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

Рис. 9.17 Пример внутренней горизонтальной обрешётки скандинавской каркасной стены

При строительстве малоэтажных деревянных каркасных домов рекомендуется руководствоваться следующими правилами:

Горизонтальную наружную обрешётку в каждом месте пересечения со стойками, нужно крепить на 2 гальванизированных гвоздя 3,4×95 или 3,1×90 для барабанных гвоздезабивных пистолетов. Для горизонтальной внутренней обрешётки в данном случае нужно использовать на 1 гвоздь меньше.

Вертикальную наружную обрешётку прибивают гвоздями 3,4×95 с шагом 300—400 мм (для вертикальной внутренней обрешётки – шаг 600 мм) или же можно использовать гвозди 3,1×90 для барабанных гвоздезабивных пистолетов с шагом 200—300 мм (для вертикальной внутренней обрешётки – шаг остаётся равным 600 мм).

Усиление каркасов в местах сосредоточения нагрузок

В наружных и внутренних несущих стенах есть места сосредоточения нагрузок – это, например, места по обе стороны проёмов, место опирания коньковой балки и др. В таких местах каркасу стены требуется усиление. При небольшой точечной нагрузке, в месте приложения силы, может хватить двойной стойки, но в некоторых случаях согласно расчётам используются стальные опоры. Сечение составных деревянных стоек и минимально необходимая площадь их опирания также выбирается расчётом. Толщина составной стойки должна быть не менее 90 мм. Спаренные доски составных стоек соединяются гвоздями – по 2 шт. каждые 400 мм, щели между досками желательно промазать монтажным клеем.

Важно помнить, что в местах сосредоточения нагрузок – нагрузки должны передаваться дальше, по направлению к фундаменту. Для этого необходимо чтобы несущие деревянные конструкции не прерывались, а передавали нагрузку дальше всей площадью опорного сечения. Иными словами, опора не может просто так монтироваться на черновой пол перекрытия, нагрузка должна передаваться на несущую конструкцию ниже. Для этого в перекрытие встраиваются распорки под всю площадь основания опоры, под ними этажом ниже монтируется ещё одна опора. Если опора попадает на балку перекрытия и опирается на неё лишь частично – нужно увеличить площадь опирания с помощью накладок на балку. Накладки должны быть того же сечения, что и балка, под ними также в обязательном порядке этажом ниже должна монтироваться ещё одна опора (рис. 9.18).

Рис. 9.18 Места сосредоточения нагрузок в несущих стенах – составные опоры и распорки

Размеры дверных и оконных проёмов. Монтажные зазоры

Размеры дверных и оконных проёмов должны быть такими, чтобы между рамой окна или коробкой двери и деталями деревянной каркасной стены оставался монтажный зазор 15 мм. Такой большой монтажный зазор нужен для того, чтобы была возможность отрегулировать положение окон и дверей с помощью клиньев. Технологические зазоры заполняются монтажной пеной или уплотняются предназначенной для этого специальной рулонной минеральной ватой (рис. 9.19).

Рис. 9.19 Толщина монтажных зазоров, стандартная высота дверной / оконной перемычки от уровня чистового пола

Обычно, оконные рамы и коробки дверей производятся стандартных размеров, при этом реальные размеры оконной рамы «8×13 М» по ширине и высоте будут 790×1290 мм, а реальные размеры дверной коробки «10×21 М» – 990×2090 мм. На всякий случай, можно уточнить размеры оконных рам у поставщика. Между оконными проёмами и элементами их заполнения должен оставаться зазор 15 мм, поэтому в данном случае размеры оконного проёма – 820×1320 мм, а размеры дверного – 1020×2120 мм. Монтажный зазор между дверных порогом и чистовым полом должен быть 5 мм. Принято монтировать оконные и дверные перемычки на одном уровне, если проектом не предусмотрено иное решение, это значит, что нижний уровень всех дверных и оконных перемычек должен быть равным 2110 мм от чистового пола. Высота подоконника в этом случае будет определяться высотой окна.

