Конструкции из древесины

Распространенная ошибка считать, что здание, построенное из дерева, уступает качеством бетонным, каменным или кирпичным домам. На самом деле это совсем не так. Дома из дерева очень практичны, экологически чисты и надежны. Современные строительные технологии позволяют строить деревянные дома, которые отвечают самым высоким стандартам и соответствуют современным нормам.

Кровля, стены, отделка и перекрытия, а также все прочие элементы здания выполняются из древесины. Исключение составляет лишь цоколь и подвал.

Стены из дерева.

Древесину, как материал, можно применить практически для любого вида стен – как для межкомнатных перегородок и стен жесткости, так и для несущих стен.

Деревянное каркасное строительство подразумевает установку несущих балок, расположенных на одинаковом расстоянии. Это касается как межкомнатных, так и несущих стен. Пространство между балками заполняется любым изоляционным материалом, будь то минеральная вата, пенопласт или другой изоляционный материал. Обшиваются такие стены древесно-стружечными плитами, гипсокартоном либо фанерой. Также пространство между балками может попросту закладываться кирпичом, блоком или любым другим строительным материалом.

Такой вид строительства называют деревянным каркасным строительством. Сюда же относится и строительство из фахверковых панелей. Последний способ имеет несколько разновидностей, одна из которых – строительство из деревянных рам.

Эти способы строительства произошли от строительства из бревен, позже это строительство выделилось в два направления – описанное выше строительство из деревянных рам и строительство из сборных брусчатых панелей и клееных элементов.

Фахверк.

Основа фахверковой стены – деревянный каркас из бруса, соединенный при помощи цапф. Внутри такой каркас имеет перегородки, призванные укрепить конструкцию до прочности несущей стены. Элементы каркаса фахверковой стены могут соединяться при помощи врубок и накладок.

Перемычки в раме фахверковых стен служат не эстетическим, а сугубо практическим целям. Вертикальные перемычки несут нагрузку, а наклонные – снимают ее и распределяют равномерно по всей раме. Таким образом, создается практически идеальная несущая стена.

Конечно же, выполнять опорные детали и цоколь из дерева было бы верхом легкомыслия. Дерево, к сожалению, являясь прекрасным строительным материалом в проветриваемой сухой среде, не подходит для применения в качестве фундамента. Поэтому цоколь и подвал здания выполняют из бетона или камня.

Деталь, соединяющая деревянную стену и цоколь, называется ригель. Ригели соединяются с деревянными панелями при помощи башмаков.

Фахверковая стена обшивается снаружи подходящим материалом. Если дизайн предполагает заполнять панели фахверковых стен кирпичной кладкой без лицевой обшивки, необходимо соблюсти два важных правила. Первое – позаботиться о том, чтобы края рамы выступали на 20 мм, для того, чтобы влага могла стекать вниз. Второе – обязательно уложить под деревянный порог гидроизоляционный материал.

Каркасные конструкции из дерева.

Фахверковые панели дали толчок развитию родственных технологий. Одна из них – каркасное строительство. Эта технология превратилась в целую индустрию. Особенно широко распространено каркасное строительство в США иКанаде.

Основные несущие балки из цельного деревянного массива соединяются при помощи накладок, дюбелей, шурупов, скобами и формовыми стальными элементами, пластинами с крюками. Кроме цельного дерева может применяться дощатая клееная древесина или конструкционная древесина.

Как правило, стойка выполняется в этаж, реже – в два этажа. К конструкции добавляются ригели, на которые укладываются балки перекрытия. Преодоление ветровой нагрузки достигается за счет применения стальных откосов. Обшивка стен также придает конструкции необходимую жесткость и устойчивость.

Рамное строительство из дерева.

Концепция рамного строительства предполагает сборку и последующую установку деревянных рам непосредственно на стройплощадке. Все детали каркаса имеют постоянное сечение. Детали соединяются при помощи гвоздей и стальных накладок. В рамном строительстве практически не применяются откосы, поэтому обшивка их древесно-стружечными плитами обязательна. Внутренние межкомнатные стены обшиваются гипсокартоном.

Внешние стены наполняются плитами из минеральной ваты, пароизоляционной пленкой и гидроизоляционными прокладками по стыкам и соединениям. Внутренние стены заполняются минеральной ватой или пенопластом в качестве шумоизоляции.

Панельное строительство из дерева.

Панельное строительство – технология, согласно которой панели из дерева изготавливают на заводе и доставляют на стройплощадку уже в готовом виде. Обычно панели из древесины изготавливают на высоту этажа. Детали каркаса, наполнение и обшивка панелей аналогичны применяемым в рамном строительстве. Элементы каркаса соединяются с помощью скоб, болтов, клея и нагелей. Монтируют панели при помощи болтов, скоб или специальных монтажных нагелей.

