Конструкция норвежских каркасных домов. Части 9–10: Стены и каркас крыши

Конструкция норвежских каркасных домов

Части 9—10: Стены и каркас крыши

Владислав Воротынцев

© Владислав Воротынцев, 2021

ISBN 978-5-4483-5576-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Основные виды деревянных каркасных стен

Наружные и внутренние стены разделяются на различные типы в зависимости от их конструкционных особенностей и задач. По типу они разделяются на легкие и тяжелые стены. По назначению – на несущие стены и заполняющий каркас.

Легкие стены выполняются из деревянного каркаса, деревянных двутавровых профилей или из тонких стальных профилей. Такие стены обшиваются плитными материалами или вагонкой (рис. 9.1).

Тяжёлые стены – могут быть выполнены на основе несущего деревянного каркаса с каменной или кирпичной облицовкой (рис. 9.2).

Несущие стены – это стены воспринимающие нагрузки от перекрытий и/или кровли. В первую очередь каркас стен рассчитывается на способность воспринимать вертикальные нагрузки, но также он должен быть рассчитан на то, чтобы придать необходимую жесткость всей конструкции здания.

В более крупных строениях выполненных из стали или бетона каркасные стены внутри несущих конструкций называются заполняющим каркасом.

Рис. 9.1 Легкая наружная стена из деревянного каркаса с горизонтальной наружной обшивкой из вагонки

Рис. 9.2 Тяжёлая наружная стена из деревянного каркаса с кирпичной наружной облицовкой

Конструкция деревянных каркасных стен

Деревянный каркас стены состоит из стоек, вписанных в раму из досок верхней и нижней обвязки стены. Обычно шаг стоек принимают равным 600 мм. В несущих наружных стенах стойки располагают соосно балкам нижележащего перекрытия.

Проёмы обрамляются горизонтальными связями. В несущих стенах над проемами нужно монтировать перемычки – балки жёсткости, передающие нагрузку с верхней обвязки на стойки, расположенные с обеих сторон проёма.

Существуют также конструкции с перекрёстным каркасом. В этом случае по несущему каркасу стены набивается обрешётка с шагом, адаптированным под ширину листов теплоизоляции или под выбранный тип обшивки (рис. 9.3).

Рис. 9.3 Конструкция деревянного каркаса стены – наименования деталей

Требование к качеству пиломатериалов для строительства деревянной каркасной стены

Согласно требованиям норвежской нормативной документации, деревянные каркасы стен нужно строить из доски, соответствующей классу качества не ниже C18, что соответствует третьему сорту по ГОСТ 8486—86Е. Размеры применяемых пиломатериалов должны соответствовать номиналу.

Коробление досок может значительно уменьшить несущую способность деталей каркаса (рис. 9.4). Поэтому при продольной покоробленности доски по пласти, стрела прогиба на длине 2 м не должна превышать 8 мм, а при продольной покоробленности по кромке — не должна превышать 3 мм на длине 2,4 м.

Рис. 9.4 Продольное коробление доски по пласти и по кромке

Выбор сечения пиломатериалов каркасной стены

Толщина каркасной стены выбирается исходя из двух условий:

Должна обеспечиваться достаточная несущая способность стен с учетом нормативных нагрузок для каждого конкретного региона.

Должны быть выполнены санитарно-гигиенические нормы по тепловой защите.

Как правило, в Норвегии толщина каркасных стен для жилого дома установлена в 198 мм, с дополнительным утеплением по перекрёстной обрешётке – 50 мм. См. рис. 9.3. Таким образом суммарная толщина теплоизоляции стандартного скандинавского дома составляет примерно 250 мм. При этом возможны вариации, например, иногда каркас стен собирают из доски 36×148 мм с перекрёстной обрешёткой изнутри и снаружи.

Чтобы знать точно, какую толщину каркасных стен выбрать – согласно норвежским строительным правилам, нужно пользоваться специальными таблицами.

Таблица 9.1 показывает взаимосвязь между сечением стоек в наружных несущих стенах, нормативной снеговой нагрузкой и максимальной шириной двухэтажного дома.

Таблица 9.1

Данные, приведённые в таблице 9.1, предусматривают: шаг стоек – 0,6 м; класс качества древесины – C18 (3-й сорт); количество этажей – 2; высоту каркасной стены – 2,4 м; конструкцию кровли – свободно опертые фермы; тип кровельного покрытия – тяжёлое (керамическая черепица).