Выбор конструкции оконных и дверных проёмов

Выбор конструкции оконных и дверных проёмов зависит от вертикальных нагрузок, приходящихся на стену. В малоэтажном деревянном каркасном доме, норвежская технология предусматривает три основных типа конструкции оконных и дверных проёмов (рис. 9.20):

Тип A – проём в ненесущей наружной стене;

Тип B – проём в несущей стене с нагрузкой от кровли;

Тип C – проём в несущей стене с нагрузкой только от междуэтажного перекрытия.

Рис. 9.20 Основные типы проёмов в наружных стенах

Проёмы типа A

Оконные проёмы в фронтонных каркасных стенах обрамляются горизонтальными связями (рис. 9.21). Требуемая ширина проёма достигается установкой дополнительной стойки или распорки между горизонтальными связями. По ширине проёмы типа A должны быть такими, чтобы не прерывать больше одной стойки в деревянной каркасной стене.

Рис. 9.21 Проёмы в фронтонной деревянной каркасной стене. Проёмы типа A по норвежской классификации

Проёмы типа B

В несущих деревянных каркасных стенах проёмы должны усиливаться перемычками – деревянными балками жёсткости. Задача перемычки – распределять вертикальную нагрузку на стойки-опоры, расположенные по обе стороны от проема (рис. 9.22).

Для обеспечения необходимой площади опирания перемычки толщина стоек-опор с обеих сторон проёма определяется по таблице 9.6. В случае необходимости собирают опору составного сечения из двух стоек

Перемычки перераспределяют большие нагрузки, поэтому важно, чтобы проектом предусматривалось необходимое сечение перемычки и необходимая площадь опирания. В стандартных дверных и оконных проёмах в малоэтажном деревянном каркасном домостроении обычно используют составные перемычки из двух досок 48×148 или 48×198 мм поставленных на ребро, т.к. необходимая площадь опирания ширина составной перемычки должна быть не менее 90 мм. Доски для перемычек нужно выбирать особенно тщательно, чтобы не было никаких дефектов и больших сучков, особенной вдоль нижней кромки, где будет возникать наибольшее напряжение. Если проём шире 2,0 м нужно перепроверить сечение перемычки по таблице или расчётом и выбрать перемычку подходящего сечения, в случае необходимости – из клееной древесины.

Рис. 9.22 Проём в несущей деревянной каркасной стене с нагрузкой от кровли. Проём типа B

Перемычки всегда должны устанавливаться под верхней обвязкой и для увеличения жесткости надежно крепиться к ней. Спаренные доски перемычек соединяются гвоздями. Получившуюся перемычку устанавливают заподлицо с наружной стороной деревянной каркасной стены. Нужно учитывать, что у перемычек есть допустимый расчётный прогиб, поэтому горизонтальные связи стандартных проёмов монтируют как минимум на 15 мм ниже перемычек. Если проём шире 2,0 м, зазор должен быть не менее l/200, где l ширина проёма (рис. 9.23).

Рис. 9.23 Монтаж перемычки проёма типа B

Перемычки устанавливают в вырезы стоек. Спаренные стойки-опоры, изготавливаются из двух досок, надежно сшитых гвоздями по всей высоте (2 гвоздя с шагом 200 мм).

Проёмы типа C

Проёмы типа С несут нагрузку только с междуэтажного перекрытия, это происходит в тех случаях, когда над этим проёмом выше находится ещё один проём, типа B такой же ширины. Перемычка верхнего проема перераспределяет нагрузку с кровли на опоры, по обе стороны проёмов (рис. 9.22 и 9.23).

В проёме типа С нагрузка с междуэтажного перекрытия также будет распределяться на опоры, т.к. торцевая балка междуэтажного перекрытия в этом случае выступит в качестве перемычки. При этом минимальное сечение торцевой балки междуэтажного перекрытия должно быть 36×198 мм, а сами рядовые балки междуэтажного перекрытия должны крепиться к торцевой балке в торец и изнутри контура перекрытия гвоздями под углом 30°. Если проём типа C шире 1,4 м, то с каждой стороны нужно использовать двойные стойки-опоры.

