СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИИ В ИНДУСТРИАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ КАРКАСНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ СТРОЕНИЙ

Левинский Ю.Б., Волегова Н.В., Омигов С.А., Медведев А.В.

(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ) levinskyi@bk.ru

Designs and technology perfection of in industrial manufacture of frame wooden structures

Каркасное строительство в настоящее время приобретает все большее значение на рынке деревянного малоэтажного домостроения. Оно оказывается вполне доступным для предприятий любого масштаба и профиля деятельности. Постоянно возрастающие требования к жилью способствуют появлению новых строительных материалов и конструкций, разработке оригинальных и универсальных проектов усадебных домов или коттеджей, поиску и внедрению удобных способов монтажа, архитектурного оформления и технического оснащения зданий.

В настоящее время большие перспективы и ожидания связывают с индустриальным серийным производством каркасных и каркасно-панельных деревянных домов. Во-первых, значительно сокращаются затраты на изготовление комплектующих для этих быстровозводимых и относительно простых по конструкции строений. Во-вторых, недавно появившиеся и весьма разнообразные теплоизоляционные, декоративно-защитные, отделочные и конструкционные материалы, позволяют вывести каркасное - панельное домостроение на более высокий, и вполне соответствующий мировому, уровень качества, эксплуатационной надежности и комфортности жилья.

Практически все строительные материалы и конструкции, которые используются в объектах данного типа, существенно влияют на технические показатели строений, основными из которых являются следующие:

– конструкционная устойчивость и механическая прочность;

– пожарная безопасность и защищенность объекта от климатических воздействий среды;

– изоляционные свойства по теплопередаче, акустике, паропроницаемости и влагопоглощению.

Для большинства каркасов стен и стеновых панелей применяют сухие пиломатериалы или сборно-составные профилированные заготовки из досок, брусьев, фанеры, древесных плит (двутавровые, швеллерные и прочие балки). Сами конструкции собирают на специальных стапелях или координатных платформах, обеспечивая при этом высокую точность сопряжения деталей, геометрических размеров каркасов и надежность крепежа отдельных элементов (рисунок 1).

Для изготовления каркасов стен и панельных конструкций различного назначения широко используют клееные и профилированные заготовки в виде балок с определенной формой сечения. При этом выбор конфигурации каркасных элементов зависит от применяемых способов и средств соединения стеновых фрагментов между собой.

Рисунок 1 – Сборка каркаса стеновых панелей на координатно-монтажном стапеле:

1 - перфорированная координатная стойка; 2 - секции для одновременной сборки двух каркасов; 3 - выдвижная координатная стойка (до 3,7 м); 4 -- позиционирование ограничительных упоров; 5 - зажимные пневматические цилиндры и приспособления; 6 - опорно-транспортирующие ролики; 7 - система регулирования положения стапеля

Для повышения несущей способности каркасов и строений конструкционные используют армированные заготовки. Кроме того, правильно выполненные сборка и склеивание балок служат гарантией формоустойчивости стеновых конструкций в течение всего срока эксплуатации объектов и сохранности заданных параметров качества жилья. На рисунок 2 приведены некоторые виды заготовок для каркасных конструкций современных деревянных строений.

Рисунок 2 – Балки и спецзаготовки для каркасных конструкций: а – армированные сборно-клееные элементы каркасов; б- двутавровые балки на основе ЛВЛ; в- сборно-клееные балки каркаса из фанеры и заготовок цельной древесины

Сборка каркасных стен производится непосредственно в процессе монтажно-строительных работ, и качество ее будет зависеть, прежде всего, от точности изготовления отдельных деталей, подготовки соединительных узлов и элементов, комплектации блоков изделий, применяемой техники и технологии строительства. Требуемую жесткость каркасу придают фанерно-клееные или другие обшивки, а также различные вставки и раскосы, размещаемые внутри стеновых конструкций. При этом толщина, слойность, состав и прочие характеристики листового покрытия стен или панелей подбираются так, чтобы в заданных условиях эксплуатации была исключена пространственная неустойчивость и возможность излишней деформации как отдельных фрагментов, так и стеновых конструкций в целом.

