Технология каркасного дома

Каркасный дом (См. Рис.1), представляет собой быстровозводимое здание. В таком доме все несущие элементы конструкции жестко связаны между собой.

Рис.1. Каркасный дом. Несущие элементы каркаса.

Каркас представляет собой несущую конструкцию и помогает дому выдерживать все нагрузки. Он обеспечивает прочность и общую устойчивость всего объекта. В архитектуре каркас выполняет роль остова, (можно даже сказать, скелета) всего сооружения. Каркас здания состоит из колонн, на которые крепятся такие строительные элементы как: прогоны, балки, арки, фермы и т. п. А уже на эти элементы укладываются перекрытия или крыша здания. Вот почему так важно правильно произвести расчет каркаса. При расчете каркаса учитываются следующие нагрузки:

• Собственный вес всей конструкции здания;
• Расчетный вес полезной нагрузки;
• Нагрузки от снега и ветра;
• Нагрузки от возможной неравномерной осадки фундамента;
• Возможные сейсмические нагрузки.

Каркас здания бывает полным и неполным. Полный каркас принимает на себя нагрузки, падающие на здание, а также собственный вес всей конструкции.

Основные составляющие элементы каркасного дома:

1 — рама каркаса; 2 — обвязка рам; 3 — чердачное перекрытие; 4 — стропила; 5 — кровля; 6 — дымовая труба; 7 — обрешетка; 8 — стойка; 9 — подкос; 10 — отмостка; 11 — фундаментные столбики; 12 — цокольная перемычка; 13 — цоколь; 14 — цокольное перекрытие; 15 — доски для покрытия полов. (См. рис.2)

Рис.2. Основные составляющие элементы каркасного дома.

Дома с неполным (т.е. внутренним) каркасом называются опорно-брусовыми. Их еще называют фахверковые дома или просто «фахверк». В таких домах опорные элементы выполняются из балок расположенных вертикально, горизонтально и по диагонали. Раньше фахверковые дома строились из дерева, а промежутки между опорами заполнялись глиной или камнем. Сегодня применяются более совершенные наполнители стен такие как: ДСП, газобетон или стекло. (Рис.3).

Рис.3. Каркас опорно-брусового дома.

Элементы, обеспечивающие жесткость конструкции каркасного дома

Общая крепость и устойчивость здания, возведенного по каркасной технологии, может быть достигнута с помощью использования каркасных силовых схем. (Рис.4) Такие схемы состоят из: вертикальных стоек (колонн), балок, обвязок, а также скрепляющих их ригелей, раскосов и других элементов, которые вместе с перекрытиями принимают на себя все нагрузки воздействующие на дом.

Рис. 4. Конструктивные элементы каркасного дома.

1 — колонна; 2 — раскос; 3 — нижняя балка обвязки; 4 — верхняя балка обвязки; 5 — лаги; 6 — доски пола; 7 — ригель.

От воздействий внешней среды внутренние помещения дома защищены с помощью наружных стен. Наружные стены в свою очередь также придают дополнительную жесткость всему каркасу. Сам по себе каркасный тип зданий используется в случаях, когда требуется большая площадь помещений, а также в тех случаях, когда здания должны будут выдерживать большие статические и динамические нагрузки.

Типы каркасов

Различают следующие типы каркасов:

1. По материалам каркасы бывают:

• деревянные;
• металлические;
• ком­бинированные;

Каркасы из дерева применяются исключительно при строительстве деревянных домов. При сборке таких домов используются специальные скобы, гвозди, шурупы, специальные виды клея;

2. По устройству горизонтальных связей каркасы бывают: с продольным, поперечным или перекрестным расположением ригелей. Ригель — горизонтальный элемент опорной конструкции, его назначение — соединять вертикальные стойки. Может применяться также безригельное решение — это когда перекрытия опираются непосредственно на колонны.

3. По характеру статической работы деревянные каркасы бывают:

• рамные — такой каркас состоит из поперечных и продольных рам с жесткими (монолитными) соединениями элементов в узлах (пересечениях) каркаса.
• связевые — связевый каркас состоит из колонн (вертикальный элемент), ригелей (горизонтальный элемент) и связей (диагональные элементы). Связевые каркасы работают эффективнее рамных каркасов, они лучше выдерживают горизонтальные нагрузки, т. к. кроме поперечных и вертикальных элементов содержат в себе еще диагональные.
• рамно-связевые — представляют собой каркас с использованием как рамных, так и связевых элементов.