Рис. 9.24 Проём в несущей стене с нагрузкой только от междуэтажного перекрытия. Проём типа C

Выбор сечения перемычек в несущих деревянных каркасных стенах

Сечение перемычек определяется исходя из расчётной снеговой нагрузки, максимальной ширины дома (м) приведённой в таблице 9.6, и ширины оконных / дверных проёмов, не превышающих 2,4 м.

Таблица 9.6

Конструкция кровли – свободно опертые фермы с шагом 600 мм; класс качества древесины – C18 (3-й сорт) или CE 40Lc для клееной древесины. При выборе сечения перемычки обращайте внимание на требования по минимальной толщине стоек-опор.

Выбор сечения перемычек в наружных несущих стенах

Таблица 9.6 предусматривает использование стропильной системы состоящей из свободно опёртых ферм, т.е. рассчитана на то, что вся нагрузка с кровли будет приходиться на наружные несущие стены (рис. 9.25). Если в вашем проекте предусмотрена внутренняя несущая стена, то в таком случае нагрузка на наружные несущие стены уменьшится примерно в два раза. В таком случае чтобы определить максимальную ширину дома берут значение максимальной ширины и умножают на 2, отнимая при этом 600 мм (см. пример выбора сечения перемычек).

Рис. 9.25 «Максимальная ширина дома» указанная в таблице 9.6

Выбор сечения перемычек во внутренних несущих стенах

Рис. 9.26 Выбор сечения перемычек в несущих внутренних стенах в зависимости от характера загруженности:а – внутренние стены, несущие нагрузку от двух междуэтажных перекрытий; б – внутренние стены, несущие нагрузку от кровли; в – внутренние стены, несущие нагрузку от одного междуэтажного перекрытия

Для внутренних стен несущих нагрузку с кровли или с двух междуэтажных перекрытий, как правило, выбор сечения перемычек производится по таблице 9.6. Максимальная ширина дома указанная в таблице в таком случае будет соответствовать расстоянию между наружной и внутренней несущими стенами (рис. 9.26 а, 9.26 б). Минимальная толщина стоек-опор будет такая же как в таблице.

Для внутренних стен несущих нагрузку только с одного междуэтажного перекрытия (рис. 9.26 в), выбор сечения перемычек производится по таблице 9.7.

Таблица 9.7

Данные, приведённые в таблице 9.7, предусматривают: расстояние между несущими стенами – 5,0 м; собственный вес перекрытия – до 0,8 кН/м²; полезную нагрузку на перекрытие – 2,0 кН/м²; класс качества древесины – C18 (3-й сорт).

Пример 1

Исходные данные:

Ширина дома со стропильной системой из свободно опёртых ферм (W-образных ферм) равна 8,8 м. Расчётная снеговая нагрузка – 3,5 кН/м². Ширина оконного проёма – 1,1 м. Перемычка проёма будет нагружена нагрузкой с кровли (проём типа B по норвежской классификации). Проектом предусмотрен каркас стен из досок 36×148 мм.

Решение:

В таблице 9.6 выбираем колонку с максимальной шириной проёма 1,2 м и видим что для перемычки 2 шт. 48×148 максимальная ширина дома – не более 9,5 м. Так как ширина дома у нас меньше – выбираем эту перемычку. Исходя из данных приведённых в таблице 9.6 минимальная ширина стоек-опор в данном случае 36 мм. Следовательно, в проекте под этот проём предусматриваем конструкцию, показанную на рисунке 9.22.

Пример 2.

Исходные данные:

Ширина дома равна 7,5 м. Проектом предусмотрена внутренняя несущая стена. Расчётная снеговая нагрузка – 6,0 кН/м². Ширина проёма в этой внутренней несущей стене составляет 1,7 м. Перемычка проёма будет нагружена нагрузкой с кровли (проём типа B по норвежской классификации). Проектом предусмотрен каркас стен из досок 36×198 мм.

