Каркасная технология

Дома, построенные по каркасной технологии очень часто еще называют «канадскими». Все дело в том, что именно в Канаде впервые начали строить жилье с использованием несущего деревянного каркаса. Впервые появившись в 1800 годах, канадские коттеджи претерпели значительные изменения, и на сегодняшний день являются одной из наиболее перспективных схем строительства частного жилья.

Принцип построения типичного канадского деревянного коттеджа основан на использовании стандартного бруса (толщиной 38 мм), составляющего прочный каркас, подобный сотовой структуре и несущих стен (shear wall), которые содержат компоненты, способные противостоять деформационным нагрузкам.

Обшивка каркаса осуществляется с помощью влагостойкой фанеры или древесной композиционной плиты OSB.

Анкерные соединения надежно крепят деревянную конструкцию к фундаменту здания.

Металлические крепления, являясь частью несущих стен, объединяют деревянные конструктивные элементы в единую структуру, надежно сдерживающую ветровые и сейсмические нагрузки.

Структура стены
Структура стены

Система стен:

  • Несущие нагрузку стены не выше 3 м.
  • Не несущие нагрузку не превышают 6 м.
  • Сечение бруса для внешних и внутренних несущих стен 38*140 мм.
  • Сечение бруса для внутренних перегородок 38*90 мм.
  • Расстояние между стойками панели 400 мм по осям.

Система перекрытий:

  • Сечение бруса для перекрытий 38*230 мм или 38*300 мм или фермы.
  • Предельные значения длины бруса перекрытия рассчитываются по Нормам. (в среднем около 4.5 м). Для ферм - до 8 м.
  • Балки изготавливаются путем сплочения нескольких брусьев (расчет ведется по Нормам).
  • Расстояние между лагами пола от 400 мм до 610 мм по осям.
  • Черный пол - водостойкая фанера 18 мм.

Система покрытия:

  • Длина стропила в горизонтальной проекции не должна превышать 8 м.
  • Сечение бруса для стропил рассчитывается по Нормам (от 38*140 мм до 38*310 мм).
  • Ширина покрытия здания не должна превышать 15 м.
  • Свес крыши не должен превышать 610 мм.
  • Как альтернатива стропил широко используются легкие стропильные фермы.

Фундамент (разрешено использование двух типов фундаментов):

  • Монолитная плита.
  • Ленточный с деревянным перекрытием.

Альтернативой может быть ленточный фундамент с перекрытием из сборных плит.

Устойчивость деревянно–каркасной схемы строительства малоэтажных зданий к ветровым нагрузкам

Деревянная каркасная система, используемая при строительстве наших домов, соответствует Национальным Американским Стандартам по сопротивлению ветровым нагрузкам ASCE 7-93.

В основу расчетов конструкций положен кодекс «Building Code for Windstorm Constructions» (Строительные Нормы для Ветро/Штормоустойчивых Конструкций) от 1 июня 2002г.

Кодексом определены два региона с различным давлением ветра на конструктивные элементы здания: материковый и приморский. Для материкового региона — скорость ветра равна 152 км/час, для приморского — 160 км/час.

Сопротивление давлению ветра осуществляется при помощи комплекса мер, подразделенных на две категории: 1) главная система ветрозащиты; 2) структурные компоненты.

Главная ветрозащитная система здания включает прямой и диагональный крепеж каркаса, диафрагмы покрытия и перекрытий, несущие стены (shearwall) и анкерные соединения каркаса покрытия и панелей. Компоненты включают: окна, двери и гаражные ворота, сайдинг и облицовочный кирпич, обшивку покрытия и панелей, кровлю, стропильные фермы и стропила, стойки панелей внешних стен, связи и обрешетку.

