Стены из деревянных каркасов

Деревянный каркас малоэтажных зданий выполняется из ряда стоек, кото­рые, посредством горизонтальных обвязок, прогонов и балок, объединяются в жесткую пространственную систему, назначение которой состоит в обеспечении устойчивости и пространственной жесткости стен зданий.

С этой целью в систе­ме ставятся дополнительные раскосы, подкосы (т.е. «связи») и т.п.

При проектировании каркасных жилых зданий полезно, на основании пред­варительного эскиза, построить в первую очередь модульную сетку плана зда­ния, приняв в качестве модульной ячейки 600 х 600 мм (или 500 х 500 мм). Это дает возможность наметить места стоек наружных и внутренних стен, места про­емов в них для окон, дверей и т.д. (при этом важно руководствоваться рассмот­ренными выше соображениями для несущих и ненесущих каркасов).

В дальней­шем рассмотрим два типа каркаса: 1-го и II-го типов, отличающиеся размерами элементов, шагом стоек и функциональными особенностями.

Координа­ционные оси в каркасных зданиях 1-го типа размещаются по геометрической оси в несущих внутренних стенах. В наружных несущих стенах они размещаются по наружной грани стоек каркаса.

Каркас 1-го типа состоит из стоек, выполняемых из досок 50 х 100 мм или 50 х 150 мм, шаг которых равен 500 или 600 мм. Стойки располагаются вдоль нижних горизонтальных обвязок наружных и внутренних стен (рис. 41; 42; 43). Совместно с горизонтальными элементами (балками, обвязками и т.п.) они образуют решетку — каркас стены. Пространство между стойками заполняют утеплителем, оставляя места для оконных и дверных проемов. Балки перекры­тий располагаются над стойками каркаса с тем же шагом.

Стойки выполняются высотой в один или два этажа.

В первом случае по вер­ху стоек устраивают горизонтальную обвязку из двух досок 50 х 100 мм, на кото­рую опирают балки перекрытия. По балкам устраивают вторую обвязку — доска 50 х 100 мм. В одноэтажном здании она служит опорным контуром стропильной конструкции кровли, а

в двухэтажном является нижней обвязкой каркаса стены верхнего этажа. Получают так называемый платформенный вариант каркаса.

В двухэтажных зданиях иногда используют другой вариант опирания разрез­ного каркаса. В этом случае стойки второго этажа устанавливают сразу на верхнюю обвязку непосредственно над нижними стойками, а балки перекрытия раз­мещают рядом со стойкой и раскрепляют специальной распоркой — доской 50 х 200 мм (рис. 41).

Рис. 41. Конструкции каркасного дома с платформенным сопряжением стоек:

а – общий вид каркаса; б – опирание балок на наружную стену в углу;

в – опирание балок на внутреннюю стену: 1 — нижняя обвязка 2(50 х 100 мм);

2 — стойка 50 х 100 мм; 3 — верх­няя обвязка 2 (50 х 100 мм); 4 — вторая обвязка 50 х 100 мм;

5 — балка перекрытия 50 х 200 мм; 6 — балка-перемычка; 7 — укороченная стойка;

8 — раскосы жесткости; 9 — дополни­тельная стойка проема; 10 — анкерные болты;

11— цоколь; 12— отмостка; 13— доборные стойки в углах 50 х 100 мм

В случае использования стоек длиной в два этажа балки междуэтажного пе­рекрытия укладывают на специальные прогоны (доски 50 х 150 мм), врезанные вертикально в стойки каркаса (рис. 42).

Рис. 42. Конструкции каркасного дома с кон­тактным сопряжением стоек:

a — общий вид каркаса; б — опирание балок на наружную стену в углу здания;

в — опирание ба­лок на внутреннюю стену; 1 — нижняя обвязка 2(50 х 100 мм);

2 — стойка каркаса 50 х 100 мм; 3 — верхняя обвязка 2 (50 х 100 мм);

4 — балки перекрытий 50 х 200 мм; 5 — распорка; 6 — бал­ка-перемычка;

7 — укороченная стойка; 8 — рас­косы жесткости 19 х 100 мм;

9 — доборные стой­ки в углах 50 х 100 мм; 10— дополнительная стойка проема; 11 — цоколь;

12 — отмостка; 13 — утеплитель между стойками; 14 — утеплитель снаружи; 15 — штукатурка; 16 — фундаментная балка; 17 — анкерные болты.