Дома, построенные с использованием каркасов, дают возможность возводить здания с большими внутренними площадями помещений. При этом в дальнейшем можно будет поменять планировочное решение (например, разделить помещение перегородкой и т.п.)

Жесткость узлов каркаса

Надежность и прочность дома во многом зависят от надежности и прочности его каркаса. Поэтому каркас должен обладать точно расчитанной жесткостью. Жесткость узлов соединения сборных рамных каркасов достигается при помощи:

1. Использования многоярусных рам. Такие многоярусные рамы образуются при помощи использования колонн, ригелей и перекрытий (Рис.5).

Рис.5. Виды рам. (а — пространственная рама, б — однопролетная одноярусная рама, в — многопролетная одноярусная рама, г — однопролетная двухъярусная рама, д — многопролетная многоярусная рама; е — замкнутая рама.)

2. Дополнительная пространственная жесткость конструкций достигается использованием укосин. Укосина — это подпорка, наклонно прикрепленная к стойке. (Рис.6);

Рис.6. Укосина в каркасе.

3. Крепость каркаса повышает также использование стенок жесткости. Такие стенки жесткости (или диафрагмы жесткости) ставятся между колоннами на каждом этаже. Они помогают удерживать геометрию каркаса от растягивания, перекосов и иных форм деформаций. (Рис.7);

Рис.7. Стенки жесткости.

4. Часто при возведении зданий в их каркасах между вертикальными стойками (колоннами) устанавливают распорки. Они повышают общую жесткость каркаса помогая ему выдерживать деформации от нагрузок. (Рис.8);

Рис.8. Распорка в каркасе.

5. Для надежного сопряжения разных элементов каркаса используются такие элементы как уголки, болты, шпильки и т.д. (Рис.9 и рис. 9-а).

Рис. 9. Уголки, болты, шпильки для скрепления каркаса.

Рис.9-а. Шпильки для скрепления каркаса.

Виды крепления каркасов

Различают следующие виды крепления каркасов к колоннам:

• Консольный способ крепления, при котором ригели (Рис. 10-а) опираются на консоли в колоннах (Рис.10). Ригели могут также крепиться на специальных уступах или в специально предусмотренных в колоннах гнездах (Рис.10а).

Рис.10. Крепление ригелей к консолям колонн.

 Рис. 10-а. Ригель.

• Платформенный способ крепления. При таком способе крепления ригели опираются на торцы колонн (Рис.10-б).

Рис. 10-б. Платформенный способ крепления.

В платформенных способах крепления опирание элементов происходит в узлах опирания (Рис.10б), при консольном (Рис.10) — стыки колонн могут находиться в пределах этажа, а колонны могут быть многоярусные. Также иногда применяются каркасы, где ригели являются неотъемлемой частью панельных элементов перекрытий (Рис.11). Такие каркасы называются безригельными.

Рис.11. Безригельный каркас.

В домах, возводимых по бескаркасной конструкции, силовыми элементами дома служат сами стены дома. (Рис.11-а). Поэтому такие стены и называются самонесущими. При этом несущими могут быть продольные или поперечные стены, или те и другие одновременно. Дома, где силовыми являются только продольные или только поперечные стены называются домами с неполным силовым каркасом. В таких домах для монтажа самонесущих стен устанавливают ригели. Иногда в домах с неполным силовым каркасом прибегают к безригельной конструкции, когда самонесущие стены опираются непосредственно на фундамент здания.

Рис.11-а. Дом, возводимый по бескаркасной технологии.                                                                                        

Деревянные каркасы используются в малоэтажных проектах домов или при строительстве временных сооружений. Каркасы в зданиях также используются в форме конструктивной основы больших застекленных стеновых ограждений (Рис.12 и Рис.12-а).

Рис. 12. Здание построенное с применением каркаса.

Рис.12-а. Каркасное здание с большой площадью остекления.

Каркас деревянного здания впоследствии обшивается специальными материалами. В последние годы появилось много новых материалов для обшивки стен. Поэтому применение каркасов позволяет добиться значительного снижения общего веса конструкции по сравнению с домом, в котором стены выполнены из цельного массива дерева. Каркасный дом отличается относительной легкостью конструкции, а основным преимуществом строительства деревянного дома по каркасной технологии является быстрота его возведения.