Если ширина дома превышает 12 м, необходимо заказать комплексный расчёт несущих конструкций у опытного конструктора, т.к. в этом случае нужно учесть природный ландшафт места строительства, форму здания и другие факторы, определяющие нагрузки на каркас строения.

Сечение стоек высоких каркасных стен также должны рассчитываться опытным инженером. Чем выше высота стоек, тем большее значение имеет нормативная ветровая нагрузка и тем больше фактический прогиб стоек. Толщина стоек в высоких каркасных стенах должна быть не меньше 48 мм.

В таблице 9.2 показана взаимосвязь между высотой несущих наружных стен, шириной дома, нормативной снеговой нагрузкой и сечением стоек каркаса для одноэтажного каркасного дома по норвежской технологии.

Таблица 9.2

Сечения стоек каркаса внутренних несущих стен зависит от конструкции дома, от того как распределяются нормативные нагрузки (рис. 9.5).

Рис. 9.5 Нагрузка на внутренние несущие стены может значительно отличаться в зависимости от конструкции дома

На рисунке 9.5A видно, что внутренние стены первого этажа не являются несущими, так как конструкция кровли предусматривает свободно опёртые фермы. Тем не менее, внутренняя стена подполья в данном случае является несущей, так как на неё опирается перекрытие.

На рисунке 9.5B внутренние стены первого этажа являются несущими, так как конструкция дома предусматривает эксплуатируемый лофт, опирающийся на внутреннюю стену.

На рисунке 9.5C все внутренние стены являются несущими, так как они воспринимают нагрузки с кровли, перекрытия лофта и с цокольного перекрытия.

Внутренние ненесущие стены должны быть также рассчитаны на нагрузку от навесной мебели, полок и санитарного оборудования. Расчёта на прочность конструкции в данном случае недостаточно, для комфорта жильцов конструкции дома должны быть также рассчитаны и на зыбкость. Всё имеет значение, неприятные вибрации перегородок могут возникнуть даже от резкого закрытия двери или из-за перепада давления воздуха в помещениях.

Данные, приведённые в таблице 9.2, предусматривают: шаг стоек – 0,6 м; класс качества древесины – C18 (3-й сорт); количество этажей – 1; конструкцию кровли – свободно опертые фермы; нормативную снеговую нагрузку: ≤ 3,5 кН/м².

Таблица 9.3 показывает рекомендованные сечения стоек для деревянных каркасных внутренних стен в малоэтажных деревянных каркасных домах, построенных по настоящей норвежской технологии.

Таблица 9.3

Данные, приведённые в таблице 9.3 предусматривают: шаг стоек – 0,6 м; класс качества древесины – C18 (3-й сорт); максимальную ширину дома – 10 м (расстояние между несущими стенами).

Пример выбора сечения стоек для постройки каркасных стен

1. Значения, приведённые в таблице 9.1. предусматривают конструкцию кровли из свободно опертых ферм, т.е. нагрузки с кровли в этом случае передаются только на наружные несущие стены. В таблице 9.1 мы видим, что здание с такой конструкцией кровли и каркасом несущих стен из доски 36×148 мм может иметь максимальную ширину 5,2 м в регионах с нормативной снеговой нагрузкой 4,5 кН/м². Если же каркас стены собрать из доски 48×148 максимальная ширина дома в этом случае составит 11,4 м.

2. Если конструкция кровли предусматривает использование наслонных стропил, см. рис. 9.5C, то вертикальная нагрузка на наружные несущие стены уменьшиться в 2 раза по причине перераспределения нормативных нагрузок на внутреннюю стену. В таком случае, значения максимальной ширины дома, приведенные в таблице 9.1, будут указывать на расстояние между наружной и внутренней несущими стенами. В регионе с нормативной снеговой нагрузкой 4,5 кН/м² в таком случае можно строить двухэтажные каркасные дома с наружными несущими стенами из доски 36×148 мм и общей шириной дома до 10,4 м – с двумя пролётами по 5,2 м, (рис. 9.5C).

Расчёт обвязки и стоек деревянной каркасной стены

Данный расчёт состоит из:

Расчёта стоек деревянной каркасной стены на продольный изгиб;

Расчёта обвязки каркасной стены на смятие в месте опирания на неё стойки каркаса.

Стойки деревянной каркасной стены рассчитаны в основном на восприятие вертикальных нагрузок. В деревянной стойке силы сжатия направлены вдоль волокон, а в деревянной обвязке каркасной стены силы сжатия направлены поперёк волокон. В деревянной каркасной стене с каждой стойки на обвязку передаётся сумма нормативных нагрузок (снеговая, ветровая, собственный вес), доходящая до 25 кН (что соответствует примерно 2,5 т).