Балки перекрытий с каркасными стенами располагают часто — с шагом, рав­ным 600 мм (500 мм). Это позволяет использовать в качестве балок широкие доски 50 х 200 мм или 50 х 220 мм, поставленные на ребро. Такими балками можно перекрывать пролеты до 4,2...4,8 м, поэтому расстояние между несущими стенами принимают до 4,8 м.

Жесткость каркасам придают раскосы, устанавливаемые между стойками по углам здания как в продольном, так и в поперечном направлениях. Ту же функ­цию выполняют диагональные доски толщиной 19 мм, которые врезают в стой­ки каркаса по обе стороны углов. Кроме того, значительную пространственную жесткость всему несущему остову придает обшивка.

Шаг стоек каркаса в большинстве случаев позволяет строить оконные и двер­ные проемы в пределах 600 мм. Когда проём шире, то вместо стоек используют укороченные стойки, которые устанавливают на горизонтальные балки-перемычки. При уст­ройстве проемов целесообразно реже производить такие замены и не нарушать системы каркаса в несущих стенах.

Однако несущие не все стены каркасов, а только те, на которые опираются балки перекрытий; эти стены воспринимают и вертикальные, и горизонтальные нагрузки. Стены же, расположенные параллельно балкам перекрытий, воспри­нимают только горизонтальные нагрузки, на вертикальные они не работают. В этом смысле они не несущие, а, как принято говорить, «фахверковые». Это дает большие возможности архитектурного оформления таких наружных стен (уст­ройство более широких проемов, лоджий, эркеров и т.д.). В этом случае шаг стоек может отличаться от выбранного модуля и назначаться по «архитектурным соображениям».

Рис. 43. Конструкции дома с засыпным утеплителем:

a — общий вид каркаса; б — опирание балок на наружную стену в углу;

в — опирание балок на внутреннюю стену; 1 — нижняя обвязка 2 (50 х 100 мм);

2 — стойка каркаса 50 х 150 мм; 3 — опорная доска на ребро 50 х 150 мм;

4 — балки перекрытий 50 х 200 мм; 5 — раскосы жесткости; 6 — балка-перемычка;

7 — укоро­ченная стойка; 8 — доборные стойки в углах 50 х 150 мм; 9 — анкерные болты

Утеплитель, размещаемый между стойками каркаса наружной стены, применя­ется в виде жестких плит (фибролит, камышит и др.), мягких или полужестких матов (минеральная вата, минеральный войлок и др.) или засыпок (шлак, керам­зит и др.). Вид утеплителя учитывается при установлении размеров элементов каркаса здания (рис. 44).

Рис. 44. Приемы заполнения каркас­ных стен:

a — с жестким утеплителем между стойка­ми каркаса; б, в — стены с засыпным утеп­лителем;

г — приемы устройства наруж­ных обшивок по рейкам;

д — приемы об­лицовки из легких сплавов и стеклопла­ста; 1 — стойки каркаса;

2 — жесткий утеплитель; 3 — наружная штукатурка по драни;

4 — внутренняя штукатурка по дра­ни; 5 — пароизоляция; 6 — ветровая бума­га;

7 — сухая штукатурка; 8 — рейка; 9 — засыпной утеплитель; 10— наружная об­шивка;

11 — обшивка диагональными дос­ками; 12 — волнистые листы из асбестоце­мента;

13 — плоские листы из асбестоце­мента; 14 — листы слоистого пластика;

15— листы из легких сплавов; 16— по­лоска из оцинкованной стали.

Так, в случае использования жестких плит, стойки каркаса делают минимальных размеров, определяемых их несущей способностью. Жесткий штатный заполнитель может размещаться с двух сторон стойки, образуя достаточно толстую стену с последующим ее оштукатуриванием с двух сторон. При необходимости отделки интерьеров здания плитными или реечными материа­лами целесообразно размещать один слой плитного утеплителя между стойками, не закрывая стойки каркаса, которые используют для крепления обшивного мате­риала. Размер стоек каркаса стены, заполняемой полужесткими (мягкими) типа­ми утеплителя, устанавливают исходя не только из условий прочности каркаса, но и с учетом толщины утепляющего слоя, определяемого теплотехническим рас­четом; размер стойки каркаса принимается равным толщине стены. Этому же пра­вилу следуют при назначении размеров стоек в зданиях с засыпным утеплителем: они не должны быть меньше толщины утепляющего слоя.

При шаге стоек в 600 мм для устройства каркаса в несущих стенах в районах средней полосы рекомендуются следующие размеры: 100 х 50 мм — при исполь­зовании плитного, мягкого и полужесткого утеплителей и 150x50 мм — при использовании засыпного утеплителя. В одноэтажных зданиях могут быть уста­новлены стойки 80 х 50 мм, что должно быть подтверждено расчетом. В целях экономии древесины иногда в каркасах с плитным утеплителем в ненесущих сте­нах применяют стойки меньшего сечения — 75 х 50 мм.

