах. Пороки древесины почти в два раза снижают прочность древесины при растяжении и примерно в полтора раза при сжатии. Трещины наиболее опасны в зонах работы древесины на скалывание. Коэффициент длительности нагружения mдл =0,66. Он учитывает, что древесина без пороков может неограниченно долго выдерживать лишь около половины той нагрузки, которую она выдерживает при кратковременном нагружении в процессе испытания.

Ветровая нагрузка. Нормативная ветровая нагрузка w состоит из давления w^н+ и отсоса w^H- ветра. Исходными данными при определении ветровой нагрузки являются значения давления ветра, направленного перпендикулярно поверхностям покрытия и стен зданий да, (МПа), зависящие от ветрового района страны и принимаемые по нормам нагрузок и воздействий. Нормативные ветровые нагрузки w" определяются умножением нормального давления ветра на коэффициент k, учитывающий высоту зданий, и аэродинамический коэффициент с, учитывающий его форму. Для большинства зданий из дерева и пластмасс, высота которых не превышает 10 м, k = 1.. Аэродинамический коэффициент с зависит от формы здания, его абсолютных и относительных размеров, уклонов, относительных высот покрытий и направления ветра. На большинство скатных покрытий, угол наклона которых не превышает а =14°, ветровая нагрузка действует в виде отсоса w— При этом она в основном не увеличивает, а уменьшает усилия в конструкциях от постоянных и снеговых нагрузок и при расчете может не учитываться в запас прочности. Ветровая нагрузка должна обязательно учитываться при расчете стоек и стен зданий, а также при расчете конструкций треугольной и стрельчатой формы. Расчетная ветровая нагрузка равна нормативной, умноженной на коэффициент надежности у= 1,4. Таким образом, w = — w^Hγ. Настилы являются несущими элементами ограждающих деревянных покрытий. На их изготовление расходуется до 70 % объема древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Поэтому проектирование рациональных конструкций настилов во многом определяет экономическую эффективность покрытий в целом. Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли раз- ных типов. Под трехслойную рубероидную кровлю неотапливаемых зданий основанием служит настил из двух слоев досок, которые соединяются гвоздями (рис. VI.2, а). Верхний защитный слой досок толщиной 16—25 мм и шириной до 100 мм укладывают под углом 45° к ниж- нему. Для лучшего проветривания всего настила нижний рабочий настил с толщиной досок по расчету выполняют разреженным. Расчет настилов и обрешеток, работающих на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетаниях нагрузки :

нагрузки от собственного веса покрытия и снеговой нагрузки — на прочность и прогиб:

σи=Mmax/Wнт<=Rи. где

f = 2,13q_Hl³/384EJ<=f_пр.

Консольно-балочные прогоны являются многопролетными статически определимыми системами. Их применение целесообразно в том случае, когда временная нагрузка неподвижна и равномерно распределена повеем пролетам прогона. Если шарниры расположить на расстоянии от опор х=0,15 l (l — пролет консольно-балочного прогона), то моменты на опорах будут равны по абсолютному значению максимальным моментам в пролетах, и получается так называемое равномоментное решение прогона. Для выравнивания моментов в первом и последнем пролетах значение этих пролетов (/t) надо уменьшить до 0,85 l. Если шарниры расположить на расстоянии от опор х—

=0,21l, то получится равнопрогибное решение, при котором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме крайних, будут одинаковыми. При уменьшении крайних пролетов до 0,79l прогибы в этих пролетах будут равны прогибам в остальных пролетах. Если крайние пролеты равны остальным, т. е. l1 = l, то изгибающий момент на первой промежуточной опоре будет Mon = ql² /10, а прогиб прогона в крайнем пролете f1 = 2,5q_нl⁴/384EJ.При этом сечение прогона в крайних пролетах долж- но быть усилено, а опорная реакция первой промежуточной опоры будет больше остальных на 13%, что потребует проверки и возможного усиления опорной конструкции. Спаренный неразрезной прогон в расчетном отношении аналогичен равнопрогибному консольно-балочному

