Соединения в каркасном доме из двутавров

Описание проекта здесь, расчёты и всяческие особенности деревянных двутавровых балок находятся тут, описание фундамента тут и технологии ТИСЭ в общем - тут.

Узлы и соединения в обычном каркаснике всем давно и хорошо известны, они подробно описаны во многих книгах и, конечно, имеются официальные своды правил, где написано как собирать, куда и сколько бить гвоздей, как всё это рассчитывать и т.п. Например: ТКП EN 1995-1-1-2009 "Проектирование деревянных конструкций", СП 64.13330 "Деревянные конструкции" и, конечно же, СП 31-105-2002 "Проектирование и строительство жилых домов с деревянным каркасом". Но, нигде нет никаких инструкций по сборке дома из двутавров. Тут каждый сам себе закон, сам себе указ. Однако, ознакомиться с вышеобозначенными документами всё же следует - многое из них можно использовать и в нашей конструкции.

Здесь я подробно покажу устройство узлов и примыканий двутавровых конструкций, используемых конкретно на этом объекте. Не претендую на абсолютную истинность и верность моих решений, но, возможно, вы увидите мои ошибки и сделаете лучше =)

Наружные углы дома

В традиционных каркасах используется угол из двух или трёх досок. Это стандартное решение, прописанное в СП 31-105-2002 (п. 7.2.11). Причём в соединении на трех стойках дополнительная стойка, устанавливаемая длинной стороной сечения параллельно стене, предназначается для крепления внутренних обшивок стен. Соединение на трёх стойках прочнее, однако есть небольшой недостаток - соединяемые доски двух стен всегда будут иметь сквозные щели. Недостаток решается установкой различных уплотнителей, будь то джут, лён, конопля, вспененный полиэтилен или просто полиуретановая пена.
Кроме прочности и щелей есть ещё теплотехнический аргумент. В каркасном доме доска по отношению к утеплителю является мостиком холода. Т.е. чем больше доски в углу, тем он холоднее. Этот печальный факт усиливается самой теплофизикой углов. В углах площадь наружной поверхности стены значительно превосходит площадь внутренней, что означает, что угол теряет тепло гораздо лучше плоской стены и не прогревается теплом из помещения. Это приводит к смещению изотерм внутрь помещения и промерзанию углов. Углы в доме всегда будут холоднее, чем сама стена, причём в любой конструкции.

Для двутавров оба варианта подходят, мягко говоря, не очень.

Рисунок выше - Термограмма наружного угла, распределение температурных полей в горизонтальной плоскости угла однородной стены и, собственно, крайний случай такого промерзания - плесень.

Рисунок ниже - Распределение температурных полей в углах каркасного дома для стандартных вариантов конструкции при αi = 23 Вт/(м² ·К), αe = 5,8 Вт/(м² ·К): δут = 200 мм, λут = 0,045 Вт/(м·К);
δосп = 10 мм, λосп = 0,15 Вт/(м·К); λд = 0,18 Вт/(м·К); δст = 220 мм, tвн = 20°С, tн = -39°С

При толщине каркаса 200 мм и наружной температуре -39°С угол промерзает в первом варианте до 11,5°С; во втором варианте - до 10,7°С (источник - конференция "евразийское научное объединение" [PDF]).

Взяв за основу более "тёплый" вариант классического каркаса, мы получили вот такой угол из двутавров:

А вот что получается в реальности. Стойка П -образного сечения ещё не везде установлена, её установим попозже. Легко можно заметить соединительный брусок 50х50 и торчащий из под него уплотнитель. Конечно, можно обойтись без соединительного бруска и прикручивать один двутавр к другому напрямую, предварительно закрепив уплотнительную ленту, но это усложняет процесс сборки и подъёма стен на стройплощадке, да и вбивать гвоздь изнутри двутавра в полку шириной 3 см - совсем "не эргономичный" процесс. Угол утепляется снаружи, перед установкой ветрозащитной мембраны. В углу минимизированы мостики холода и при этом есть хорошие плоскости для монтажа внутренней обшивки и брусков вентзазора. Кроме того, угол получается очень жёстким и прочным.

Вид угла изнутри помещения. Видно немного торчащий уплотнитель в углу и стык ригелей стен.

Хорошо видно связку стен с помощью ригеля 50х200 на внутренней стороне стены. Этот угол будет внутри помещения, поэтому ригель не будет являться мостиком холода.