Наружная каркасная стена представляет собой слоеную конструкцию. Ее среднюю часть занимает утеплитель. Для уменьшения продувания стены и ис­ключения попадания случайной влаги с наружной стороны утеплитель закрыва­ют строительной бумагой. Далее устраивают по рейкам наружную обшивку из досок типа «вагонки», волнистых или плоских асбестоцементных листов, листов из стеклопластика, профилированных листов из легких сплавов или оштукату­ривают фасад с последующей окраской.

С внутренней стороны утеплитель изолируют от попадания водяной конден­сационной влаги пергамином или паронепроницаемой битуминизированной бу­магой. Внутренняя обшивка может быть выполнена рейками или плитными ма­териалами (сухая штукатурка, твердые древесно-волокнистые плиты и др.). По­мещения могут быть оштукатурены под окраску.

Общая толщина каркасных наружных стен колеблется в пределах от 150 мм до 230 мм. При использовании в них засыпных утеплителей необходимо приме­нять один из способов, препятствующих усадке засыпки и образованию пустот в плоскостях стены. Первый способ предусматривает устройство горизонтальных диафрагм, расчленяющих засыпку на пояса. Тогда усадка происходит в пределах высоты каждого пояса и может быть незначительной по размерам. Второй ис­пользуют, если между стойками каркаса нет горизонтальных диафрагм. Тогда усадка засыпки происходит по всей высоте здания и пустоты локализируются в верхней части стены последнего этажа. Пустот не образуется, если полость меж­ду обшивными слоями оставлена открытой на чердак и засыпана с избытком утепляющим материалом. По мере усадки происходит перераспределение утеп­лителя, который сразу же ликвидирует пустоты.

Устройство каркаса во внутренних несущих стенах не отличается от каркаса несущих наружных стен. Основными требованиями, предъявляемыми к внутрен­ним стенам, будут их несущая способность, звукоизоляция, качество отделки. Несущая способность обеспечивается устройством каркаса. Функции звукоизо­лирующего заполнения выполняет обычно тот же материал, который использу­ют в качестве утеплителя в наружных стенах. Отделка внутренних стен выпол­няется аналогично вышесказанному для наружных стен.

На верхнюю обвязку внутренней несущей стены опираются балки перекры­тий с двух сторон. По верху балок устраивается, так же как и в наружных несу­щих стенах, вторая обвязка из доски 50 х 100 мм (см. рис. 41 в). Если стойки каркаса верхнего этажа непосредственно опираются на верхнюю обвязку, то бал­ки размещают у стойки со смещением продольных осей. Они, как и в наружных стенах, раскрепляются распорками—досками 50 х 200 мм (см. рис. 42 в).

При использовании в доме стоек на два этажа опирание балок перекрытий на внутреннюю несущую стену производят так же, как и в наружной стене — на специальный прогон (доска 50 х 150 мм), вертикально врезанный в стойки.

Балки устанавливаются по обе стороны стойки каркаса со смещением про­дольных осей (см. рис. 43 б, в).

В зданиях со стенами со встроенным несущим каркасом устраивают перего­родки каркасного типа.

Срок службы здания в значительной степени зависит от правильного устрой­ства цоколя, исключающего проникновение влаги к нижней обвязке каркаса сте­ны. Этим целям служит укладка обвязки каркаса, пропитанной антисептиком, на гидроизоляцию из двух слоев толя. Для отвода атмосферной влаги от узла устраивают отлив из доски или откос из цементного раствора, покрытого оцин­кованной сталью. Нижнюю обвязку внутренних стен, опирающихся на фунда­мент, пропитывают антисептиком.

Для закрепления обвязок каркасных стен на цоколе и фундаментах под внут­ренними стенами используют специальные анкерные болты, размещаемые по углам здания с двух сторон в местах пересечения стен и далее через 1,8...2,4 м.

Как указано выше, расстояние между несущими стенами не должно превы­шать 4,8 м. Это, несомненно, ограничивает объемно-планировочные возможно­сти применения каркаса 1-го типа. Однако, применительно к одноэтажным зда­ниям, эти возможности могут быть существенно расширены за счет примене­ния дощатых треугольных ферм, сбитых (склеенных) из досок, решетка кото­рых строится на основе модуля М, равного 0,5; 0,6 м. Расположенные поперек здания по верхним обвязкам с шагом М; 2 М эти фермы допускают укороче­ние, удлинение досками, пролет которых равен 1,2...4,8 м. Но главное то, что ширина может варьироваться, и тем самым существенно возрастают возможно­сти пластики фасадов (см. рис. 45).

