Схема каркаса – —

Ниже другие записи по теме «Как сделать своими руками — домохозяину!»

kak-svoimi-rukami.com

Расчет каркасов связевой конструктивной схемы

Главное отличие связевого каркаса от рамного — наличие элементов жесткости, воспринимающих основную часть горизонтальных нагрузок. Под элементами жесткости, в дальнейшем именуемыми как устои, здесь понимаются связевые панели (колонны, объединенные стальной решеткой), сборные железобетонные диафрагмы, стены, лестничные клетки, лифтовые шахты и т.п. конструкции, горизонтальная жесткость которых, как правило, существенно превышает жесткость каркасной части здания, состоящей только из колонн и ригелей. В связи с этим узлы сопряжений колонн и ри­гелей часто выполняются либо шарнирными, либо условно жесткими, т.е. с весьма ограниченной несущей способностью, когда уже при действии не­большой доли вертикальных нагрузок в узлах образуются пластические шарниры. Такие узлы позволяют более рационально использовать напря­гаемую высокопрочную арматуру и обходятся без мощной верхней армату­ры ригелей, необходимой для осуществления жестких узлов. При этом ко­лонны подвергаются воздействию сравнительно небольших моментов, что также снижает их армирование. Однако при больших пролетах ригелей или больших высотах зданий применение жестких узлов рамных каркасов мо­жет оказаться более рациональным.

Расчетные схемы связевых каркасов могут быть двух видов — дискрет­ные и дискретно-континуальные.

Дискретная схема представляет собой устои как консольные стержни, соединенные друг с другом и с каркасной частью здания горизонтальными стержнями на уровне всех перекрытий. Перекрытия, за исключением неко­торых оговоренных случаев, считаются абсолютно жесткими в своей плос­кости, и поэтому горизонтальные смещения устоев и каркасной части будут одинаковыми.

Если конструкция и расположение устоев симметричны, а узлы кар­касной части шарнирные, расчетную схему удобно представить в виде од­ного устоя и одной колонны с жесткостями, равными сумме жесткостей соответственно всех устоев и всех колонн, соединенных на уровне каждого перекрытия жесткими стержнями (рис. ниже).

Если принять жесткость устоя и жесткость колонны в этой схеме изгиб- ной и постоянной по высоте, то устой и колонну на действие горизонталь­ных нагрузок можно рассчитать как отдельные консоли, распределив между ними горизонтальную нагрузку пропорционально их жесткостям. Однако, как правило, в деформациях устоя, в отличие от деформаций колонн, суще­ственную долю составляют деформации сдвига, особенно это имеет место в связевых панелях, а также в диафрагмах с большими проемами. Поэтому такую схему в общем случае рассчитывают методом сил, принимая за неиз­вестные Xj усилия в жестких стержнях, а за коэффициенты при неизвестных 5 у сумму смещений устоя и каркаса как свободных консолей на уровне пе­рекрытия j от действия единичных сил, приложенных к устою и каркасу на уровне перекрытия г. Грузовые члены представляют собой смещения устоя как свободной консоли от действия внешней нагрузки.

Конструктивная (а) и расчетная (б) схемы связевого каркаса с шарнирными узлами и одинаковыми устоями; в — основная система расчета каркаса методом сил

В результате определяются горизонтальные усилия, приложенные от­дельно к обобщенному устою и к обобщенной колонне. Эти усилия затем распределяются между отдельными устоями и колоннами пропорционально их жесткостям.

Если узлы каркасной части жесткие, то расчет также можно производить по аналогичной расчетной схеме, принимая обобщенную колонну в виде, показанном на рис. ниже, где жесткости примыкающих ригелей равны суммам жесткостей ригелей этажа. При этом рекомендуется учитывать жесткие опорные участки ригелей и колонн и податливость жестких узлов. Смещения 8у такой колонны определяют методом деформаций, где за неизвестные принимаются углы поворота узлов.

Конструктивная (а) и расчетная (б) схемы связевого каркаса с жесткими узлами и одинаковыми устоями

Если устои имеют различную конструкцию с различными долями сдви­говой и изгибной деформации, например стены* с проемами и без проемов, или связевые панели с различными решетками, между такими устоями уста­навливаются жесткие стержни и число неизвестных увеличивается на число этих стержней. При этом устои, расположенные в разных плоскостях, рас­сматриваются в одной плоскости вместе с обобщенной колонной (рис. ниже).

Конструктивная (я) и расчетная (б) схемы связевого каркаса с различными симметрично расположенными устоями

Расчет может также производиться методом деформаций (рис. ниже), ко­гда за неизвестные принимаются смещения каждого перекрытия от внеш­ней нагрузки. При этом за коэффициенты r_ij при неизвестных принимаются реакции в фиктивных горизонтальных опорах каждого перекрытия j от еди­ничных смещений каждого перекрытия i. Грузовые члены представляют собой внешние горизонтальные силы, приложенные к каждому перекры­тию. Такой расчет более трудоемкий (особенно по сравнению с расчетом каркаса с шарнирными узлами), поскольку определение реакций от еди­ничных смещений требует отдельных расчетов методом деформаций. Од­нако в некоторых случаях такой расчет бывает необходим. В частности, когда при расчете методом сил с учетом деформированной схемы может быть невозможно определение смещений 8_ij от единичных сил каркасной части из-за потери ею устойчивости.

