Раздел 5. Конструкции деревянных зданий.

Древесина – древнейший, ценный и благородный строительный материал. В настоящее время накоплен большой опыт проектирования, производства, монтажа и эксплуатации ДК.

Первой конструктивной формой строения явился прямоугольный в плане сруб из бревен. С увеличением площади и объемов строящихся зданий и сооружений приходилось совершенствовать узловые соединения, конструктивные формы, осуществился переход от цельнодеревянных конструкций к клеенным (дощатоклееные и клеефанерные).

*Структура использования лесоматериалов в строительстве, %

• при производстве строительно-монтажных работ (опалубка, леса) – 50%;

• столярные изделия – 30%;

• обрешетка, настилы – 8%;

• несущие деревянные конструкции – 6%;

• малоэтажное строительство – 5%;

• столбы ЛЭП – 3%;

• шпалы – 3%.

Структура применения ДК в России и США по видам строительства, %:

Россия США

• промышленное – 10% 35%

• гражданское – 2% 42%

• сельское – 87% 10%

• транспортное – 1% 13%

Применение клееных конструкций позволило разнообразить архитектурные и конструктивные формы, обеспечить надежность в эксплуатации. Создание конструктивных форм из отдельных элементов может решаться различными способами. Образование множества форм из ограниченного набора повторяющихся составных ча­стей универсального назначения посредством их ком­бинирования. Суть этого метода - "разное из одинако­вого", что позволяет массовое и типовое выводить на уровень индивидуального.

Предпосылками уни­версального использования клееных элементов в кон­струировании форм являются их весовые, прочност­ные и жесткостные показатели. Один и тот же элемент может быть применен в работе на сжатие, сжатие с изгибом, растяжение и изгиб. Это обеспечивает сво­боду пространственной ориентированности элемента в конструктивной структуре.

Общую форму балочных покрытий в значитель­ной степени определяют основные несущие элементы

• балки или фермы. Их формы могут варьироваться в очень широких пределах - от простой прямолинейной до криволинейных очертаний самых разнообразных конфигураций. Величина пролетов, перекрываемых балками, обычно составляет 12...30 м. Благодаря со­вершенствованию способов выполнения узловых со­единений элементов широкое применение в зарубеж­ной практике находят фермы. Их преимущество – большепролетность.

Основными факторами, влияющими на образова­ние конструктивных форм из балок, являются их гео­метрия, величина основных и вспомогательных элемен­тов, характер взаимосвязи между ними (рис.1).

Широ­ко распространенное решение балочного покрытия -параллельное расположение балок с постоянным их шагом. Форму покрытия в этом случае определяет фор­ма самих балок. Однако ее можно изменять, опирая балки на разновысокие опоры, по одной или двум сто­ронам. Значительную роль могут сыграть второстепен­ные несущие элементы - прогоны. Их формой можно придать покрытию складчатый или волнистый профиль и добиться оригинальности решения интерьера.

В центричных зданиях балки могут быть расположены радиально. При этом их опирание возможно на централь­ную или внецентренно расположенную колонну, при­стенные или угловые опоры. Возможны варианты раз­новысоких опор, что обеспечивает построение формы, определяемой функцией зального пространства.

Р азнообразие архитектурных решений достигает­ся применением так называемых балочных клеток (кон­турное расположение). Сопряжения балок под углами 30', 45', 60', 90° зависят от получения необходимой кон­структивной формы и могут быть с опиранием друг на друга или в одном уровне

РИС.1 Приемы расположения балок в конструктивной структуре

РИС. 2. Приемы расположения рам в конструктивной структуре

Основными факторами, влияющими на формооб­разование с применением рам, являются: приемы расположения основных рам в плане, использование разных по конфигурации и величине пролета рам и вто­ростепенных элементов - прогонов, подкосов, консо­лей (рис.2).

Чаще всего применяется параллельное рас­положение рам с их постоянным шагом на прямоуголь­ных планах. Покрытия с поверхностью гипара получа­ются при сочетании рам с разной конфигурацией их ригелей, например, горизонтального и скатного, дву­скатных с разными наклонами. Наиболее просто это достигается однотипными рамами с односкатным ри­гелем и расположением их попеременно скатами в разные стороны. Соединение карнизных и коньковых узлов рам разной конфигурации (через одну) диаго­нальными элементами образует покрытие складчатой формы. Наклонно расположенные рамы с их попарным опиранием на столбчатые фундаменты образуют жесткую, геометрически неизменяемую структуру, если между стойками рам дополнительно ввести по два на­клонных элемента.

Попарно-перекрестное расположение рам в струк­туре характеризуется попарным опиранием на один фундамент и попарным сопряжением рам в конько­вом узле. Этот прием обеспечивает хорошую простран­ственную жесткость каркаса. Применяя разные по вы­соте и конфигурации рамы, можно получить различ­ные сочетания складчатых или криволинейных повер­хностей покрытий.