Рис. 45. Одноэтажные каркасные здания с применением треугольных ферм:

А — вари­анты объемно-планировочных приемов; Б — примеры планировок

Каркас II-го типа состоит из жестких поперечных рам, положение которых в плане совпадает с внутренними поперечными стенами здания. Последнее об­стоятельство ограничивает сферу применения каркаса II-го типа двухэтажными домами секционного и блокированного типа, в которых требования к звукоизо­ляции внутренних стен повышены. Важным преимуществом каркасов II-го типа является удобство сборки жестких двухэтажных каркасов на земле с последую­щей их установкой в вертикальное положение вручную или с помощью лебедки. Стойки каркаса выполняются из брусьев 100 х 100 мм, шаг которых 1,0—1,2 м (рис. 46).

Горизонтальная обвязка, подкосы выполняются из досок 50 х 150 мм и врезаются в стойки в полдерева. Жесткие поперечные рамы ставятся на рас­стоянии до 4,5—4,8 м вдоль здания. Эти же расстояния перекрыты досками пола 50 х 200 мм (220 мм), которые ставятся на обвязках этих рам ребрами вверх с шагом 0,5—0,6 м. В этих случаях продольные наружные стены не несут верти­кальных нагрузок и каркасы этих стен могут выполняться со свободным шагом стоек; проемы, эркеры и т.п. могут быть осуществлены в соответствии с произ­вольным архитектурно-художественным замыслом, при этом в качестве фахвер­ка могут применяться элементы каркасов и 1-го, и II-го типов. Несомненно, к положительным свойствам каркаса II-го типа относится то, что ширина зданий может быть увеличена до 10,0—12,0 м (рис. 46).

Рис. 46. Деревянный каркас II-го типа:

а — каркас в процессе сборки (вторая рама в стадии подъема);

б — план секционного дома (I рама, II рама, III рама — поперечные, IV — стена жесткости);

в — узлы рам каркаса: 1 — стойка 100 х 100 мм; 2 — обвязка 150 х 50 мм;

3 — балка перекрытия 200 х 50 мм; 4 — ниж­няя обвязка 200 х 50 мм; 5 — подкос 150 х 50 мм;

6 — плитный утеплитель; 7 — толь; 8 — прокладка

Каркасы III-го типа предоставляют архитекторам гораздо большие объемно-планировочные возможности (рис. 47 а).

Рис. 47. Каркас III-го типа:

a— общий вид; б— узлы соединений: 1, 2 — одноэтажные стойки и балки

(1 — неразрезные балки, 2 — неразрезные стойки); 3, 4, 5 — составные стойки и балки

(3 — неразрезные стойки, разрезные балки; 4 — неразрезные стойки и балки;

5 — парные неразрезные стойки и балки);

в — интерьер с применением каркаса III-го типа.

Сетка стоек этого каркаса может быть увеличена до 4,0—5,0 м и более, особенно при применении клееных конструкций. Сечения стоек, прогонов и т.п. могут иметь разнообразные формы (квадратные, прямоугольные и т.п.). В отличие от предыдущих типов каркасов, эти сечения не могут быть рекомендованы без соответствующих расчетов, кото­рые должны выполняться в каждом конкретном случае. Крайне важны решения сопряжений, схемы которых показаны на рис. 47 б. Эти сопряжения выполня­ются на врубках, шпонках, болтах и т.п. Пространственная жесткость должна обес­печиваться применением подкосов, «рамных узлов», стенок жесткости и т.п.

Из иллюстрации планировочного решения построенного здания на рис. 48 очевидны большие объемно-плани­ровочные возможности при применении каркасов III-го типа, но очевидно также и то, что эти здания представляют собой в некоторой степени инженерные сооружения.

Рис. 48. Пример планировочного решения коттеджа с каркасом III-го типа.

Естественно поэтому, что каркасы III-го типа решаются с обязательным участием инженера. Отдельно надо отметить, что в подобных зданиях наружные стены вполне можно решать с применением каркаса I-го типа в виде фахверка между стойками. Применение клееных конструкций расширяет возможности ар­хитекторов. При проектировании наружных и внутренних стен правомочно при­менение ненесущего каркаса 1-го типа, располагаемого между стойками и, соот­ветственно, связанного с основным несущим каркасом.