Расчетная схема (а) и основная система расчета методом деформаций (6) связевого каркаса

При несимметричном расположении устоев или при различных их кон­струкциях перекрытия под действием горизонтальных нагрузок, кроме по­ступательных смещений будут поворачиваться, увеличивая смещения неко­торых рам. В общем случае правильно учесть эти повороты можно только методом деформаций, при котором в основной системе кроме горизонталь­ных фиктивных опор, препятствующих поступательным смещениям пере­крытий в направлении нагрузки, устанавливаются в каждом перекрытии также две дополнительные опоры, препятствующие поворотам, но не пре­пятствующие поступательным смещениям. Эти опоры удобней всего уста­навливать по краям перекрытий в их углах (рис. ниже).

Фиктивные горизонтальные опоры перекрытия при расчете связевого каркаса методом деформаций с несимметрично расположенными или неодинаковыми устоями

1 — опора, препятствующая поступательному смещению перекрытия; 2, 3 — опоры, препятствующие повороту перекрытия

Учет поворотов перекрытий методом сил, изложенный в многочислен­ных учебниках и пособиях, основан на фиксации центра жесткости, при приложении к которому внешняя нагрузка не вызывает поворота. Между тем этот центр жесткости в общем случае зависит не только от жесткостей рам каркаса, но и от комбинации усилий, действующих на выше- и ниже­расположенные перекрытия, до расчета неизвестных. Поэтому, учитывая большое разнообразие конструкций устоев и их расположений, такой рас­чет может приводить к серьезным погрешностям.

Дискретная расчетная схема имеет универсальный характер. Она мо­жет применяться при расчете каркасов с любыми комбинациями устоев, с любым распределением жесткостей устоев и колонн по высоте, с любым сочетанием высот этажей. Такой расчет, требующий решения систем кано­нических уравнений высокого порядка, может практически выполняться только с помощью компьютерных программ, но при современном распро­странении компьютерной техники это не представляет проблемы.

Дискретно-континуальная расчетная схема отличается от дискретной схемы тем, что горизонтальные нагрузки в виде сосредоточенных сил, а также стержни-связи между устоем и каркасной частью заменяются на рас­пределенные по высоте нагрузки и усилия, а каркасная часть заменяется на стержень, имеющий изгибную и сдвиговую жесткости, аналогичные кар­касной части. Функции распределения усилий и смещений по высоте опре­деляются решением системы дифференциальных уравнений.

Расчет по этой схеме дает результаты, близкие к результатам расчета по дискретной схеме при следующих условиях:

• число этажей более 6;
• высоты этажей одинаковы;
• жесткость устоев и каркасной части постоянны по высоте.

Результаты решения дифференциального уравнения для частных слу­чаев можно выразить через конкретные формулы, поэтому расчет по этой схеме менее трудоемок и может быть выполнен без использования компью­терных программ. Однако в связи с ограничениями в применении этой схе­мы подробности такого расчета здесь не приводятся. Для наиболее частого случая с симметрично расположенными и одинаковыми устоями при по­стоянной по высоте горизонтальной нагрузке Р, с одинаковыми высотами этажей l  и при каркасной части с жесткими узлами приводим без вывода формулы для определения горизонтальных смещений у, изгибающих мо­ментов М и поперечных сил Qdq обобщенного устоя, поперечных сил обоб­щенной колонны Qcol в сечении на расстоянии х от низа:

где В — сумма изгибных жесткостей устоев и колонн каркаса; s_{2 = √B/kv}²

В₀ — изгибная жесткость каркасной части, равная

здесь А — площадь сечения крайней колонны; b — ширина каркасной части; 12

к = 12/l*(1/Σi_c+1/ Σi_p ) — сдвиговая жесткость каркасной части; Σi_c — сумма

погонных жесткостей колонн этажа; Σi_p — сумма погонных жесткостей ри­гелей этажа;

sh λ и ch λ — гиперболические синус и косинус, равные

е — основание натуральных логарифмов.

Расчетные усилия в отдельных колоннах каркасной части от верти­кальных нагрузок определяются при полном загружении временными на­грузками всех пролетов. Кроме того, для средних колонн следует дополни­тельно провести расчет с учетом отсутствия временной нагрузки на ригеле, примыкающем к нижнему узлу рассматриваемой колонны, а для колонны 1-го этажа — на ригеле, примыкающем к верхнему ее узлу.

ros-pipe.ru

Вопрос 47. Компоновка конструктивной схемы каркаса. Размещение колонн в плане. Компоновка конструктивной схемы каркаса

Проектирование каркаса производственного здания начинают с компоновки его конструктивной схемы. Исходным материалом является технологическое задание, в котором даются расположение и габариты агрегатов и оборудования цеха, число кранов их грузоподъемность и режим работы. Технологическое задание содержит данные о районе строительства, условиях эксплуатации цеха (освещенность, температурно-влажностный режим и т.д.)

При компоновке конструктивной схемы каркаса решаются вопросы размещения колонн здания в плане, выбирается схема поперечной рамы, устанавливаются внутренние габариты здания, назначаются генеральные размеры основных конструктивных элементов каркаса, решается система связей по колоннам и шатру здания.