Рисунок 3 – Основные детали и принципы формирования каркасной

конструкции строения

Каркасные строения должны быть хорошо подготовлены к монтажу еще на этапе изготовления и комплектования конструкций. В этой связи разрабатываются основные приемы и способы сборки отдельных элементов в целостную строительную систему заданного объема (рисунок 4).

а б в

г д е

Рисунок 4– Основные виды соединений для каркаса и сборных

конструкций строения:

а - соединение наружной стены и верхнего перекрытия; б – соединение наружной стены и межэтажного перекрытия; в – соединение наружной стены и нижнего перекрытия; г – крепление балки с помощью нарезного штыря; д – крепление балки с помощью балочного башмака и гвоздей; е - соединение элементов каркаса гвоздями

Обшивки как на панелях, так и на каркасах строений устраиваются по определенной схеме и должны обеспечивать надежную защиту внутреннего стенового пространства от промерзания, попадания снега, дождя и влаги в зону закладки теплоизоляционного материала, а также формоустойчивость конструкций, составляющих строительный объем здания (рисунок 5).

а б в

Рисунок 5 – Обшивка наружной стороны стенового каркаса плитами:

а - проверка перекрестных размеров; б – укладка и закрепление плит на каркасе плит; в – контурная обрезка обшивочного полотна и выпиливание проемов

Таким образом, конструкционная надежность деревянных каркасов, применяемых в домостроении, технически обеспечена и в полной мере соответствует предъявляемым требованиям. Для особых случаев строительства, в том числе при сооружении двух- и трехуровневых домов большого объема и площади, могут быть использованы армированные деревянные балки и профилированные металлоконструкции в виде швеллеров, уголков, двутавров.

В настоящее время значительно возросли нормативные теплотехнические параметры жилых объектов. Это потребовало изыскания и разработки новых способов и средств утепления стен, пола, чердачных перекрытий, а также подбора для заполнения каркасных конструкций более эффективных теплоизоляционных материалов. Примеры использования дополнительных облицовочных покрытий из пластиковых панелей, кирпича, показывают, что такие конструкторские решения хорошо зарекомендовали себя в строительной практике. Они вместе с решением теплотехнической проблемы, обеспечивают еще и выполнение таких важных задач как защищенность объектов от разрушающих воздействий среды и архитектурное оформление здания (рисунок 6).

Рисунок 6 – Конструкция стены каркасно-панельного дома, облицованного кирпичом

Утеплитель, вводимый в пространство между основной стеной и дополнительной обшивкой или кирпичной кладкой, полностью защищает от промерзания стеновых конструкций или перегрева помещений. Однако, этот слой стены дома необходимо надежно защитить от увлажнения. Это обеспечивается прокладками из паро- и гидроизолирующего материала, устройством вентиляционного контура, специальной обработкой поверхностей гидрофобными веществами и т. д.

Наиболее широко используемые в строительстве теплоизоляционные материалы – это синтезированные низкоплотные продукты на органической основе и минераловатные утеплители различных видов (табл. 1). Укладка теплоизоляционных формованных материалов должна быть плотной, а для дополнительного удержания их в устойчивом вертикальном положении следует применять различные фиксаторы положения (сетки металлические, бруски или пластины из листовой стали, клеи и др.). Во многих случаях можно применить заливочные теплоизолирующие составы, в том числе клеящие с эффектом герметика (рисунок 7).

Рисунок 7 – Способы заполнения каркасного пространства

теплоизоляционным материалом:

а - изоляционное заполнение стен формованными плитами (матами);

б - заливная изоляция конструкционных элементов каркасного строения

Таблица 1 – Теплоизоляционные материалы для каркасно-панельного домостроения

Наименование продукта	Физико-технические свойства и механические показатели утеплителей
Наименование продукта	плотность, кг/м³	теплопро- водность, Вт/м·К	диапазон температур ⁰С	водопог лощение, %	прочность на сжатие, кН/м²	группа горючести
Минераловатные плиты из базальтовых пород: - мягкие - полужесткие - гофрированные	75 75-125 160-190	0,036 0,038	до +400			не горюч. Г1
Окончание табл. 1
Стекловата	13-85	0,037-0,046	-60+180	5	0,1÷0,4	не горюч
Минеральная вата из вулканических пород	30-1000	0,032-0,042	до +900	менее 2	3÷32
Целлюлозная вата	30-70	от 0,04
Пенопласты	12-50	0,033-0,04	до +75	менее 0,5	0,15÷0,7
Жесткий пенополиуретан	30-200	от 0,022	-200+150