Решение:

В таблице 9.6 выбираем колонку с максимальной шириной проёма 1,8 м и видим что для перемычки 2 шт. 48×198 максимальная ширина дома – не более 5,7 м. В данном случае максимальная ширина дома, указанная в таблице 9.6, будет соответствовать расстоянию между несущей наружной и несущей внутренней стеной, как показано на рис. 9.26. Следовательно, для перемычки 2 шт. 48×198 в несущей внутренней стене максимальная ширина дома = (5,7х2) – 0,6 = 10,8 м. В нашем случае ширина дома всего 7,5 м, а значит перемычки сечением 2 шт. 48×198 хватит с запасом.

Минимальная ширина стоек-опор в соответствии с таблицей 9.6 в данном случае будет 48 мм.

Следовательно, в проекте под этот проём предусматриваем конструкцию, показанную на рисунке 9.23 и используем составные стойки опоры из доски 36×198 мм, соединяя их на 2 гвоздя с шагом 200 мм по всей высоте.

Обеспечение жёсткости каркаса при восприятии ветровых нагрузок

Обеспечение жёсткости каркаса при восприятии горизонтальных ветровых нагрузок происходит с помощью обшивки каркаса жёсткими плитными или листовыми материалами как минимум с одной стороны или с помощью диагональных связей – укосин или стальных перфорированных лент при отсутствии жёстких обшивок.

Если обшивка жёсткими плитами будет проводиться только с одной стороны каркаса, то согласно норвежским строительным правилам и рекомендациям норвежского научно-исследовательского института SINTEF Byggforsk, устанавливаются минимальные требования для материалов обшивки – в совокупности к плитам и крепежу. В частности, предел прочности на изгиб устанавливается минимум 3 кН/м. Это означает, что плита обшивки, шириной 1,2 м, смонтированная на стеновую панель, должна выдерживать горизонтальную нагрузку 3,6 кН (1,2 м × 3 кН/м), что соответствует 360 кг.

Жёсткие плиты обшивки

Плиты обшивки стен работают на изгиб под воздействием горизонтальных нагрузок, создаваемых давлением и отсосом ветра (рис. 9.27). В качестве наружных плит жёсткой обшивки нужно применять МДВП (мягкие древесноволокнистые плиты ветрозащиты) толщиной минимум 12 мм или ветрозащитный гипсокартон для наружной обшивки толщиной минимум 6—9 мм. С внутренней стороны деревянных каркасных стен в таком случае нужно монтировать гипсокартонные плиты для внутренней обшивки толщиной 13 мм, древеснослоистые фанерные плиты из шпона или МДВП толщиной 12 мм.

Рис. 9.27 Действие ветра на плитные материалы обшивки

Как правило, материалы обшивки стен обладают избыточным запасом прочности. Это означает, что увеличение жёсткости каркаса нужно достигать не увеличением толщины плит, а увеличением количества крепёжных элементов.

Практика показывает, что самым слабым звеном в обеспечении жёсткости каркаса с помощью плитных материалов являются именно крепёжные элементы. Наибольшие нагрузки испытывают края плит, поэтому крепеж здесь нужно устанавливать чаще, чем в середине (рис. 9.28).

Рис. 9.28 Крепёж наружных плит ветрозащиты к каркасу деревянной стены

Для обеспечения надёжного крепления плит ветрозащиты, перед их монтажом, следует прочитать рекомендации производителя и монтировать плиты в точности с тем шагом крепежа, который указан в инструкции. В таблице 9.8 приведен минимальный шаг крепежа для наиболее распространённых в Норвегии плит обшивки.

Таблица 9.8

Применение плитных материалов обшивки каркасных стен

Плита обшивки считается достаточно жесткой, если она способна выдерживать горизонтальные нагрузки до 3 кН/м. Это означает, что в малоэтажных домах с количеством этажей не более двух и высотой потолков ~ 2,4 м для обеспечения пространственной жёсткости каркасов малоэтажных деревянных домов достаточно использовать гипсокартон для наружной установки толщиной 9,5 мм или МДВП толщиной 12 мм.