Размещение колонн в плане

Согласно требованиям унификации промышленных зданий, расстояние между колоннами поперек здания (размеры пролетов) назначаются в соответствии с укрупненным модулем, кратным 6 м (иногда 3 м) для производственных зданий пролетом L=18, 24, 30, 36 м и более. Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) также принимают кратными 6 м.

Шаг колонн однопролетных зданий а также шаг крайних (наружных) колонн многопролетных зданий не зависит от расположения технологического оборудования и его принимают равным 6 или 12 м. Вопрос о назначении шага колонн крайних рядов (6 или 12 м) для каждого конкретного случая решается сравнением вариантов. Как правило, для зданий больших пролетов (L30м) и значительной высоты (H=14м) с кранами Q500кН оказывается выгоднее шаг 12 м и, наоборот, для зданий с меньшими параметрами экономичнее шаг колонн 6 м. У торцов здания колонны смещаются с модульной сетки на 500 мм для возможности использования типовых ограждающих панелей с номинальной длиной 6 или 12 м.

При больших размерах здания в плане в элементах каркаса могут возникать большие дополнительные напряжения от изменения температуры. Поэтому в необходимых случаях здание разрезают на отдельные блоки поперечными и продольными температурными швами. Нормами проектирования установлены предельные размеры температурных блоков, при которых влияние климатических температурных воздействий можно не учитывать.

Размеры в скобках для зданий, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха t= -40 -65C.

Наиболее распространенный способ устройства поперечных температурных швов заключается в том, что в месте разрезки здания ставят две поперечные рамы, не связанные между собой, колонны которых смещают с оси на 500 мм в каждую сторону, подобно тому как это делается у торца здания.

Если устраивается продольный температурный шов, то колонны устанавливают на разных осях с расстоянием 1000 или 1500 мм.

Возможно и другое решение продольного температурного шва с подвижным в поперечном направлении опиранием одного или обоих ригелей на колонну с помощью катков или другого устройства.

studfiles.net

Основные конструктивные схемы зданий

Здание состоит из взаимосвязанных конструктивных элементов: фундаментов, стен, отдельных опор, прогонов и перекрытий. Сочетание этих основных элементов, каждый из которых выполняет свои специфические функции, представляет собой несущий остов здания (рис. 1).

По своему назначению конструкции подразделяют на несущие и ограждающие. Несущие конструкции несут на себе нагрузки от вышележащих частей здания, от снега, ветра и т. д. Ограждающие конструкции изолируют помещения от внешней среды и смежных помещений. Некоторые несущие конструкции (например, перекрытия) являются одновременно и ограждающими.

Фундаменты являются подземными конструкциями, воспринимающими на себя всю нагрузку от здания и действующих на него сил и передающими эти нагрузки на грунт (основание). Нижняя плоскость фундамента, непосредственно соприкасающаяся с основанием, называется подошвой фундамента.

Стены отделяют помещения друг от друга или от внешней среды и подразделяются на внутренние и наружные. В зданиях, построенных до пятидесятых годов, наружные стены чаще всего делали толще внутренних, так как, кроме восприятия различных нагрузок, они выполняют и теплотехнические функции. Стены, опирающиеся на фундаменты и воспринимающие, кроме собственного веса, нагрузки от перекрытий, крыши и других конструкций, называются несущими. Стены, несущие только свой вес, называются самонесущими. Стены, опирающиеся на другие конструкции здания и выполняющие только ограждающие функции, называются ненесущими.

Наружные и внутренние стены, связанные между собой, а также с перекрытиями и покрытиями, создают жесткую коробку, способную сопротивляться горизонтальным нагрузкам (ветру и др.), т. е. обеспечивают пространственную жесткость здания (неизменяемость его конструктивной схемы).
 

Рис. 1. Поперечный разрез гражданского здания:
1 — фундаменты; 2 — наружные стены; 3 — внутренние стены; 4 — надподвальное пере- крытие; 5 — междуэтажные перекрытия; 6 — чердачное перекрытие; 7 — чердак; 8 — крыша; 9 — двери; 10 — перегородка; 11 — лестница; 12 — окна; 13 — крыльцо; 14 — отмостка

Расстояния между внутренними поперечными стенами или другими конструкциями, обеспечивающими пространственную жесткость, нормируются. В обеспечении пространственной жесткости здания участвуют также опоры, представляющие собой столбы или колонны, которые воспринимают нагрузки от вышележащих частей здания и передают их нагрузки на конструкции, расположенные ниже, или на свои собственные фундаменты.

Перекрытия делят здания на этажи, несут собственный вес, вес перегородок, мебели, людей, оборудования и передают эти нагрузки на стены или отдельные опоры.

Этажом называется ярус помещений, пол которых находится примерно на одном уровне. Этаж называется надземным, если пол его расположен выше тротуара или отмостки, цокольным или полуподвальным — если этаж заглублен в землю не более чем на половину его высоты, и подвальным — при большем заглублении.

В ряде зданий (лабораторные корпуса, здания повышенной этажности и др.), кроме основных этажей, устраивают технические этажи, на которых размещается инженерное оборудование (отопительные устройства, вентиляционные камеры, насосные и т. д.). Общая этажность здания определяется числом надземных этажей. Цокольные этажи используют для нежилых помещений.

Перекрытия играют большую роль в обеспечении общей устойчивости здания и в зависимости от системы соединения их элементов со стенами или отдельными опорами влияют на несущую способность последних. Так, отдельно стоящая высокая стена обладает меньшей несущей способностью, чем такая же стена, связанная с перекрытиями.