Незакреплённая обшивкой стойка (рис. 9.4) превышает допустимый продольный прогиб по оси Y даже при совсем малой нагрузке. Недопустимые напряжения в стойке 36×148 мм высотой 2,4 м в таком случае возникнут уже при нагрузке 4,1 кН (примерно 410 кг).

Таблица 9.4

Данные, приведённые в таблице 9.4, предусматривают: класс качества древесины: C24 (2-й сорт); климатический класс: 1, 2.

Рис. 9.6 Обвязка и стойка каркасной стен. Оси X и Y

Обшитые стойки деревянной каркасной стены рассчитывают на продольный прогиб только по оси X.

Если каркас обшит, то для стойки, например, сечением 36×148 мм, высотой 2,4 м несущая способность по оси X составит 42,8 кН (что соответствует примерно 4,28 т). В малоэтажном домостроении таких нагрузок на одну стойку практически не бывает, поэтому в данном случае необходимо сделать расчёт обвязки каркасной стены на смятие в месте опирания на неё стойки каркаса. В данном случае площадь поперечного сечения стойки 36×148 мм = 5328 мм². Зная, что для деревянной обвязки каркасной стены изготовленной из доски класса качества C24 (2-й сорт) предел прочности на смятие 3,6 Н/мм², мы узнаем максимальную нагрузку на одну стойку: 5328×3,6=19,2 кН (примерно 1,92 т).

Каркасные стены из стальных и двутавровых профилей

Каркасные стены из двутавровых профилей на древесной основе

Вместо цельных деревянных досок можно использовать двутавровые профили, в которых в качестве полок используются деревянные бруски или LVL-брус, а в качестве стенок OSB или HDF.

Каркасы стен, выполненные из двутаврового профиля на древесной основе, собираются за небольшими исключениями по тому же принципу, что и каркасы из цельных деревянных деталей (рис. 9.7).

Рис. 9.7 Конструкция каркасной стены из двутавровых профилей

Чтобы рассчитать максимальную ширину дома, каркас которого состоит из двутавровых профилей на древесной основе, воспользуйтесь таблицей 9,5, при этом пролёты балок в перекрытиях такого дома не должны превышать 5 м.

Таблица 9. 5

Данные, приведённые в таблице 9.5, предусматривают: шаг стоек – 0,6 м; высоту этажа – 2,4 м; конструкцию кровли – свободно опертые фермы; пролёт балок междуэтажного перекрытия – не более 5,0 м.

Каркасные стены из тонких стальных профилей

Из стальных профилей выполняют в основном каркасы ненесущих стен, перегородок или изготавливают заполняющие каркасы для последующей установки в бетонные и стальные каркасы зданий. Также тонкие стальные профили используют для внутренних перегородок в помещениях с повышенными требованиями по пожаробезопасности (рис. 9.8).

На строительном рынке представлено большое разнообразие стальных профилей различной формы, толщины, габаритных размеров, предназначенных для использования в различных областях строительной отрасли, в том числе рассчитанных на необходимую толщину утепления. Ширина стальных профилей для каркасных стен варьируется от 70 до 200 мм. Сборка каркасов стен из стальных профилей производится с помощью саморезов или заклёпок.

Рис. 9.8 Заполняющий каркас из тонких стальных профилей

Нижняя обвязка деревянной каркасной стены

Нижнюю обвязку деревянной каркасной стены делают, как правило, двойной – то есть перед установкой каркасов стен под них устанавливают деревянные лежни.

Для этого есть несколько причин:

если дом собирается из стеновых панелей заводского производства, то их удобнее устанавливать на заранее смонтированные по цокольному перекрытию лежни, которые будут служить направляющими;

на бетонные фундаменты, поверх гидроизоляции устанавливают импрегнированные промышленным способом лежни, чтобы таким образом увеличить срок службы деревянного каркасного дома;

двойная нижняя обвязка служит в качестве закладной доски для крепления внутренней обшивки стен.

Для надёжного соединения по углам дома, доски нижней обвязки должны монтироваться внахлёст, перекрывая друг друга. Стыки по длине также должны быть выполнены с нахлёстом в 600 мм.

Сборку деревянных каркасных стен можно делать по различным технологическим принципам (рис. 9.9).

Технология «Платформа» – стены монтируются поверх чёрного пола на цокольном перекрытии, который одновременно является рабочим настилом. Применяется в тех случаях, когда монтаж происходит быстро, в хорошую погоду. При этом обязательно применение влагозащищенных плит OSB-3 с соединением гребень-паз для защиты цокольного перекрытия от попадания влаги в случае осадков.

