Карл-Гейнц Гету. Деревяное каркасное строительство

План заняття

Історичний огляд

2. Конструктивні схеми каркасів

3. Прольоти та підбір перерізів

Модульна система

5. Фундаменти та анкерні кріплення

6. Жорсткість каркасу

Література

Карл-Гейнц Гету. Деревяное каркасное строительство

1. Історія

В Україні, особливо у Галичині і Волині, аж до 60-х років ХХ століття малоповерхових будинків з цегли і каменю майже не будували. У нашому регіоні каркасні будинки популярні, оскільки є легкими і, у своїй більшості, ставились не на кам'яні чи бетонні фундаменти, а на палі з модрини чи дуба. Будівництво каркасного будинку потребує значно менше деревини, ніж будинку з бруса чи зрубу; на зведення каркасника потрібно менше робочих рук, ніж на традиційний будинок і каркасні будинки більш ремонтопридатні у випадку ураження під час військових дій, що відбувалися у Західній Україні з прикрою регулярністю. Після Другої світової війни багато каркасних будинків з віддалених хуторів були, по наказу партії задля "укрупнення", розібрані і перевезені у міста.

На відміну від своїх європейських "фахверкових" аналогів, старі західноукраїнські каркасні будинки мають власну особливість: на їх зовнішніх стінах не виставлені на загальний огляд елементи каркасу, вони сховані під зовнішньою оздобою, як правило, глиняною штукатуркою. В загальних рисах технологія каркасного домобудівництва в Україні була наступною: стійки каркасу (дилі) обшивали із зовнішьного і внутрішнього боку дошкою, по ній нашивали рейку (дранку) або очерет і наносили штукатурну суміш. Простір поміж дощок заповнювали саморобним утеплювачем, найчастіше ним була полова або солома, змішані із глиною і вапном. Ця суміш лопатами закладалась шарами товщиною 30 см і втрамбовувалась.

У старих каркасних будинках у Західній Україні виросло уже не одне покоління. У наші часи ці будинки настільки міцні, що нинішні власники їх піддають "євроремонту", але незмінним лишається одне: каркасні будинки теплі, сухі, пожежобезпечні, з хорошою звукоізоляцією. Важливу роль у популяризації каркасних будинків на Західній Україні зіграла близькість регіону до Західної Європи, де каркасні будинки з давніх-давен надзвичайно поширені. Саме з Німеччини і пішла одна з прийнятих назв каркасу "фахверк".

Німецькою Fach – це «секція або сота», Werk – «споруда». У дослівному перекладі ми отримуємо "сотову споруду". У Середньовічній західноєвропейській архітектурі як несучий кістяк використовували дерев’яний каркас. Це була досить непроста система горизонтальних і вертикальних звязків і розкосів. Стійки, ригелі і розкоси зазвичай виготовляли із дуба або модрини. У класичному каркасному будинку дерев’яні елементи виконують не лише несучу функцію, а й декоративну, адже надають стінам будинку особливу виразність.

У стародавні часи проміжки між стійками каркасу заповнювали саманом: сумішшю соломи, глини, вапна. Дещо пізніше в англійській і, надалі, європейській архітектурі почали застосовувати заповнення стін каркасного будинку з цегли і каменю.

Плюсом каркасних будинків була їх висока рентнопридатність: через кілька десятиліть без особливих затрат можна було замінити наповнювач та окремі елементи каркасу, ушкоджені атмосферними впливами чи внаслідок військових дій. За умов своєчасного догляду каркасні будинки радують власників вже багато століть. Тим паче, якщо каркасний будинок збудований правильно, то без особливих втрат переносить землетруси середньої сили.

Зазвичай старовинні каркасні будинки не вищі трьох поверхів. Якщо поверхів більше, то верхні поверхи використовувались під склади купців або виробничників. Перші поверхи часто мурували з каменю, особливо в Альпах.

Німецька назва каркасних будинків не свідчить, що будували їх лише в старій Німеччині. Старі каркасні (фахверкові) споруди можна зустріти на території Голандії, Австрії, Швейцарії, в Скандинавських країнах, багато їх збереглося і у Франції, де ця технологія називається "коломбаж". В Англії теж будували і будують каркасні будинки, називають їх half timbered або timber framed (напівдерев'янна або дерев'янна рама) і добавляли в заповнювач овечу шерсть – для тепла. Дерев'янні каркасні конструкціі широко використовувались при будівництві житлових будинків, господарських споруд, веж, ратуш, церков, готелів, млинів і навіть палаців. Як не дивно, але особливо багато дерев'яних будівельних елементів можна побачити у місті на морі - Венеції. Як правило, у Венеції вони виконані із модрини.