Различают надподвальные, междуэтажные и чердачные перекрытия. В зданиях с подвалами, имеющими более Одного этажа, перекрытия между подвальными этажами называют нижними перекрытиями.

Перекрытия могут опираться либо непосредственно на стены или отдельные опоры, либо на соединяющие стены с отдельными опорами горизонтальные балочные конструкции, называемые прогонами.

Кроме перечисленных выше несущих элементов или частей здания, к числу основных относятся крыша, лестницы, перегородки, окна, двери и фонари.

Крыша защищает здание сверху от дождя, снега, ветра и солнца. Она состоит из кровли (сплошной водонепроницаемой оболочки) и несущих эту кровлю конструкций.

Чердаком называется пространство между чердачным перекрытием и кровлей. Если крыша совмещена о чердачным перекрытием и чердак отсутствует, то такая конструкция называется бесчердачным покрытием.

Лестницы являются путями сообщения между этажами и путями эвакуации при пожаре и других бедствиях. Из противопожарных соображений лестницы замкнуты в капитальные стены, образующие лестничную клетку. Устройство каких-либо проемов, кроме дверей, во внутренних стенах лестничной клетки не допускается. Лестницы должны освещаться естественным светом (через окна в наружных стенах).

Лестничная клетка в силу малой протяженности образующих ее стен представляет собой жесткую коробку и, будучи связана с другими элементами здания, существенно повышает его пространственную жесткость.

Внутри некоторых зданий высотой до двух этажей (магазины и др.) располагают парадные лестницы, которые выполняют из монолитного железобетона и делают открытыми, без лестничной клетки.

Перегородки опираются на перекрытия и делят помещения на отдельные комнаты.

Окна являются ограждающей конструкцией и служат для освещения и вентиляции помещений.

Двери являются ограждающей конструкцией и служат для сообщения между соседними помещениями или между помещением и наружным пространством.

Фонарями называют остекленные конструкции в покрытиях зданий. Фонари устраивают преимущественно в промышленных зданиях; они служат для вентиляции и усиления освещения помещения.
 

Рис. 2. Здания с несущими стенами:
а — опирание перекрытий на продольные стены; б — то же, на поперечные стены в — то же, по всему контуру

В зависимости от сочетания элементов, составляющих несущий остов здания, различают три основных конструктивных схемы: бескаркасная, каркасная и комбинированная (с неполным каркасом).

 
Рис. 3. Каркасное здание:
1 — колонны каркаса; 2 — ригель; 3 — перекрытие

Здание с несущими стенами (бескаркасная схема) представляет собой жесткую и устойчивую коробку из взаимосвязанных наружных и внутренних стен и перекрытий (рис. 2). Этот тип зданий, в свою очередь, подразделяется на здания с продольными несущими стенами (несущие элементы перекрытий лежат поперек здания), с поперечными несущими стенами (элементы перекрытий лежат вдоль здания) и с продольными и поперечными несущими стенами. В последнем случае крупноразмерные плиты перекрытий (панели перекрытий) с размерами в плане, равными размерам ячейки между четырьмя стенами, опираются на внутренние и наружные стены. Такие плиты называют опертыми по контуру.

Если же для стен применяется легкий материал с небольшой прочностью и низким коэффициентом теплопроводности, используют каркасную схему здания (рис. 3). В этом случае каркас из колонн и горизонтальных связей между ними (прогонов, ригелей) воспринимает на себя нагрузку от крыши, перекрытий и стен. Стены каркасных зданий являются ограждающим заполнением между элементами каркаса.

Промежуточной между каркасной и бескаркасной является схема здания с неполным каркасом (комбинированная схема). В этом случае наружные стены являются несущими и нагрузка от перекрытий, крыши и других элементов передается непосредственно или через прогоны на наружные стены и внутренние колонны каркаса (рис. 4).
 

Рис. 4. Здание с неполным каркасом:
1  — наружные несущие стены; 2  — колонны неполного каркаса; 3  — ригели (балки) каркаса; 4  — фундаменты; 5 — перекрытия

Для зданий дореволюционной постройки наиболее типична бескаркасная схема. В современном строительстве каркасная и комбинированная схемы получили широкое распространение в промышленных и частично в жилых и общественных зданиях.

Основным материалом каркаса в современном строительстве является сборный железобетон, а при больших высотах — сталь.

До 50-х годов для каркаса многоэтажного здания использовали монолитный железобетон или сталь, при малых нагрузках и небольшой высоте — деревянные стойки, обвязки и балки, а также комбинацию из кирпичных столбов и деревянных, железобетонных или стальных балок.

www.remontlib.ru

Каркасные конструкции — Всё о бетоне

Каркасные конструкции — современный вид строений, отличающийся быстротой возведения.

Конструкция кровли каркасного дома.

Данная технология пользуется популярностью во всем мире и является наиболее часто применимой в современном строительстве. Применение каркасной технологии допустимо при строительстве из разнообразных материалов: железобетона, дерева и прочего.