Обеспечение пространственной жёсткости каркаса мягкими древесноволокнистыми плитами

МДВП – мягкие древесноволокнистые плиты ветрозащиты монтируются по стойкам каркаса, расположенным с межосевым расстоянием 600 мм должны крепиться к деревянным деталям каркаса по всем краям. МДВП, они же плиты Isoplaat (Изоплат), softboard (софтборд) могут поставляться как с прямыми краями, так и с фрезерованными для соединения по принципу – гребень-паз. Если толщина стоек деревянной каркасной стены составляет 36 мм, норвежские строительные правила предписывают использование МДВП с соединением гребень-паз.

Мягкие древесноволокнистые плиты ветрозащиты крепятся к деревянным деталям каркасной стены толевыми гвоздями горячей оцинковки 2,8×45 мм с широкими шляпками или защищёнными от коррозии скобами 40—50 мм с широкой «спинкой» и ножками минимум 28 мм. Крепление плит может происходить гвоздями с помощью молотка вручную, так и гвоздями и скрепами с помощью пневматических инструментов. При работе с пневмоинструментом давление воздуха устанавливается в 5 кПа/см², чтобы не повредить материал обшивки. Скрепы всегда ориентируют параллельно краям плит. Максимальные расстояния между гвоздями и скрепами указаны в таблице 9.8. Для обеспечения лучшей герметичности все стыки плит ветрозащиты прикрывают рейкой (нащельником).

Обеспечение пространственной жёсткости каркаса гипсокартоном для наружной обшивки

Плиты гипсокартона для наружной обшивки устанавливаются в вертикальном положении, шаг стоек при этом должен быть равным 600 мм. Чтобы плиты гипсокартона обеспечивали каркасу стены жёсткость – необходимо чтобы все края плиты крепились к деревянным деталям каркаса. Если плиты гипсокартона стыкуются по ширине не по деревянному каркасу, а соединяются с помощью специальных профилей, то такая обшивка может выполнять функции только ветрозащиты. Влияние на жёсткость каркаса в этом случае согласно норвежским строительным правилам не учитывается. Все кромки гипсокартонных плит для наружной обшивки, непокрытые картоном, нужно скрывать с помощью специальных профилей или проклеивать полосками ветрозащитной мембраны.

Плиты гипсокартона для наружной обшивки должны крепиться к деревянным деталям каркасной стены толевыми гвоздями с широкими шляпками 2,5×35 мм (2,5×25 мм для плит толщиной 6,5 мм) или защищёнными от коррозии саморезами 2,5×25 (35) мм. Максимальные расстояния между гвоздями и шурупами для крепления гипсокартонных плит наружной обшивки указаны в таблице 9.8. При этом шурупы и гвозди должны располагаться на расстоянии не менее 10 мм до покрытого картоном края плиты и не менее 15 мм до подрезанного края. Для плит гипсокартона наружной обшивки толщиной 6,5 мм минимальные расстояния крепежа до края будут несколько больше. Очень важно, чтобы головки шурупов и гвоздей не проходили сквозь наружный слой картона. В противном случае образовавшееся отверстие нужно будет заклеить и закрутить ещё один шуруп на расстоянии 15 мм или забить на это месте гвоздь – в зависимости от предусмотренных проектом креплений. Все крепёжные элементы для закрепления гипсокартонных плит наружной обшивки должны быть оцинкованными, желательно способом горячей оцинковки, так как плиты гипсокартона легко проводят к месту крепления избыточную влагу.

Обеспечение пространственной жесткости укосинами

В тех случаях, когда ветрозащита каркасных стен выполняется не плитами, а ветро-, влагозащитными мембранами, когда обшивка состоит из вагонки – нужно в обязательном порядке предусмотреть в проекте использование постоянных диагональных связей жёсткости. В этом качестве можно использовать укосины из доски 23×148 мм.