Технология «Сухой монтаж» – утепление и герметизация цокольного перекрытия производиться после монтажа наружной обшивки и кровельного покрытия дома, когда остаточная влажность деревянных конструкций будет не более 13%. В таком случае каркасы стен устанавливаются на лежни, смонтированные по каркасу цокольного перекрытия. В каркас цокольного перекрытия встраивается закладная доска, к которой в дальнейшем крепятся доски пола. Особенностью технологии «сухой монтаж» является то, что по балкам цокольного перекрытия можно монтировать сразу чистовой пол из шпунтованной половой доски. Согласно норвежским строительным правилам, крепить нижний направляющий лежень к цокольному перекрытию, нужно на два гвоздя 3,4×95 мм (или 3,1×90 для барабанных гвоздезабивных пистолетов) каждые 500 мм. Вторая доска, непосредственно нижняя обвязка стенового каркаса крепится к направляющему лежню аналогичным образом.

Монтаж стен на бетонные фундаменты. Под каркасами стен укладывают гидроизоляцию, поверх неё устанавливают импрегнированные промышленным способом лежни (рис.9.10), чтобы таким образом увеличить срок службы деревянного каркасного дома. В этом случае лежни крепятся к фундаменту с помощью разжимных анкерных болтов. Вторая доска, непосредственно нижняя обвязка стенового каркаса крепится к лежням на два гвоздя такой длины, чтобы не нарушить целостность гидроизоляции, проложенной под лежнями.

Рис. 9.9 Устройство нижней обвязки каркасных стен

Рис. 9.10 Принцип монтажа цокольного перекрытия по бетонной ленте фундамента

Импрегнированные лежни, торцевые балки цокольного перекрытия, направляющие лежни, нижняя обвязка каркасов стен по углам должны монтироваться с перекрытием стыков.

На ленту фундамента укладывается гидроизоляция, поверх неё монтируют импрегнированные промышленным способом лежни.

На импрегнированные лежни опирают каркас цокольного перекрытия. Затем стеновые панели заводского производства устанавливают на заранее смонтированные по цокольному перекрытию лежни из обычной доски, которые служат в качестве направляющих.

Для герметизации стыка между импрегнированным лежнем и фундаментом норвежские строительные правила позволяют использовать специальные ленты из минеральной ваты, полиуретана и резины.

Верхняя обвязка каркасной стены

Согласно норвежским строительным правилам верхняя обвязка каркасной стены должна быть двойной, если проектом не предусмотрено иное решение. Двойная верхняя обвязка хорошо подходит для крепления внутренней обшивки в тех случаях, когда потолок уже смонтирован. Также двойная обвязка обеспечивает бо́льшую жесткость стен и помогает выровнять каркас для установки стропильной системы. Поэтому важно выбирать наиболее прямые доски для изготовления верхней обвязки каркасных стен. Обвязку крепят к стойкам на три гвоздя 3,1×90 мм горячей оцинковки. Доски обвязки должны монтироваться с перекрытием стыков, как показано на рисунке 9.11.

Рис. 9.11 Верхняя обвязка скандинавской каркасной стены

Выравнивание деревянных каркасных стен

При поднятии деревянных каркасных стен необходимо выровнять их по отвесу. Вначале по шнурку выравниваются нижние обвязки, затем проверяются отвесом угловые стыки. В окончание выравниваются по шнурке верхние обвязки стен и устанавливаются изнутри помещения упоры, подпирающие наружные каркасные стены, не давая им завалиться во внутрь. Чтобы облегчить работу по выравниванию стен, необходимо изначально монтировать стойки так чтобы прогиб, образуемый продольным короблением по кромке, смотрел внутрь помещения. Тогда будет легко монтировать внутреннюю отделку, применяя специальные подкладки для выравнивания внутренней поверхности деревянных каркасных стен. Согласно норвежским национальным стандартам NS 3420 отклонения по вертикали относятся к трехпроцентному классу точности RC. Это означает, что при высоте потолка 2,4 м максимально допустимые отклонения стоек от вертикали должны быть не более 7 мм.

Расчёт длины стоек каркасной стены

Расчёт длины стоек каркасной стены нужен для достижения желаемой высотой потолка. В Норвегии в малоэтажных деревянных домах стандартная высота потолка 2400 мм (рис. 9.12—9.13).