Преимущества конструкций

Каркасные дома по прочности и надежности не уступают строениям из кирпича. Преимущества каркасного дома:

• экономичная и быстровозводимая постройка;
• конструкция менее подвержена повреждениям, вызванным особенностями грунта или ошибками при строительстве, а также ее собственным весом;
• простота отделки позволяет проводить ее в любое время года;
• в связи с легкостью подобной конструкции не требуется создания массивного фундамента;
• так как стены и перекрытия такой конструкции имеют низкую теплоемкость, прогрев дома в холодное время года не требует особых усилий;
• возведение каркасного дома предоставляет широкие архитектурные возможности;
• подобная конструкция обладает высокой пожаростойкостью.

Недостатки построек

Однако стоит помнить, что строительство каркасного дома может иметь и свои недостатки:

• большинство современных материалов, используемых при подобном строительстве, могут быть опасны для здоровья человека. Например, древесно-стружечные плиты;
• такие дома не обладают достаточной термической стабильностью, поэтому за обеспечением оптимальной температуры в помещении необходимо тщательно следить;
• в большинстве случаев каркасная конструкция имеет мостики холода, которые могут привести к разрушению материалов каркаса;
• прочность строения может быть недостаточной;
• стены каркасного дома легко разрушить;
• стены дома обладают малой паропроницаемостью.

Виды конструкций

Схема каркаса бани.

Прежде чем приступить к строительству каркасного дома, лучше всего ознакомиться тем, какими могут быть виды, основанные на каркасе, и типы перекрытия и стеновых балок каркасного дома. Это позволит выбрать вид строения, который оптимально подойдет именно для вашего проекта, и лучшие строительный материалы из всего широкого ассортимента.

Основные разновидности подобных строений таковы:

1. Рамная с перекрытием.
2. С неразрезными стойками.
3. Стоечно-балочная конструкция.
4. Каркасно-стоечная конструкция.
5. Объединенная конструкция, сочетающая в себе элементы различных видов конструкций.

Первый вид еще называют платформой или поддонной технологией, она широко применяется в строительстве в Северной Америке и Канаде, поэтому иногда ее называют канадской.

Схема стен каркасного дома.

Особенности возведения каркаса такого вида заключаются в том, что каждый ее слой — это отдельная платформа или поддон. Собирают каркас для такого дома от основания, то есть снизу вверх. Прежде всего на фундамент укладывают обвязку. Затем укладывают лаги перекрытия и балки первого этажа. При помощи вспомогательных элементов (лаг разных видов) их объединяют в один поддон.

На основе этого поддона собирают стеновой каркас. Таким образом устанавливаются стойки каркаса, служащие несущими элементами стен. Внизу стойки крепят к лагам, а их верхняя часть представляет собой опору для перекрытия верхнего этажа. Каркас для верхних этажей собирается по той же технологии.

Конструкция каркасного дома с неразрезными стойками отличается тем, что в ней вертикальные стойки проходят сразу через 2 этажа дома. На уровне второго этажа в стойки врезают опору, к которой крепятся балки перекрытия. Стеновой каркас стягивают при помощи лаг перекрытия. Возведение данной конструкции имеет свои сложности, основная из которых заключается в необходимости установки вертикальных стоек строго параллельно.

Схема крыши каркасного дома.

Гораздо сложнее в изготовлении конструкция каркаса, основанная на стоечно-балочных элементах. Это вызвано тем, что она имеет множество шиповых соединений, врезок и врубок. Преимущества такого типа в том, что он отличается долговечностью и прочностью, так как для него используются брусья размером 150х150 или 200х200, которые практически не подвержены порче и гниению. Подобная конструкция может выдержать очень большие нагрузки.

Каркасно-стоечная конструкция очень похожа на каркас стоечно-балочного типа. Существенное отличие состоит в том, что в данном варианте несущие стойки устанавливаются в виде свай (непосредственно в грунт) или на бетонные основания. Такая технология обеспечивает хорошую вентиляцию дома, благодаря тому, что он оказывается приподнятым. Это преимущество особенно актуально для некоторых типов грунтов, например, если местность болотистая или вероятна возможность его подтопления. Между вертикальными стойками конструкции устанавливают каркасные рамы, а уже в них устанавливают окна или двери.

Существует множество вариантов объединенной конструкции. Например, при изготовлении перекрытия используют технологию неразрезных стоек, нижнюю обвязку выполняют из брусьев 150х150, а боковые фасады дома выполняют по технологии рам. Таким образом, можно создать дом, который будет объединять в себе преимущества нескольких видов каркаса, а их недостатки будут практически устранены.

Продумав собственный проект каркасного строительства, вы можете самостоятельно определить, как вам будет удобнее выполнить стены и перекрытия и что будет больше соответствовать вашим целям и задачам.

При возведении каркасных строений необходимо учитывать особенности такого строительства, его преимущества и недостатки. Используя такую технологию, вы сможете быстро получить результат. Но при этом необходимо учитывать такую особенность, как выбор материала, который будет достаточно прочным и при этом не повредит вашему здоровью.

1pobetonu.ru

каркасные технологии ДОК, перекрестные, 3-D и двойные

Развитие отечественного каркасного домостроения не стоит на месте. Досконально освоив типовые американские и европейские подходы к строительству каркасников, компании и частные объединения начинают предлагать потребителю нечто более современное. Так, на нашем рынке появились каркасные технологии ДОК (двойного объемного каркаса), а также перекрестные, 3-D каркасы, из сдвоенных стоек и др.