Деревянные укосины (рис. 9.29) должны:

врезаться в стойки и обвязки деревянных каркасных стен с наружной стороны таким образом, чтобы не препятствовать креплению материалов обшивки к стойкам;

располагаться под таким углом, чтобы связывать собой минимум три стойки с межосевым расстоянием 600 мм;

крепиться к верхней и нижней обвязке деревянной каркасной стены на 3 гвоздя 2,8×90 и на 2 гвоздя 2,8×90 в каждой точке пересечения со стойками.

Рис. 9.29 Применение укосин и лент в скандинавских каркасных домах: а, б – принцип работы деревянных укосин и стальных лент; в – принцип монтажа укосин и лент

Также в качестве постоянных диагональных связей жёсткости можно использовать перфорированные стальные ленты из Т-образного профиля, предназначенного для этих целей. В Норвегии в обычно используют ленты марки «Isola Stag». Они монтируются с наружной стороны стены парами, в противоположных направлениях.

Стальные перфорированные ленты должны:

устанавливаться ребром жёсткости в специальный вырез, которые подготавливается заранее в деревянном каркасе стены

располагаться под таким углом, чтобы связывать собой минимум 3 стойки с межосевым расстоянием 600 мм.

крепиться на 4 гвоздя 2,8×90 в каждой точке пересечения с деталями каркаса деревянной стены.

Согласно норвежским строительным правилам, в малоэтажных домах (до 2-х этажей) на каждые 2,4 м деревянной каркасной стены должна приходиться одна стальная перфорированная лента. Следовательно, в каркасе деревянной стены длиной 8 м нужно предусмотреть 4 постоянные диагональные связи из стальных перфорированных лент. Монтаж дополнительных стальных перфорированных лент делают параллельно, со смещением минимум 600 мм.

Постоянные диагональные связи жёсткости могут эффективно противостоять сдвигу стены двумя способами: работая на сжатие или на растяжение. Деревянная укосина может работать и на сжатие и на растяжение, а стальная перфорированная лента – только на растяжение. Это означает, что в деревянном каркасе будет работать только одна пара лент в один момент времени, тогда как обе деревянные укосины работают одновременно: одна – на сжатие, другая – на растяжение. Запас прочности у деревянных укосин 23×148 мм больше чем у перфорированных стальных лент 2,0×25 мм.

Данные рекомендации касаются малоэтажных деревянных домов с количеством этажей не более двух и высотой потолков ~ 2,4 м. В иных случаях обращайтесь за расчётом элементов деревянного каркасного дома к компетентному специалисту.

Временные связи жёсткости и упоры

Временные связи и упоры необходимы для обеспечения жёсткости каркаса дома на этапе строительства. Наиболее критическим моментом считается ситуация когда смонтировано кровельное покрытие, а стены не обшиты, и двери с окнами не установлены.

Для временного закрепления стен используют диагональные укосы из доски сечением минимум 23×98 мм и стационарные упоры (рис. 9.30). Временные диагональные связи крепят двумя гвоздями 2,8×75 мм к верхней и нижней обвязке каркаса и по одному гвоздю 2,8×75 мм в каждой точке пересечения со стойками. В Норвегии используют специальные телескопические упоры, для закрепления стен в перпендикулярном направлении, их устанавливают через каждые 4 метра.

Рис. 9.30 Установка временных связей и упоров на период строительства

Анкеровка стен деревянного каркасного дома по скандинавской технологии

Анкеровка (с норв. forankring) – это закрепление несущих ограждающих конструкций относительно друг друга и к фундаменту. Анкеровка стен деревянного каркасного дома необходима для того чтобы конструкция дома могла выстоять против сильных порывов ветра. Сто лет назад подобных проблем еще не существовало – здания строились из тяжелого кирпича или камня, и массивность в сочетании с малой высотой делала их устойчивыми к порывам ветра. Но переход к новым материалам, каркасным конструкциям и большой высоте зданий и сооружений поставил перед конструкторами весьма острые «ветровые» проблемы.