Були і місцеві особливості будівництва каркасного будинку, пов'язані з визначеними традиціями. Каркасні будинки в Англії і Франції з підкресленими вертикальними стійками, а в Німеччині є місцеві варіанти з причудливими орнаментами на фахверкових фасадах. Загальний архітектурний стиль кожної епохи також мав вплив на каркасний будинок. Якщо ж заглянути у старовинний каркасний будинок, то можна дізнатися багато цікавого: на вручну обтесаних балках можна роздивитися римські цифри, котрими маркували місце балки у каркаснику. Збереглися і спеціальні зарубки, для кращого щеплення штукатурки.

Каркасні будинки у світі переживають друге відродження у період розквіту масового індивідуального будівництва. Швидкість, екологічність, мода на старовину і щорік жорсткіші норми теплозбереження будівель переконують забудовників в усьому світі будувати каркасні будинки. Звісно, і сучасна наука не стоїть на місці і пропонує нові технології дерев’яного каркасного будівництва.

У класичному каркасному (фахверковому) будинку почали застосовувати клеєний брус. Наприклад фахверк можна виготовити з модринового клеєного бруса перерізом 200х200 мм. Клеєний брус, хоча й значно дорожчий за масив, має ряд переваг. Насамперед, не тріскає, не змінює геометрії і розмірів. Сам же принцип будівництва каркасного (фахверкового) будинку практично змін не зазнав: ті ж балки, стійки, ригелі, підкоси. Але сучасне технологічне обладнання значно полегшило і пришвидшило проектування і виготовлення каркасного будинку. Це і програмне забезпечення, ручний спеціалізований інструмент для штучних виробів та автоматизовні оброблювальні центри для масового виробництва.

 

2.Конструктивні схеми каркасів

Фахверкові конструкції.

У фахверкової конструкції несуча система складається із стійок (підпірок, стовпів), головних балок (рам, прогонів, обв'язок) і допоміжних балок, що лежать на них (брусів, дощок). Не несучі нижні елементи фахверка утворюють ригелі, що розташовані між стійками. Стійки з'єднані з балками і нижніми обв'язками шипами або врубками. Вся конструкція опирається на основну нижню обв'язку; в багатоповерхових фахверкових конструкцій нижня обв'язка повторюється на кожному поверсі. Крок стійок приймається виходячи з міркувань планування або врахування певних вимог підрядника, який часто є меншим, ніж це вимагають статичні розрахунки для сприйняття навантажень. Стійкість фахверку надають розкоси, з'єднані з балками, або підкоси, врубленні між нижньою обв'язкою або стійками фахверка.

У фахверкових конструкціях зусилля передаються зазвичай від бруса до бруса. Утворення ослабленнь поперечних перерізів в таких конструкціях при з'єднаннях в шип або врубкою слід компенсувати збільшуючи розміри елементів. Щоб уникнути концентрації подібних послаблень поперечних перерізів в одному місці несучі будівельні елементи звичайно кріплять ексцентрично.

Балки на стійці, одноповерхові.

Конструкції цього виду складаються із стійок, на які покладені в одному напрямку головні балки. В іншому напрямку йдуть допоміжні балки-бруси або дошки. При опиранні балок на стійку слід звертати увагу на те, щоб навантаження на стійку йшли вздовж, а на балки-поперек волокон. У зв’язку з цим розрізняють допустимі напруження, які слід враховувати при підборі поперечних перерізів. Оскільки допустимі напруження на зминання поперек волокон становить 2 Н/мм², а вздовж волокон - 8,5 Н/мм² (при II класі деревини), максимальна реакція опори зазвичай обмежується не зусиллям, яке може витримати стійка, а зминанням балки поперек волокон. Якщо опорна площа недостатня, її потрібно збільшити за допомогою сталевих башмаків або кутників.

Особливою перевагою такої одноповерхової конструкції є те, що шляхом правильного підбору головної несучої системи можна, при відповідному виконанні опор, забезпечити великі прольоти.

 

Балки на стійці, двоповерхові.

При цій конструкції нерозрізні балки вкладаються на стійки. Стійки перериваються головними балками, а на наступному поверсі знову надставляються і йдуть далі. З'єднання стійки з головної балкою може бути виконано різним чином. Зусилля верхньої стійки зазвичай передається на нижню стійку не через балку, тому що в цьму випадку було б перевищені допустимі напруження на зминання поперек волокон. Для передачі цих зусиль рекомендується використовувати сталеві або деревяні підкладки. У допоміжному на-правлінні лежать в залежності від ширини прольотів балки перекриття або товсті дошки.

 

 

 

Ригельні конструкції.

Ригелі (головні балки) прикріплюються до нерозрізних стійок однаково в усіх чотирьох напрямках. Це дозволяє забезпечити однакову висоту всіх зовнішніх і внутрішніх стін. У прогонах між ригелями розташовані в різних напрямках допоміжні балки. Таким чином, ригелі обох напрямків є однаково навантаженими. Влаштування консолей при такій схемі є неможливим. Тільки при індустріальному виготовленні, коли робиться велика серія має сенс застосовувати порівняно багато вузлів. У порівнянні з іншими конструкціями монтаж є спрощений через однакову висоту будівлі. Тому ригельні конструкції особливо підходять для багатосерійних індустріальних систем.