Безусловно, подобное богатство выбора для потенциального застройщика только в плюс. Но одновременно появляется и много вопросов о целесообразности, оптимальности того или иного метода возведения жилья. Попробуем разобраться в преимуществах сложных каркасов, а также, в каких случаях им стоит отдавать предпочтение.

Зачем усложнять типовые конструкции каркасных домов

Казалось бы, в отточенных веками технологиях американо-канадских и европейских (норвежских, немецких, финских и т.д.) мастеров уже все учтено до мелочей. Конструкции их каркасных домов отличаются:

1. Надежностью и долговечностью. В той же Америке с её мощнейшими ураганами далеко не всегда стихии удается серьезно навредить каркасникам, некоторые из которых стоят уже более 100 лет.
2. Отличной теплоэффективностью. С этим сложно спорить, ведь не зря эти дома повсеместно встречаются в наиболее холодных регионах Канады или Скандинавии.
3. Рентабельностью проектов. Минимизация вложений в строительство заметна во всех его вопросах – от трудозатрат до закупки материалов.

Так что же пошло не так, если технология строительства каркасных домов, устоявшаяся за долгие годы, вдруг вновь начала широко модернизироваться? Ведь даже появление более эффективных материалов, например, минеральной ваты или пенопласта на замену глине, соломе, опилкам или камышу не внесло кардинальных новшеств в техпроцесс. Основную причину следует искать в значительном удорожании энергоресурсов, экологических проблемах, а значит, и в изменившемся подходе к вопросам теплосбережения.

Чем же не устраивают одинарные каркасные системы?

Чтобы ответить на этот вопрос, для начала обратимся к краеугольным параметрам, используемым при термодинамических расчетах строительных конструкций – коэффициентам теплопроводности материалов. Чем они выше, тем интенсивней протекает процесс переноса энергии (нагрева, охлаждения) через ограждения теплового контура. Для стены либо перекрытия дома с деревянным каркасом ключевое значение имеет теплопроводность утепляющих наполнителей и несущих конструкций. Первые обычно представлены минватами, эковатой, пенополистиролами, вторые – досками хвойных пород.

Смотрим усредненные коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м*°C)) этих материалов при нормальной влажности:

• каменная вата – 0,043;
• стекловата – 0,044;
• пенополистирол (ПСБ, ПСБ-С) – 0,041;
• пенополистирол экструдированный (ЭППС, XPS) – 0,03;
• эковата – 0,04;
• сосна (поперек волокон) – 0,14;
• ель (поперек волокон) – 0,29.

Сравнивая, например, каменную вату и сосновую доску, видим разницу в теплопроводности более чем в 3 раза не в пользу древесины. Значит, зимой через скелет каркасного дома отток тепла наружу будет происходить гораздо интенсивней, чем через теплоизолирующий заполнитель. Таким образом, в относительно тонких ограждающих конструкциях каркасника древесина становится мостиком холода.

Чем это чревато на практике? Во-первых, дополнительными затратами на отопление. Во-вторых, возникает риск, особенно в периоды сильных морозов, формирования условий точки росы в областях элементов каркаса. А это уже грозит увлажнением древесины, от которого напрямую страдает долговечность каркасных домов.

Как можно улучшить характеристики каркасных конструкций

Избавиться от конденсата поможет усиленный прогрев помещений. Фактически так во многом раньше и решались задачи теплового комфорта жильцов. В самые лютые морозы дома можно было ходить раздевшись, а о конденсате на стенах вообще мало кто слышал. Теперь подобный подход является неоправданной роскошью. Поэтому строители каркасных домов изыскивают всевозможные пути снижения теплопотерь, в данном контексте – наращивая термосопротивление ограждающих оболочек. Для этого:

• используются передовые теплоизоляционные материалы;
• увеличивается толщина частей теплового контура сооружения;
• устраняются мостики холода (конструктивными и монтажными методами).

Эффективная теплоизоляция

В любой современной каркасной технологии для внутреннего заполнения внешних стен и перекрытий стараются отдавать предпочтение материалам с минимальными коэффициентами теплопроводности. На сегодня они имеют достаточно эффективные значения, а их качественное улучшение в обозримом будущем не предвидится.

Теплоизоляционную продукцию стоит выбирать из ассортимента положительно зарекомендовавших себя производителей. К ней относятся, например, базальтовый утеплитель Paroc или Rockwool, пленки для обеспечения пароизоляции или ветрозащиты Yuta. Особое признание у отечественных потребителей получили уникальные по своим свойствам супердиффузионные мембраны торгового бренда Tyvek от компании DuPont.

Толще, значит, теплее?

В общем случае, так оно и есть. Достаточно посмотреть на базовую формулу для расчета термосопротивления R ((м²*°C)/Вт) однородного материала с толщиной слоя σ (м):

R= σ / λ.

Из выражения следует, что тепловое сопротивление ограждающей конструкции будет возрастать с увеличением ширины её сечения, а также с использованием в наборе структурного пирога материалов с меньшими коэффициентами теплопроводности.