Основное в панельном деревянном строительстве – устройство швов. Теплоизоляция и гидроизоляция их – залог теплого сухого жилища.

Брус как материал для строительства.

Самый экологически чистый вариант деревянного здания – сруб. Современные технологии производства дали возможность для развития принципиально новой отрасли – изготовления срубных панелей. Производная от срубных панелей – панели из клееного бруса и дощатого штабеля.

Рубленая стена изготовляется либо как полнотелый сруб, либо как двойной сруб с утеплителем. В любом случае швы уплотняются шовными лентами. Между собой брусья соединяются болтами, углы же соединяют обычно врубками или в пол лапы.

Клееные панели из дерева изготавливаются по высоте этажа. Они состоят обычно из нескольких слоев склеенных досок. Как правило, это три, пять или семь слоев. Склеиваются доски полиуретановым клеем.

Внутренние пластины склеивают с расчетом прокладки внутренних коммуникаций – электропроводку, водопровод и связь. Рамы, пороги и подоконники могут также выполняться из клееного массива. Любая брусчатая панель должна быть дополнена уплотнителями, гидроизоляцией и теплоизоляцией. Изоляционные материалы могут располагаться между стенами, если выбран как вариант двойной сруб, или между стеной и внутренней облицовкой.

Брусчатая стена не требует внутренней пароизоляции, что считается большим плюсом таких стен.

Стена из слоистой штабельной древесины состоит из досок шириной 8-12 см, и толщиной 20-35 мм. Скрепляются доски гвоздями или нагелями.

Для распределения нагрузки сверху и снизу устраиваются обвязки. Обшивка, как внутренняя, так и наружная, придает жесткость конструкции.

Легкие деревянные перегородки.

Легкие перегородки – это внутренние стены из гипсокартона или древесных плит.

Каркас легких перегородок – это вертикальные стойки от пола до потолка помещения. В легких перегородках жесткость обеспечивается за счет обшивки.

Деревянные перекрытия.

Деревянные перекрытия выполняются из балок, реже – из массивных деревянных деталей или деревянно-бетонных конструкций.

Балочные перекрытия.

Балочные перекрытия из дерева обыкновенно применяют в фахверковом или каркасном строительстве. Однако балочные перекрытия можно использовать и в зданиях из кирпича или деревянных панелей.

Балочное устройство различается в зависимости от положения в здании и функций в конструкции. Междуэтажное перекрытие подразумевает разделение полноценных этажей, чердачное перекрытие – разделение верхнего этажа и чердака. В мансардных домах перекрытия чердака устроены обычно таким образом, что они же являются и затяжками стропил. Также перекрытия мансарды могут отделять пространство чердака от мансардного помещения. Любое балочное перекрытие должно опираться на анкеры, расположенные в стенах. При устройстве балочного перекрытия учитывают также и вероятность расширения древесины в зависимости от времени года, оставляя некоторое пространство внутри стены. При укладке балок на стену следует позаботиться о гидроизоляции участков, соприкасающихся с кирпичом или бетоном, а также о теплоизоляции торцов балок. Теплоизоляция необходима, чтобы избежать конденсирования влаги от перепада внешней и внутренней температур на торцах, что может стимулировать гниение древесины.

Массивные системы перекрытий из дерева.

Разработаны такие системы для облегчения монтажа перекрытий, а также для повышения несущей способности и шумозащиты.

Существуют следующие типы массивных перекрытий:

• Дощатые штабельные перекрытия

• Элементные перекрытия

• Перекрытия из перекрестных балок

• Перекрытия из дощатой слоистой древесины

• Элементы из толстой древесины

• Клееные ребристые плиты

• Деревобетонные связанные конструкции.

Таблица 1.

Таблица 2.

12. Основы технологии искусственных строительных материалов и изделий. Понятие «технология». Сырье для производства строительных материалов: минеральное, органическое, техногенное. Основные технологические переделы, их роль в процессах структурообразования: выбор сырья, подготовка сырья, смешивание, формование, затвердевание. Роль тепловой обработки в процессах затвердевания. Способы организации производства строительных материалов и изделий.

 К искусственным строительным материалам относятся: кирпич (силикатный, керамический), бетонные блоки, шлакоблоки. Чаще всего предпочтение отдается искусственным строительным материалам, в том числе обожженному камню, т. к. он имеет определенные размеры, что существенно облегчает работу. Керамические красные камни и кирпич используют для кладки как наружных, так и внутренних стен помещений.