В структурах с центричным планом целесообразно радиальное расположение рам, дающее разнообраз­ные формы покрытий: конусную, пирамидальную, складчатую, многогранную

Радиально-ячейковое расположение рам может ис­пользоваться в зданиях ячеистой планировочной струк­туры, образованной на основе треугольника, квадра­та, шести- или восьмиугольника. Несущими являются Г-образные элементы - полурамы. В каждой ячейке они опираются в центре и расходятся ригелями в углы мно­гоугольника (возможно и к середине сторон),соединя­ясь с такими же полурамами другой ячейки. По пери­метру возможно устройство консольных вылетов по­крытия. Характер заполнения покрытия прогонами или панелями обуславливает его форму - с плоскими гра­нями или криволинейную, в том числе гиперболичес­кую при условии расположения прогонов параллельно ригелям рам.

Безусловное достоинство радиально-ячейковой структуры - пространственная жесткость, возможность устройства в покрытии световых фона­рей, своеобразная организация интерьера.

Основной недостаток - сложность решения водоотвода с покры­тия.

При звездчатом расположении конструкций струк­туру образуют рамы, соединяющие середины сторон многоугольного плана или его углы через один, и по­лурамы, примыкающие в коньковом узле к рамам. Между собой коньковые и карнизные узлы раскрепля­ются горизонтальными элементами. Звездчатая струк­тура может применяться в небольших зданиях с пра­вильным многоугольным планом.

РИС.3. Приемы расположения арок в конструктивной структуре

Н оменклатура несущих конструкций: балки, фермы, рамы, арки, стойки.

Балки: цельнодеревянные и клееные (дощатоклееные и клеефанерные). Цельнодеревянные применяют для перекрытия пролетов до 6,5 м. Клеенные – до 24 м. Клееные балки различают по очертанию о форме поперечного сечения. Прямоугольные — дощатоклееные. Коробчатые и двутавровые — клеефанерные.

Рис.

Фермы: цельнодеревянные и металлодеревянные. По очертанию верхнего пояса они могут быть треугольные, сегментные, трапецевидные, полигональные.

Цельнодеревянные применяют для перекрытия пролетов 9-18 м, металлодеревянные до 36 м.

Рис.

Рамы: брусчатые, дощатые, клееные (дощатоклееные и клеефанерные). Брусчатые рамы с подкосами, применяют как правило, в малоэтажном строительстве для пролетов 9 – 24 м, клееные – 45 м.

Рис.

Арки: клееные. По очертанию оси: круговые, сегментные, параболические, криволинейные, треугольные. Могут опираться на фундамент (без затяжки) или на опоры (с затяжкой). Применяют для перекрытия пролетов 12 – 60 м.

Рис.

Стойки: цельнодеревянные, дощатоклееные. По форме поперечного сечения: сплошные и решетчатые. Цельнодеревянные применяют высотой до 6,5 м, клеедеревянные до 10 м.

ЛЕКЦИЯ №13. КОНСТРУКЦИИ МАЛОЭТАЖНЫХ ДОМОВ.

Строительство малоэтажных деревянных домов развивается по двум направлениям:

1. полносборные дома — панельное и каркасное домостроение;

2. дома построечного изготовления из массивной древесины (бревен, брусьев).

Панельные дома представляют собой полносборные дома со стенами и перекрытиями из крупноразмерных панелей на деревянном каркасе, изготавливаемые на заводах и поставляемые на объект. Под данный комплект заранее выполняется фундамент с цоколем. Цоколь может быть перекрыт сборными железобетонными плитами или в виде сборных плит на деревянном каркасе, входящих в комплект дома.

Жесткость здания обеспечивается креплением ферм с панелями верхними обвязками, диагональными, связями, подшивным потолком.

Панели наружных стен имеют каркас из досок сечением 47х 124 и 47х144 в зависимости от температуры наружного воздуха. Панели обшивают цементно-стружечными плитами толщиной 14 мм или водостойкой фанерой толщиной 8 мм или фрезерованными досками толщиной 13 мм по слою ДВП толщиной 4 мм. Между обшивками укладывается утеплитель из минераловатной плиты.

Панели внутренних стен имеют каркас из досок сечением 47х94 и обшивку из ДВП, склееных из двух слоев толщиной 3,2…4 мм.

Цокольные панели перекрытия имеют каркас из досок сечением 47х172. Со стороны пола панели обшивают водостойкой фанерой толщиной 12 мм, со стороны подполья цементно-стружечными плитами толщиной 14 мм. Утеплитель минераловатная плита

Чердачные панели перекрытия имеют каркас из досок сечением 47х144. Панели обшивают водостойкой фанерой толщиной 12 мм, двух сторон. Утеплитель минераловатная плита.