В качестве примера сделаем грубую прикидку толщины слоя теплоизоляции для утепления стены дома, построенного по каркасной технологии. Грубую потому, что настоящий теплотехнический расчет учитывает более значительный объем данных. У нас должно выполняться условие R_о<R_ф, где R_о – базовая величина термосопротивления внешних стен для соответствующего региона, а R_ф – фактическое значения для рассчитываемой конструкции. Например, если для Московской области R_о=3,130 (м²*°C)/Вт, то минимальная толщина слоя утеплителя на основе стекловаты (0,044 Вт/(м*°C)) должна составить:

σ=3,13*0,044=0,138 м или 138 мм.

На практике, с учетом мостиков холода, погрешностей монтажа и коэффициентов запаса, получим не менее 150 мм. И все же остается риск локального переохлаждения одинарного каркаса, особенно в наиболее холодные периоды, приводящего к выпадению конденсата в области деревянных стоек и перемычек. Поэтому, чтобы не пострадала долговечность каркасного дома и гарантированно получить «теплую» стену по всей поверхности, её толщину увеличивают до 200-250 мм.

Стоит ли делать стены (перекрытия) еще толще и возникающие при этом проблемы

Указанные параметры теплового контура жилой постройки разрабатываются из расчета эксплуатации полноценной современной системы отопления, наделенной удельной теплопроизводительностью на уровне 60–100 кВт/м².  Однако сегодня в проектировании уже не только каркасников, но и иных типов строений, просматривается стремление приблизится к идеалу теплоэффективности. Инженеры и монтажники стараются создать так называемый «пассивный каркасный дом». Это сооружение с настолько незначительными теплопотерями, что на поддержание в нем теплового комфорта энергия специально не затрачивается. Для обогрева внутреннего объема пассивного дома вполне хватает тепла, выделяемого человеческим телом, электроприборами, поступающего извне с солнечным светом через оконные остекления.

Конечно, добиться такого высокого КПД  в процессе теплосбережения, можно лишь реализуя целые комплексы конструкторских решений. Они касаются и специальных энергосберегающих окон, и оптимизированной системы вентиляции с возвратом (рекуперацией) тепла, и многих других вопросов. Однако ключевое значение в ряду улучшений теплофизических свойств здания отводится наращиванию термосопротивлений стен и перекрытий путем создания усиленных каркасов, имеющих широкие поперечные сечения.

Толщина ограждающих конструкций: какую выбрать?

В теории ширина их сечений может приближаться к метровой величине, что на практике способно слишком усложнить и неоправданно увеличить сроки строительства каркасного дома, сделать его чересчур дорогостоящим. Поэтому, чтобы создать близкий аналог пассивного дома (с затратами на отопление около 15 кВт/м²) с вложениями, которые окупятся в обозримой перспективе, его ограждающие конструкции (для средней полосы РФ) должны содержать слой эффективной теплоизоляции толщиной:

• в верхнем перекрытии или утепленной кровле – 500-600 мм;
• в наружных стенах – 400-450 мм;
• в нижнем перекрытии – 350-400 мм.

Но и при создании таких тепловых оболочек по технологии одинарного каркаса возникает немало вопросов. Во-первых, с увеличением толщины сухого струганного леса возрастает его удельная себестоимость и дефицитность. Во-вторых, сквозные, через всю ширину сечения конструкционные элементы из древесины, в любом случае остаются участками с относительно высокими теплопотерями. В-третьих, накапливаются различные монтажные сложности, способные существенно ухудшить расчетные термодинамические параметры сооружения. Они касаются качественного закрепления и распределения теплоизоляции в объеме стены (перекрытия), плотной подгонки рядов стоек и их узловых соединений, а также других практических моментов. Решить эти вопросы помогает перекрестный каркас, двойной, ДОК и 3-D.

Достоинства и недостатки технологий объемных каркасов

Двойной перекрестный каркас

Является наиболее простой попыткой уйти от сквозных мостиков холода через всю торцевую часть древесины стоек стен или лаг перекрытий. На рисунке показаны пути оттока тепла из помещения через обычный и объемный перекрестный каркас дома, а также формирующиеся при этом наиболее охлаждаемые зоны. По ширине конструкций (вид сверху), при их одинаковой толщине, протяженность участков теплопереноса не меняется. Однако, если смотреть на них в анфас, то разница в площадях охлаждаемых зон становится очевидной.

Таким образом, при одинаковой толщине ограждающих конструкций и утеплителя в них двойной перекрестный объемный каркас в сравнении с обычным позволяет:

• добиться лучших показателей термосопротивления по площади стен и перекрытий;
• минимизировать локальные мостики холода как через массив древесины, так и через погрешности сборки – щели в узловых сопряжениях несущих элементов, а также между фрагментами утепляющего материала, что позитивно сказывается на их сохранности;
• повысить защиту помещений от уличного шума;
• использовать для строительства каркасного дома менее дорогие пиломатериалы.

Например, наборка структурно скелета под закладку утеплителя толщиной 150 мм уже может вестись не на основе стоек из доски 50*150 мм, а на основе доски 50*100 мм (стоек) и бруска 50*50 мм (горизонтального каркаса).

Двойной объемный каркас (ДОК)

Запатентованная на западе схема двойного каркаса дома по технологии ДОК – её продвижением на отечественном рынке занимается группа компаний Наносфера – способна обеспечить еще более высокую энергоэффективность и прочность стен сооружения, чем при монтаже перекрестного каркаса. Целесообразность её использования может вызываться потребностью закладки толстых слоев утеплителя во внешнюю и внутреннюю части ограждающей конструкции. Если прибегнуть к перекрестной схеме, то нагрузка на вертикальные стойки окажется слишком высокой. Поэтому второй каркасный ряд также собирают из вертикальных элементов, но со смещением ячеек относительно первого.