Иллюстрируя вопрос ветроустойчивости, приводим цитату из официального интернет-сайта Канадского Консультационного Центра Древесины:
«…Документально засвидетельствовано, что деревянные каркасные конструкции могут противостоять натискам ураганного ветра. Фактически, множество деревянных домов в Карибском бассейне, в процессе эксплуатации, безболезненно перенесли несколько сильных штормов. В 1992, ураган Эндрю в Южной Флориде развил скорость ветра более 140 миль/час, что почти на 50% выше установленной Нормами скорости. В инженерном сообщении „Ураган Эндрю — анализ состояния деревянных конструкций“ сообщается о результатах исследования состояния строительных материалов и систем и отмечено, что даже там, где сила ветра превышала нормативную, деревянно–каркасные дома остались в хорошем состоянии…»
«…Деревянно–каркасные конструкции — это прочная, легко адаптируемая строительная система, являющаяся удобной при проектировании и строительстве, а главное — способная противостоять сильным ветровым нагрузкам…»

Сравнительный анализ данных (см. таблицы ниже) ясно свидетельствует, что двухэтажный деревянно-каркасный дом высотой около 9 метров является устойчивым к давлению ветра до 101кг/м2 (что соответствует скорости ветра 152 км/час).

 

Таблица 1
Таблица 1. Предельная горизонтальная ветровая нагрузка (кг/м2) по Стандартному Строительному Кодексу (Standart Building Code, Раздел 1205) и по Строительному Кодексу Для Ветроустойчивых Конструкций T.C.P.I.A (Building Code for Windstorm Resistant Constuction).

 

Таблица 2
Таблица 2. Устойчивость деревянно–каркасных стен к ветровым нагрузкам (с подветренной стороны). Давление ветра дано в кг/м2. Источник: ASCE 7–93.

 

Таблица 3
Таблица 3. Устойчивость деревянно–каркасных конструкций к ветровым нагрузкам. Внешние стены и Покрытие. Давление ветра дано в кг/м2. Источник: ASCE 7–93.

 

Сейсмоустойчивость деревянно-каркасных малоэтажных зданий

Канадский институт исследований продуктов из древесины, Форинтек (Forintek) последние 40 лет занимается изучением статистики по более 1.5 млн. зданий, пострадавших от сильных землятресений по всему миру. Результаты работы выявили, что «канадские» деревянно–каркасные здания, независимио от возраста, хорошо переносят землятресения. В семи изученных землетрясениях, погибли 34 человека в домах каркасного типа. Для сравнения, в Турции после землетрясения 1999 года погибло 40.000 человек в традиционных зданиях кирпично–бетонной конструкции. Это, отнюдь не означает, что домостроение из кирпича и бетона неприменимо для сейсмоопасных регионов, напротив данная система строительства очень требовательна к проектированию и строительству, обладает хорошей сейсмостойкостью. Данный пример иллюстрирует прекрасные показатели деревянной системы.

Ни одно здание не может быть полностью защищено от землетрясения, но хорошая сейсмически–проверенная схема строительства, позволяет минимизировать разрушения зданий , а самое главное — свести до минимума опасность для жизни человека.

Сейсмическая прочность каркасной технологии основана на комплексе мер, направленных на увеличение сопротивления деформационным нагрузкам и усиление несущей способности структурных элементов здания:

  • Ключ к сейсмической стабильности каркасного коттеджа — несущие стены. Соблюдение технологии их производства — залог стабильности и прочности здания. При изготовлении сплошных стен мы используем указания строительного кодекса UBC (Uniform Building Code, 1997) определяющего соотношение размеров сплошных стен и кодекс BCDRC (Building Code for Windstorm Resistant Constructions, 2002) определяющего стандарты их изготовления.
  • Крепление металлическими коннекторами.
  • Кодексами так же указаны способы крепления деревянных конструкций металлическими соединительными элементами (коннекторами), места и виды соединений.
  • Прочные фундаменты на стабильном грунте. Размеры фундамента и состояние грунта оцениваются по BCDRC 2002.
  • Правильное крепление деревянных компонентов. Стандартное соединение между собой деревянных деталей, позволяет получать каркасную структуру, обладающую большой прочностью. Все соединительные узлы удовлетворяют условия BCDRС 2002.