прогону и поэтому его расчет производят по формулам Mmax = ql²/12; f = q_нl⁴/384EJ<= f_пр

При этом крайние пролеты h должны быть меньше и равны 0,8l.Консольно-балочпые прогоны выполняют из брусьев. По длине они соединяются в местах расположения шарниров косым прирубом (рис. VI.6, е). Во избежание смещений под действием случайных усилий в середине косого прируба ставят болты. В случае равномоментного решения болты не должны быть затянуты, чтобы обеспечить перелом упругой линии прогона, образующийся в шарнире, между консолью и подвесной частью прогона. При равнопрогибном решении прогона в местах расположения шарниров упругая линия проходит плавно и пеклеефанерные Панели покрытий состоят из деревянного несущего каркаса и фанерных обшивок, соединенных с каркасом водостойким клеем в одно целое, и образующих коробчатое сечение. Для их изготовления применяют фанеру повышенной водостойкости марки ФСФ, а для конструкций, не защищенных от увлажнения, — бакелизированную фанеру.

Клеефанерные конструкции рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины и фанеры по приведенным геометрическим характеристикам, причем приводят к тому материалу элемента конструкции, в котором находят напряжения. Приведенные характеристики вычисляют по формулам: момент инерции, приведенный к фанере ¦Jприв = Jф + J д (Ед/Еф);

статический момент Sприв = Sф + Sд (Ед/Еф);

• площадь поперечного сечения Fприв = F ф + Fд (Eд/Eф); момент сопротивления Wприв = Jприв/y

где y— расстояния до наиболее удаленных волокон; при симметричном поперечном сечении y=h/2 (h — высота); Jф, Sф, Fф, Еф — соответственно момент инерции, статический момент, площадь поперечного сечення и модуль упругости материала элемента, к которому

делают приведение (в данном случае к фанере); Jд, Sд, Fд, Eд — то же, для материала приводимых элементов (древесины).

8. Влияние влажности Степень влажности значительно влияет на качество деревянных конструкций и строго ограничивается в зависимости от условий их изготовления и эксплуатации В процессе уменьшения или увеличения влажности до 30% за счет гигроскопической влага в оболочках клеток размеры деревянных элементов уменьшаются или увеличиваются. Происходит усушка или разбухание, которые тем больше, чем больше плотность древесины. Высыхание деревянного элемента и развитие деформаций усушки происходят неравномерно от поверхности к центру. Это, а также разница величин радиальной и тангенциальной усушки приводят к возникновению значительных деформаций растяжения в наружных и сжатия во внутренних частях элемента поперек волокон и в результате к короблению и растрескиванию древесины. Изменение влажности в пределах от О до 30% существенно влияет на прочность и жесткость древесины. При увеличении влажности в этих пределах прочность древесины снижается до 30% от максимальной.

Влияние температуры

При повышении температуры предел прочности и модуль упругости снижается и повьинается хрупкость древесины. Опытами установлено, что при изменении температуры от 20 до 50°С прочность древесины на сжатие уменьшается на 20—40%, на растяжение — на 12—15% и на скалывание — на 15—20%. Повышение температуры в тех же пределах приводит к снижению модуля упругости, полученного при влажности 15%, в 2,5 раза и при 30% — в 2,75 раза. Поэтому применять деревянные конструкции в зданиях с длительно действующей температурой свыше 50 °С нельзя. При отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед, и прочность ее на сжатие возрастает, но она становится более хрупкой, и в ней развиваются трещины. Коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон очень мал и что позволяет строить деревянные дома без температурных швов. Малая теплопроводность делает древесину эффективным материалом для легких ограждающих конструкций зданий.

Гниение является результатом жизнедеятельности микроорганизмов, так называемых древоразрушающих грибов. Развитие процесса гниения начинается в древесине с влагосодержанием выше 20% при свободном доступе воздуха и температуре 5—45°С. При отсутствии хотя бы одного из этих факторов развитие гниения невозможно. Основным мероприятием по защите дерева от гниения является сушка лесоматериала и предохранение его от всевозможных видов увлажнения.