После равномерной укладки утеплителя мостики холода, преимущественно, образуются только через контактные зоны стойка/ перемычка между внешним и внутренним слоем. Площадь локальных переохлаждаемых зон получается примерно такой же, как и в случае с перекрестным каркасом, что наглядно отображено на схеме ниже. Однако, за счет увеличения сечения, пути оттока тепла удлиняются, а значит теплопотери через эти участки становятся ниже.

В итоге, деревянные каркасы по технологии ДОК гарантируют все те же преимущества, что и перекрестные, но одновременно обеспечивают ограждающим конструкциям более высокую прочность.

3-D каркас

Еще одна структурная модификация стандартной технологии строительства каркасных домов. Из схемы видно, что в 3-D системе полностью отсутствуют пути сквозного оттока тепла. Теплообмен через несущий скелет осуществляется уже не по прямой, а по более протяженной ломаной линии. Она проходит через две стойки и горизонтальную перекладину промежуточного каркаса.
В результате, при подобной компоновке, теплопотери через деревянную конструкцию минимизируются на столько, что приближаются к показателю теплопотерь через утепляющий материал. На практике это означает еще более высокую теплоэффективность 3-D системы по сравнению с двойным перекрестным или двойным объемным каркасом.

Сдвоенный каркас и стойки Ларсена

Система каркасных стоек Ларсена так же, как и рассмотренные выше технологии объемных каркасов, позволяет создавать внешние тепловые оболочки значительной толщины. Ее разработку приписывают канадцу Джону Ларсену. В 1981 г. он предложил несколько отойти от традиционной концепции моноэлементов из массивного леса (досок, бруса) для сборки скелетов несущих конструкций каркасных домов. Его технология позволила представить стойку стены или балку перекрытия, как ферму, составленную из досок (поясов) и фрагментов фанеры или OSB (связей решетки).

Оригинальная ширина стеновых стоек Ларсена – 30 см, но на практике она принимается соответствующей толщине утепляющего слоя. По аналогичной схеме могут собираться фермы, в которых пластины связей заменяются на перемычки и подкосы из доски. Такая модификация особенно оправдана для несущих элементов широких стен.

Преимущества сдвоенных каркасов:

• позволяют унифицировать значительную часть конструкционных деталей. Их заготовка может вестись по шаблонам на стройплощадке или серийно в заводских условиях. Подобную продукцию, например, предлагает компания Framing House. В любом случае готовые стойки-фермы упрощают общий монтаж, а также гарантирует точность и скорость возведения каркасного дома;
• менее требовательны к качеству пиломатериалов;
• для сборки ферм может использоваться доска меньших сечений (дюймовка), чем в случае реализаций технологий ДОК, 3-D или перекрестных каркасов.

Недостатки сдвоенных каркасов:

• оптимальным для них является насыпной заполнитель (эковата). Выполнить качественную укладку слишком толстых слоев плитного (рулонного) утеплителя сложнее – она требует больших усилий и соответствующего монтажного опыта;
• остаются небольшие, но множественные сквозные мостики холода через сечения несущих элементов ограждающих конструкций. Они показаны на схеме, в сравнение с одинарным каркасом.

Одинарный каркас уже в прошлом?

Логичный вопрос, раз многослойные конструкции предоставляют потребителю столько преимуществ. Тем не менее, в обозримом будущем отказываться от проверенных веками традиционных одинарных систем вряд ли стоит. Дело в том, что каркасные технологии имеют солидный арсенал правильных решений. Каждое из них должно выбираться на основе анализа многих факторов: требований к комфорту, допустимых объемов начальных вложений или сроков окупаемости и т.д.

Например, если дом возводится в регионе с мягким климатом или вас не пугают его энергетические потери на уровне 60–100 кВт/м², компенсируемые типовым автономным отоплением, то с различными объемными каркасами связываться выйдет себе дороже. С другой стороны, стандарты теплоэффективности ограждающих конструкций постепенно ужесточаются. Их пересмотр осуществляется в среднем каждые 5 лет. Поэтому, если хотите идти в ногу со временем или «вообще не платить» за отопление, то технология каркасного дома ДОК, 3-D и т.п. – ваше все.

Однако, выбирая подобные нестандартные решения, следует учитывать, что:

• их реализация потребует несколько больших трудозатрат и безупречной сборки конструкций;
• вложения в материалы окажутся уже гораздо более значительными. Например, сборка двойного объемного каркаса потребует в два раза больше доски и утеплителя. А ведь они являются основными пунктами в расходах на закупки стройматериалов для возведения любого каркасника;
• получить действительно энергоэффективный или пассивный каркасный дом, возможно, но только при комплексном подходе к вопросу его возведения. Толстые многослойные стены и перекрытия должны дополняться самыми современными оконными и вентиляционными системам, а общая архитектурная компоновка должна быть выполнена профессиональным разработчиком.

Указанные факторы отражаются на окупаемости дополнительных вложений в строительство, которая вполне может растянуться на 10-20 лет. Об этом не стоит забывать, решая, какой тип каркаса выбрать для строительства своего дома.

stroymasterok.com