Обустройство каркасных жилых объектов с наружной стороны различными обшивками, облицовочными материалами, защитно-декоративными покрытиями, ограждающими панелями имеет первостепенное значение для обеспечения безопасности строений, создания современного и привлекательного архитектурного облика, увеличения сроков службы строительных конструкций (рисунок 8).

К одному из наиболее перспективных направлений в деревянном домостроении в свете рассматриваемых задач можно отнести применение сэндвич-панелей на основе пенополиуретанового заполнителя. Они представляют собой трехслойные ограждающие конструкции, которые крепятся к деревянному каркасу строения при помощи специальных болтов.

Рисунок 8 – Легкая стеновая панель с деревянным каркасом:

1 – внутренняя обшивка панели из ЦСП; 2 – пароизоляция; 3 – утеплитель из минераловатных плит; 4 – средний слой обшивки из асбоцемента; 5 – воздушная прослойка; 6 – экран из асбоцемента; 7 – алюминиевая раскладка

Для финишной облицовки и дополнительного утепления дома можно применить ненесущие панели с товарным названием «Термобрик», которые рассчитаны на температурный диапазон среды от -50 ⁰С до +50 ⁰С. Эти сэндвич-панели состоят из облицовочного слоя (керамической плитки), песчаной прослойки, пенополиуретанового заполнителя и фанерной основы. Они относится к группе трудновоспламеняющихся строительных материалов и имеют достаточно высокие физико-механические показатели (таблица 2).

Таблица 2 – Основные физико-механические показатели сэндвич-панелей

Наименование показателя

Значение

1. Плотность пенополиуретана в панели, кг/м³

2. Коэффициент теплопроводности (при 25 ⁰С), Вт/м∙К, не более

3. Прочность при сжатии, при 10% деформации, МПа не менее

4. Водопоглощение за 24 часа, при насыщении водой от б%, не более

5. Разрушающее напряжение при изгибе, МПа, не менее

6. Температура размягчения по Вика при 10 Н, ⁰С, не менее

40-50

0,045

0,13

0,35

180

В производстве панелей «Термобрик» используют следующие продукты:

– керамическую плитку размером 192×58×6 мм, соответствующую ГОСТ 13996-93 или ее аналоги;

– пенополиуретан «Корундинол» 425-2 (компонент А) и «Корундинат» ПМ 45-25(компонент В);

– бакелизированную фанеру и цементно-стружечные плиты.

Тепловое сопротивление панелей 1,026 м²·К/Вт, что соответствует данному показателю для кирпичной стены толщиной 90 см.

При разработке новых конструкций панельных и каркасных домов, совершенствовании соединительных узлов в стеновых элементах, использовании других теплоизоляционных материалов вместо пенополиуретанов особых сложностей в применении облицовочных панелей с керамическим покрытием не возникает. На рис. 9 приведена схема соединения стеновых панелей, выполненных на жестком деревянном каркасе, между собой и закрепления на них облицовочного покрытия «Термобрик».

Рисунок 9. Схема установки и соединения стеновых панельно-каркасных конструкций

Рассмотренные варианты конструкционных и монтажно-строительных решений могут быть рекомендованы для обеспечения производства и строительства быстровозводимых малоэтажных домов. Небольшая масса конструкций позволяет использовать облегченные фундаменты и свайные опоры. Полная заводская готовность строительных компонентов практически исключает необходимость привлечения к работам опытных плотников, плиточников, каменщиков.

Эти дома хорошо приспособлены к эксплуатации в суровых климатических условиях, а затраты, связанные с их возведением значительно меньше, чем при строительстве объектов с использованием кирпича, бетона и других материалов.