     Кирпичи выпускаются нескольких видов и марок: пустотелые и полнотелые, морозостойкие (марки 15, 25, 35, 50), прочные (марки 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75), обычные (с размерами 250x120x65 мм), утолщенные (с размерами 250 Х 120 X 80 мм).

     Камни изготавливаются способом формования и бывают только пустотелыми. Разные виды камней имеют и разные размеры, например: обычные- 250x120x138 мм, укрупненные - 250 X 138 X 138 мм, модульные - 288 X 138 X 138 мм.

     Силикатный  белый кирпич относится к наиболее распространенным и экономичным материалам. Он является безобжиговым и изготовляется из смеси кварцевого песка и извести путем прессования с дальнейшей обработкой в автоклаве. Выпускается модульный и одинарный кирпич, а также силикатные камни. Одинарный силикатный кирпич бывает полно- и пустотелым (размеры 250 X 120 X 65 мм). Модульный - 250 X 120 X 88 мм, силикатные камни - 250x120x138 мм. И камни, и модульный кирпич производятся только пустотелыми.

     Так же изготавливается лицевой силикатный кирпич и камни. Они бывают неокрашенными и цветными (окрашивается вся масса либо только лицевые грани). Самыми распространенными цветами окраски являются голубой, зеленоватый, кремовый, желтоватый и др. В связи с тем, что силикатный кирпич имеет очень низкую водостойкость, его нельзя использовать при кладке фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя. Еще этот кирпич не применяют для кладки дымовых труб и печей (он не выдерживает высокого нагрева).

     Шамотный  желтый кирпич изготавливается двух видов: тугоплавкий и огнеупорный. Имеет размеры 250 X 123 X 65 мм и может использоваться для постройки любых помещений. При выборе кирпичей для строительства необходимо производить их тщательный осмотр. Недопустимы трещины и вздутия, перекосы ребер и неправильная форма.

     Бетонные  стеновые блоки могут быть выполнены из шлакобетона и других композиционных смесей на основе цемента или извести. Использовать их можно для кладки стен и фундаментов, для строительства перегородок или для облицовочной кладки.

     Искусственные строительные материалы и изделия  производят в основном из природных  сырьевых материалов, реже — из побочных продуктов промышленности, сельского  хозяйства или сырья, получаемого  искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как  по строению, так и по химическому  составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских  условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке  участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что  позволяет получать многообразный  ассортимент материалов, употребляемых  в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие  различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны  как элементы единой материальной системы.

     Искусственные строительные материалы получают, в  основном, из природных материалов. При этом конечный продукт отличается от использованного в его производстве сырья и по физическим и по химическим свойствам. В процессе переработки  сырья происходят различные химические реакции, которые в корне меняют его свойства. В качестве примера  можно привести искусственный камень, который может имитировать любой натуральный камень, но при этом он достаточно прочный и доступный в цене.

     Природные строительные материалы проходят лишь механическую обработку, при этом сохраняются  все химические и физические свойства материалов. Широко применяются сегодня  в строительстве такие природные  материалы, как песок, гравий, щебень, дерево, камень, глина, известь и  др.

     В строительстве используют большое  количество разнообразных материалов. По назначению строительные материалы  принято делить на следующие группы:

     • вяжущие строительные материалы (воздушные вяжущие, гидравлические вяжущие). В эту группу входят различные виды цементов, известь, гипс;

     • стеновые материалы - ограждающие конструкции. К этой группе относятся естественные каменные материалы, керамический и силикатный кирпич, бетонные, гипсовые и асбестоцементные панели и блоки, ограждающие конструкции из стекла и силикатного ячеистого и плотного бетона, панели и блоки из железобетона;

     • отделочные материалы и изделия - керамические изделия, а также изделия из архитектурно-строительного стекла, гипса, цемента, изделия на основе полимеров, естественные отделочные камни;

     • тепло- и звукоизоляционные материалы и изделия - материалы и изделия на основе минеральных волокон, стекла, гипса, силикатного вяжущего и полимеров;

     • гидроизоляционные и кровельные материалы ~ материалы и изделия на основе полимерных, битумных и других связующих, асбестоцементный шифер и черепица;

     • герметизирующие - в виде мастик, жгутов и прокладок для уплотнения стыков всборных конструкциях;

     • заполнители для бетона ~ естественные, из осадочных и изверженных горных пород в виде песка и щебня (гравия), и искусственные пористые;

     • штучные санитарно-технические изделия и трубы - из металлов, керамики, фарфора, стекла, асбестоцемента, полимеров, железобетона.