Рис. 9.12 Измерение высоты потолка по норвежским стандартам

Пример расчёта длины стойки для обеспечения заданной высоты потолка

При расчёте длины стоек принимают во внимание:

толщину пола (A) от нижнего уровня нижней обвязки и выше

толщину потолка (B) от верхнего уровня верхней обвязки и ниже

общую толщину двойных нижней и верхней обвязок (C = C1 + C2)

Если высоту потолка обозначить буквой H, то формула расчёта длины стойки L деревянной каркасной стены примет вид:

L= H + A + B – C

Расчёт длины стойки каркасной стены

Рис. 9.13 Типичные скандинавские деревянные каркасные стены

Проектирование каркасных домов по строительной сетке

Для того чтобы на стройплощадке балки, распорки, стойки и стропила как можно точнее совпадали друг с другом, описанная норвежская технология сборки каркасов стен подразумевает проектирование каркасов по сетке с шагом 600 мм (рис. 9.14). Стойки фронтонных стен рекомендуется располагать симметрично линии конька крыши, тогда они будут одинаковыми.

Рис. 9.14 Сборка каркаса по сетке 600 мм. Угловой стык фронтонной и продольной стены

Угловые и Т-образные стыки каркасных стен

Угловые и Т-образные стыки каркасных стен должны быть сделаны так, чтобы осталась возможность для беспрепятственной укладки теплоизоляции. Чтобы внутреннюю обшивку, внешнюю, а при необходимости и внутреннюю обрешётку стен было к чему крепить. Для уменьшения мостика холода в угловом соединении, конструкцию углового стыка делают как можно проще (рис. 9.15). Все деревянные детали угловых стоек закрепляют гвоздями с шагом ~300 мм.

Рис. 9.15 Угловые стыки типичных скандинавских каркасных стен

Оба из приведённых на рисунке стыков, могут быть как внешними, так и внутренними – это зависит от того, с какой стороны проектом предусмотрена обрешётка по стеновому каркасу.

Рис. 9.16 Т-образные стыки наружной и внутренней стены

Т-образный стык 1 лучше всего подходит в тех случаях, где внутренняя стена разделяет два различных помещения с разными видами внутренней отделки.

Т-образный стык 2 лучше всего подходит в тех случаях, когда оба помещения отделываются одним и тем же материалом. Если высота потолка равна 2400 мм – достаточно разместить всего две закладные доски с межосевым расстоянием 800 мм.

Очень важно чтобы на стыках стен не нарушалась целостность пароизоляции. Если монтаж внутренних стен производиться до утепления и герметизации наружных, то на стыке стен между каркасами оставляется зазор 15—20 мм для того, чтобы впоследствии можно было провести сквозь него пароизоляцию и смонтировать внутреннюю обшивку, например гипсокартонную плиту. До проведения этих мероприятий – прибивать крайнюю стойку внутренней стены к каркасу наружной нельзя – лучше вообще временно её отодвинуть в сторону, как показано на рисунке 9.16.

Когда будет смонтирована внутренняя отделка наружной стены – крайнюю стойку каркаса внутренней стены можно будет пододвинуть вплотную к наружной стене. Затем её закрепляют к верхней и нижней обвязке и к закладным доскам каркаса наружной стены. Для устройства звукоизоляции на крайнюю стойку каркаса внутренней стены перед ее подвижкой наносят две полоски эластичного герметика, монтажного клея или приклеивают на неё две уплотнительные ленты.

Обрешётка каркасов скандинавских деревянных стен

Для обеспечения необходимой толщины теплоизоляции, на деревянные каркасы стен монтируют обрешетку. Обрешётка может располагаться как с внутренней, так и с наружной стороны деревянного каркаса. Обычно в качестве обрешетки деревянных каркасных стен используют бруски 48×48 мм, между ними хорошо помещается теплоизоляция толщиной 50 мм. Направление брусков может быть как горизонтальным, так и вертикальным – всё зависит от того каким материалом будет производиться отделка. Горизонтальное расположение обрешётки выгодно тем, что в этом случае дополнительный слой теплоизоляции перекрывает мостики холода – сквозные деревянные детали стенового каркаса. По горизонтально расположенной обрешётке можно монтировать вертикальные плиты обшивки, главное чтобы межосевое расстояние между брусками составляло 600 мм (рис. 9.17).Крепления наружной обрешетки деревянных каркасных стен должны выдерживать бо́льшие нагрузки по сравнению с креплениями внутренней обрешетки. Это объясняется тем, что наружная обрешётка подвергается воздействию ветровой нагрузки и тем, что наружная отделка тяжелее внутренней. Также не раз автору доводилось видеть, как плотники использовали наружную обрешётку в качестве импровизированной «лестницы».