 

 

 

 

Конструкції з парними балками.

Парні балки проходять, як зажими уздовж ряду стійок. Стик здійснюється з обох сторін стійки шпонками. У допоміжному напрямку зверху вкладаються балки або дошки. Перевага такої конструкції у використанні нерозрізних стійок. Для цієї конструкції характерним є те, що в ній виступають кінці балок. Слід звернути особливу увагу на необхідність захисту цих торцевих ділянок за допомогою спеціального просочення, лаку або листового металу.

 

 

 

Конструкції з стійками складеного перерізу.

 

Нерозрізні головні балки пропущені між нерозрізними стійками складеного перерізу. При парних стійках ми маємо справу до певної міри з перевернутою конструкцією з парними балками. Зєднання стійок, кожна з яких складається з чотирьох елементів, дозволяють розташовувати балки в двох напрямках. Якщо відносно якої-небудь будівлі необхідно забезпечити виконання вимог протипожежного захисту, область застосування цього виду конструкції є обмеженою, оскільки доводиться змінювати розміри перерізів гілок стійок, або використовувати дерев'яні прокладки. Тому для каркасного будівництва з великими прольотами особливо підходять стійки складеного перерізу, поперечні перерізи яких досить точно визначені вже з статичних міркувань.

 

 

 

 

Ребристі системи.

Ці конструктивні системи поширені в житловому будівництві, найчастіше їх можна зустріти у Північній Америці, під назвою «оболонка» і «платформа».

Несучі елементи каркасу складаються зі стандартних дерев'яних дощок перетином 5 х 10 см. Особливість даної конструкції пов'язана з малою відстанню між каркасом стін і балками перекриттів (вертикальні дошки встановлюються з кроком 60 см). Стійки з'єднуються з балками цвяхами або нагелями.

Ребра обшиті з одного або з обох сторін. Ця обшивка може бути використана для сприйняття навантаження і одночасно забезпечувати достатню жорсткість у горизонтальной напрямку. Ребристі конструкції утворюють перехід від каркасного способу будівництва до щитів. При конструкції типу «оболонка» стінові ребра проходять через всі поверхи. Дошки, поставлені на ребро, проходять крізь каркас у вигляді обв'язок. Укладені на них допоміжні балки прибиті збоку до стійок цвяхами.

 

 

При конструкції «платформа» на ребристих стінах заввишки в поверх встановлені нерозрізні дошки в якості обв'язок, на них покладені допоміжні балки, а потім нерозрізна обрешітка у вигляді нової «платформи».

 

 

 

 

 

Технологія. Будівництво каркасних будинків слід виконувати з сухого пиломатеріалу. Використання сирої деревини неминуче призведе до її подальшого усихання, деформації, появи щілин і ослаблення кріплення. Ступінь цих негативних явищ може бути різною, але так чи інакше вони себе проявлять. Найбільш поширений перетин дошки яка використовується для каркасу 150х50мм, 200х50мм. Ширина залежить від необхідної товщини утеплювача. Відстань між стійками і балками перекриттів становить від 40 до 60 см. Стійки обшиваються з одного або двох сторін; утворюється коробчатий поперечний переріз стіни, що сприймає вертикальні і горизонтальні зусилля, так що додаткових заходів щодо створення просторової жорсткості не потрібно.

З метою продовження терміну експлуатації каркасного будинку, для запобігання гниття та протидії пожежі, конструкцію каркасу слід обробляти антисептиками і вогнезахисними складами - антипіренами.

Як зовнішню обшивку каркасу можна використовувати орієнтовано-стружкову плиту (OSB, ОСП), вологостійку фанеру, або цементно-стружкову плита (ЦСП). Зовнішня та внутрішня обшивка, крім захисту каркасу і утеплювача від зовнішнього середовища, надає каркасу додаткову просторову міцність.

Найважливішим елементом у складі стіни каркасного будинку є пароізоляція. Вона встановлюється з внутрішньої сторони приміщення і оберігає утеплювач від намокання. Особливу увагу слід приділяти якості пароізоляції, її герметичності. Всі шви повинні обов'язково проклеюватися двосторонньої стрічкою. При використанні як утеплювач пінополістирол необхідність в пароізоляції відпадає.

Наявність пароізоляції в складі каркасних конструкцій створює всередині будинку замкнуте повітряне середовище. З цієї причини, для підтримки комфортного мікроклімату в приміщеннях, слід влаштовувати ефективну систему вентиляції.

 

Фундамент робиться стрічковим з використанням спеціально просочених дерев’яних дощок, що лежать на рулонній гідроізоляції.