     Классификация строительных материалов по назначению позволяет выявить наиболее эффективные материалы, определить их взаимозаменяемость и после этого правильно составить баланс производства и потребления материалов.

     Искусственные строительные материалы разделяют  по главному признаку их отвердевания (формирования структурных связей) на:

     • безобжиговые - материалы, отвердевание которых происходит при обычных, сравнительно невысоких температурах с кристаллизацией новообразований из растворов, а также мате риалы, отвердевание которых происходит в условиях автоклавов при повышенных температуре (175...200 °С) и давлении водяного пара (0,9... 1,6 МПа);

     • обжиговые - материалы, формирование структуры  которых происходит в процессе их термообработки в основном за счет твердофазовых превращений и  взаимодействий.

     Указанное деление является отчасти условным, ибо не всегда возможно определить четкую границу между материалами.

     В конгломератах безобжигового типа цементирующие вяжущие представлены неорганическими, органическими, полимерными, а также смешанными (например, органоминеральными) продуктами. К неорганическим вяжущим  относят клинкерные цементы, гипсовые, магнезиальные и др.; к органическим -битумные и дегтевые вяжущие вещества и их производные; к полимерным - термопластичные и термореактивные  полимерные продукты.

     В конгломератах обжигового типа роль вяжущего играют керамические, шлаковые, стекольные и каменные расплавы.

     Органические  вяжущие вещества позволяют получать конгломераты, отличающиеся: по температуре  их применения в строительстве - горячие, теплые и холодные асфальтобетоны; по удобообрабатываемости - жесткие, пластичные, литые и др. ; по размеру частиц заполнителя - крупно-, средне- и мелкозернистые, а также тонкодисперсные.

     Полимерные  вяжущие вещества - важные компоненты при изготовлении полимербетонов, строительных пластмасс, стеклопластиков и других, нередко называемых композиционными материалами.

     Классификация искусственных строительных материалов (конгломератов), объединяемая общей  теорией, расширяется с появлением новых вяжущих веществ, разработкой  новых искусственных заполнителей, новых технологий или существенной модернизацией существующих, созданием  новых комбинированных структур. 

 

     Искусственные каменные материалы  на основе минеральных  вяжущих веществ

     Асбестоцементные  изделия

 

     Асбестоцементом называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания  смеси, состоящей из цемента, воды и  асбеста. В зависимости от вида изделий, а также от качества используемого  асбеста содержание его в сырьевой смеси меняют в пре делах от 10 до 20%, а портландцемента - от 80 до 90 %. Распущенные асбестовые волокна, сцепляясь с цементным камнем, армируют его и придают асбестоцементным изделиям высокую прочность. Асбестоцемент  при сравнительно небольшой плотности (1600- 2000 кг/м³) обладает высокими прочностными показателями (предел прочности при изгибе до 30 МПа, а при сжатии до 90 МПа). Асбестоцементные материалы не пропускают электрический ток, не горят, морозостойки, имеют малую водо- и воздухопроницаемость, однако обладают повышенной хрупкостью и при неравномерном насыщении водой могут коробиться.

     Изделия на основе извести

 

     Изделия, состоящие из смеси извести, песка  и воды, отформованные и прошедшие  тепловлажностную автоклавную обработку, называются силикатными. Долгое время  единственным видом силикатных строительных материалов являлся силикатный кирпич, для изготовления которого применяют  кварцевый песок и воздушную  известь. Если же часть кварцевого песка  тонко размолоть, то прочность изделий  после автоклавного твердения значительно  возрастет, и в этом случае получают уже силикатный бетон, в котором  вяжущим является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь.

 

     Гипсовые  и гипсобетонные  изделия

 

     Изделия на основе гипса можно получать как  из гипсового теста, т. е. из смеси  гипса и воды, так и из смеси  гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, во втором - гипсобетонными. Вяжущими для  изготовления гипсовых и гипсобетонных  изделий в зависимости от их назначения служат строительный и высокопрочный  гипс, водостойкие гипсоцементно-пуццолановые смеси, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне  используют естественные материалы - песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки; легкие пористые заполнители  промышленного изготовления - шлаковую пемзу, керамзитовый гравий, аглопорит, а также органические заполнители - древесные опилки, стружку, макулатуру, стебли и волокно камыша и др.

     Гипс - воздушное вяжущее, поэтому гипсовые и гипсобетонные изделия (панели и плиты перегородочные, плиты  для оснований пола, листы обшивочные, вентиляционные короба, камни для  кладки стен, архитектурные детали) применяют в основном для внутренних частей зданий, не несущих больших  нагрузок. Изделия из гипса могут  быть сплошными и пустотелыми, армированными  и неармированными.