Конструктивные меры защиты древесины от гниения

Основными конструктивными мерами против гниения древесины являются: применение здорового и сухого леса, правильное расположение тепло-, водо- и пароизоляционных материалов, отвод атмосферных вод, устройство продухов для вентиляции и т.п. В деревянных покрытиях зданий не следует устраивать внутренних водостоков, фонарей и ендов. Несущие конструкции из дерева следует располагать внутри или вне теплых ограждающих конструкций. Все элементы несущих конструкций и конструкций крыш (особенно утепленных) должны быть доступны для осмотра во всех частях и хорошо проветриваться. Деревянные конструкции должны опираться на фундаменты выше уровней пола и грунта. Защита древесины от увлажнения парами воздуха достигается тем, что в помещениях с влажностью более 75% и выделением водяных паров поверхность ее изолируется водостойкими лакокрасочными материалами. Образование конденсата в наружных многослойных стенах и бесчердачных покрытиях в значительной степени зависит от порядка расположения в толще ограждения паро- и теплоизоляционных слоев. Для защиты деревянных конструкций от периодической конденсации следует избегать глухой заделки опорных узлов ферм в каменные или бетонные стены.

Химические меры защиты древесины от гниения

Химическая защита древесины необходима в случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Эта защита носит название антисептической обработки или антисептирования. Антисептиками являются вещества, отличающиеся наибольшей токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам, длительное время сохраняющие эти свойства и по возможности глубоко проникающие в толщу древесины. Антисептики разделяются на две основные группы: водорастворимые (неорганические) и маслянистые (органические). Требования, предъявляемые к антисептикам, заключаются в безопасности для людей и животных, сохранении механической прочности материала древесины, свойствах не увеличивать гигроскопичность, электропроводность и не разрушать металлические части конструкции. В зависимости от производственных условий, требований, предъявляемых к продолжительности срока службы, размеров обрабатываемых элементов назначаются способы антисептирования. В практике строительства наибольшее распространение нашли следующие способы: нанесение раствора на поверхность деревянных элементов краскопультом или кистями, пропитка в горячих, холодных и высокотемпературных горяче-холодных ваннах, пропитка в автоклавах под давлением.

Защита деревянных конструкций от возгорания

Цель защиты от возгорания – повышение предела ДК, чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени, это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты. В качестве конструктивных мер рекомендуется тщательная острожка, уничтожение выступов, пустот и т.п.; круглый лес загорается медленнее, чем брусчатый; массивные конструкции, особенно клееные, загораются труднее. При проектировании зданий и сооружений с применением дерева и других горючих материалов следует предусматривать устройство брандмауэров, огнезащитных зон, нормированных разрывов между зданиями, автоматически действующих систем пожаротушения, а также надежных теплоизоляционных разделов вокруг печей и дымовых труб. Значительный эффект в качестве защитного ограждения дает известковая штукатурка, благодаря происходящему в ней эндотермическому процессу обжига, сопровождающегося большим поглощением тепла. Химические средства защиты. В качестве защитных веществ применяются антипирены, затрудняющие горение и возгорание. Наилучший эффект дает глубокая пропитка древесины аммонийными солями (фосфорнокислыми, сернокислыми, хлористым аммонием и т.п.). Эти соли при нагревании вступают в реакцию с горючими газами, вьщеляемыми из древесины. Антипирены легко вымываются водой, поэтому их применяют для элементов, защищенных от непосредственного воздействия воды и находящихся в помещениях с относительной влажностью менее 75 %. Пропитывают древесину антипиренами в горяче-холодных ваннах, в автоклавах под давлением и обмазкой. Более простым, но менее эффективным средством огнезащиты деревянных элементов является поверхностная 2—3-кратная обработка водорастворимыми огнезащитными растворами или окраска огнезащитными силикатными, кремнийорганическими, хлорвиниловыми и другими специальными красками, а также обмазка огнезащитными составами — глиняными, глиноизвестковыми и др.