Перспективным сейчас является направление производства сборных деревянных домов из складывающихся блоков. Складывающийся блок состоит из панелей высотой на 2 этажа, цокольной панели и панели перекрытия. Панели, соединенные при помощи шарниров при складывании в пакет поворачиваются относительно цоколя.

ДК справочник строителя стр.82 рис. 2 24

Достоинства панельных домов:

• Полная комплектность дома, изготавливаемого на специализированных предприятиях;

• Высокое качество продукции, выпускаемой на поточных линиях квалифицированными рабочими.

Недостатки:

• Высокая стоимость, связанная с заводскими затратами;

• Единообразие фасадов и планировок;

• Стеновые панели приходится монтировать при помощи грузоподъемных механизмов.

• Наличие стыков, в которых затруднено качественное исполнение теплоизоляции, не обеспечивает комфортности проживания.

Каркасные дома собирают из брусков сечением 50х100. Каркас состоит из нижней и верхней обвязок, стоек (несущих, рядовых, промежуточных, угловых), раскосов жесткости, ригелей, несущих элементов конструкции, между которыми помещаются оконные и дверными проемы. Несущие стойки располагают на расстоянии 0,5 до 1,5 м. Раскосы жесткости располагают в углах жома в плоскости стен. Они обеспечивают устойчивость каркаса.

Домашний мастер стр. 67 рис. 46

Каркас обшивается с наружной и внутренней стороны досками или древесными плитами. Пространство между ни ми заполняется минераловатными, древесноволкнистыми или фибролитовыми плитами. Элементы каркаса изготавливаются в заводских условиях и в пакетах доставляются на объект. На объекте после монтажа каркаса стены обшиваются материалом.

Жесткость каркаса обеспечивается междуэтажными и чердачными перекрытиями, связями в плоскости каркаса ( раскосы жесткости),а также листами обшивки

Достоинства:

• Применение каркасной системы позволяет разнообразить архитектурные решения домов.

• Требуют небольшого расхода древесины;

Недостатки:

• Возведение трудоемко, слабо поддается механизации.

Дома со стенами из массивной древесины.

Бревенчатые малоэтажные дома. Для изготовления бревенчатых домов применяют бревна толщиной 300…500 мм. Стены лучше делать из ели или сосны, т.к. эти бревна содержат смолу, благодаря которой они долго не рассыхаются и обладают стойкостью к атмосферным осадкам.

Бревна укладываются горизонтальными рядами друг на друга и скрепляются в углах врубками. Ряд бревен, скрепленных по периметру, называется венцом. Венцы, сложенные друг на друга от основания дома до крыши называют срубом. Нижний венец называют окладным. Для окладного венца следует брать самую высококачественную древесину.

В енцы для прочности скрепляют по длине шипами (нагелями), ставя их через 1..1,5 м. Толщина шипов— 25 мм, ширина — 60..70, высота —120…130 мм. Нагели также устанавливают вблизи углов и мест пересечения внутренних и наружных стен, вблизи оконных и дверных проемов.

Строительство дачного домика стр.59 рис.38

Углы бревенчатого дома выполняют с остатком или без остатка. В первом случае концы бревен выходят за внешнюю поверхность на расстояние равное диаметру бревна. Соединение бревен в этом случае выполняют врубкой «в обло».

С троительство дачного домика стр.60 рис.40б, стр 61 рис 41

При сопряжении стен без остатка соединение бревен выполняют врубкой « в лапу».

С троительство дачного домика стр.60 рис.40а, стр 62 рис 42

При рубке углов « в лапу» они будут более холодными, чем при рубке «в обло». Поэтому их нужно хорошо заделывать ТИ материалами и зашивать досками.

Чтобы бревна плотно прилегали друг другу « в лапе» можно делать потайной (коренной шип).

Для устройства чердачного и междуэтажного перекрытия в стены врубают балки. В наружных стенах их крепят сковороднем («ласточкин хвост»), а во внутренних — полусковороднем. Если балки приходится располагать друг против друга, то их кладут не притык, а врубают на всю толщину стены.

А .М. Шепелев стр. 153 рис. 97

Б русчатые малоэтажные дома.Брусчатые стены являются более простыми по конструкции. Сечение брусьев принимают в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха. При температуре –30^оС — 150х150 мм, при –40^оС — 180х180мм. Для внутренни*х стен используют брусья сечением соответственно 100х150 или 100х180 мм. В углах стены соединяются «с остатком» или «без остатка», т.е. «в обло» или «в лапу».

Д.К.Арленинов стр. 209 рис. 12.3 а,д

Для стен из бруса предпочтительнее соединение «на шип»,т.к. обеспечивается меньшая продуваемость, и как следствие промерзание угла

Стены из бревен и брусьев нуждаются в обшивке. Обшивка предохраняет древесину от увлажнения.

Устойчивость стен из массивной древесины (бревенчатые и брусчатые) обеспечивается следующими конструктивными мероприятиями:

• Длина стены от угла до внутренней поперечной стены не должна превышать длины материала. При этом стыкование брусьев по длине возможно через венец, собранный из нестыкованного бруса. Стыкование стен по длине осуществляют в «полдерева». Для наружных стен во избежание продувания стыкование осуществляется по вертикали;

• Соединение венцов по высоте осуществляют плотно поставленными нагелями из сухой древесины;

• В углах и местах пересечения внутренних и наружных стен стыковые соединения осуществляются «в перевязку»;

• Свободная высота стен ограничивается балками перекрытия или покрытия которые закрепляются нагелями или врубками типа «ласточкин хвост» («сковороднем»), образуя жесткий пространственный блок.

Детали и конструктивные элементы деревянных домов.

Цоколь. При отсутствии подвала высота цоколя принимается в пределах 400…800 мм и зависит от инженерных коммуникаций под полом 1-го этажа.

При перекрытии цоколя деревянными балками для обеспечения вентиляции подполья в цоколе устраивают отверстия размером 150х150 мм (продухи).Продухи рекомендуется устраивать вблизи углов по всем сторонам дома. В зимнее время их закрывают. При малых толщинах цоколя, толщина которого определяется только прочностью, он должен быть утеплен, либо толщину назначают из условий требуемого термического сопротивления. Капилярное увлажнение цоколя отсекается ГГИ, уложенной выше отмостки на 200…250 мм. Завершается устройство цоколя укладкой нижней обвязки. Между нижней обвязкой и цоколем укладывается термогидроизоляционный слой из двух слоев рубероида с паклей. ГИ предупреждает увлажнение древесины от цоколя, а ТИ от влаги которая образуется весной, когда суточная температура колебаний наружного воздуха наиболее значительна, поэтому в зоне контакта дерева и камня может конденсироваться влага. В качестве ТГИ можно использовать антисептированную доску толщиной 40…50 мм или покрывают ее с трех сторон, за исключением верхней и торцевых, битумной мастикой и укладывают на ГИ. В качестве ГИ служит выравнивающая цементно-песчаная стяжка состава 1:2.

Перекрытия. Перекрытия, как правило, устраиваются деревянными балками с устройством по ним чистых полов и подшивкой потолков. В наиболее сложных эксплуатационных условиях находятся цокольные перекрытия, если отсутствует подвальное помещение, а также чердачное перекрытие. Для устройства цокольного перекрытия лучше использовать антисептированные балки. Наиболее благоприятных условиях находятся междуэтажные перекрытия.

Основные элементы перекрытия: балки, накат, лаги, пол и засыпка

Основные балки укладывают на стены при помощи врубки. Для укладки наката к балкам прибивают черепные бруски сечением 40х40 или 50х50 мм. Пластины накаты должны плотно прилегать друг к другу и быть в одном уровне с нижней стороной балки. На накат укладывают слой рулонного материала, утеплитель (засыпку). Засыпку покрывают также слоем рулонного материала. Для изоляции водяных паров теплого помещения от холодного подполья по верху балок перед устройством «чистого пола» укладывается ПИ из рубероида. Помимо этого рубероид снижает скрип от трения половой доски.

С троительство дачного домика стр.91 рис.52

Стропила. Стропила являются несущей частью крыши, которая держит обрешетку и принимает на себя вес кровли. Они могут быть двух видов: висячие и наклонные. Наклонные стропила опираются своими концами на стены. Пролет между опорами может достигать 4,5 м. При большем пролете ставят подкосы. Максимальный перекрываемый пролет 7,5 м.

Висячие стропила устанавливают обычно в больших пролетах до 12 м. Нижние концы балок опираются на стены, а верхние сходятся в коньке друг с другом. Для восприятия распора устраивается затяжка, горизонтальный брус. При перекрытии пролета более 6 м устанавливают дополнительную опору, которую крепят в коньке и в затяжке. Для перекрытии пролета 9 м и более добавляют подкосы.

А .М. Шепелев стр. 227 рис. 152 а…з

Стропилы устанавливают на стены с шагом 1…2 м. В брусчатых или бревенчатых домах ноги стропил должны упираться в верхние венцы, в каменных — на мауэрлат, а в каркасных и панельных - на верхнюю обвязку.

Строительство дачного домика стр.95 рис.55

Обрешетка необходима для настила кровли. Ее изготавливают из досок или брусков. Обрешетка может быть сплошной или разряженной, при укладке рулонной кровли применяют сплошную обрешетку. На стропила горизонтально коньку укладывают доски (бруски) с шагом 0,5…1,0 м, а на них настилают доски. При укладке черепичной кровли или из волнистых листов применяют разряженную обрешетку из брусков.

А.М. Шепелев стр. 227 рис. 152 а…з