В этом углу тоже есть связка стен через ригель, но тут он не выходит к наружной поверхности стены, а перекрывает только внутреннюю "полку" двутавровой стойки. Это сделано для уменьшения мостиков холода в углу.

Ещё один угол. Точно такой же, как и предыдущий.

Угол в сборе, вместе с П-стойкой.

Наружный угол в сборе.

Наружный угол без П-стойки.

Примыкание внутренних стен (Т-образный стык)

Т-образный стык весьма похож на угол, за исключением того, что вместо П-стойки устанавливается двутавровая стойка, так-же крепящаяся через соединительный брусок 50х50. Этот узел так-же утепляется снаружи.

Т-образный стык. Вид "с улицы".

Здесь будет примыкать стена. К двум двутаврам заранее прибит соединительный брусок через уплотнительную ленту. Поскольку такой стык является одним из самых прочных частей стены - здесь же делаем стык ригеля.

Примыкание внутренней стены.

Оно-же, общий вид.

В доме есть стена не из двутавров, а из обычной доски 50х200. Примыкание её по такому же принципу.

Стык из помещения.

Ещё заранее прибитые соединительные бруски для крепления внутренней стены. Хорошо видна уплотнительная лента.

Опирание на фундамент

Конструкция нашего дома относится к так называемому "платформенному" типу каркасов - когда стойки стен не превышают высоту одного этажа и разрываются конструкцией перекрытий. В этом типе каркасов стены опираются на перекрытие, а не наоборот (бывает вариант, когда стойки могут быть высотой в два этажа, а перекрытие крепится к стойкам с помощью специальных крепёжных элементов). Таким образом, для возведения стен сначала делается перекрытие первого этажа - потом стены первого этажа - затем перекрытие второго этажа - дальше стены второго этажа, и т.д.

Итак, узел опирания перекрытия на фундамент и опирания стены на перекрытие выглядит вот так:

Выглядит страшно и непонятно, но на деле всё не так страшно, здесь большинство линий - контуры двутавров. Фотографии должны многое прояснить:

Нагрузку от всего дома необходимо передать на фундамент чем-то покрепче, чем ОСП в двутаврах перекрытия.

Эти полости под стенами будут утепляться снаружи, перед монтажём ветрозащитной мембраны.

Везде, где может быть щель - прокладываем вспененный уплотнитель.
Стык выше между доской и ОСП проклеен расширяющимся ПУР клеем, там уплотнительная лента не нужна.

Здесь так-же видна уплотнительная лента под нижней обвязкой стены.

Крайние две балки, на которые будет опираться стена, проще подготовить заранее.

Процесс сборки перекрытия. Справа видна заранее собранная конструкция из двух двутавров под стену.

Перекрытие в сборе.

Нижняя часть ОСП, на которую кладётся перекрытие. Её лучше заранее защитить сеткой от грызунов, иначе потом будет очень сложно подлезть под дом, чтобы её установить.

Как и в обычных каркасниках, всё опирается на опорную доску (лежень). Лежни представляют собой доску 50х150, которая прикручена к фундаменту анкерами М12 с шагом около 1,5 метра (по СП 31-105-2002 не более 2,4 м) через гидроизол. На этом сходство заканчивается.

Вес дома вместе со всевозможными нагрузками за вычетом фундамента - 104 тонны. Эту нагрузку необходимо передать на фундамент чем-то покрепче, чем ОСП в стенках двутавров перекрытия. Для этого есть два решения. Стены каркаса дома имеют ширину 245 мм и состоят из вертикальных двутавров сбитых снизу и сверху П-образными балками (два бруска 50х70, прибитых и проклеенных на полосу ОСП шириной 245 мм). Т.е. основные точки приложения нагрузки - это самый край балки перекрытия и на расстоянии 225 мм от этого края.

1. На торцах двутавров перекрытия вы можете видеть прибитые и проклеенные вертикальные бруски сечением 30х50 мм (№21 на схеме). Они воспринимают одну часть нагрузки от стен. Всего у нас 28 балок перекрытия, 56 концов которых должны воспринять 104 тонны. На каждом конце "условно" по 4 бруска 30х50. Получается 104т/56/4 = 465 кг или 0,3 Н/мм. Доска 2-го сорта должна выдерживать 13 Н/мм на сжатие вдоль волокон - так что, хоть они и выглядят как-то не очень основательно, запас прочности у них сорокократный! Так-же эти брусочки понадобятся для крепления листов ОСП снаружи (№2 на схеме).

2. На фото выше вы можете видеть поперечные коротенькие двутавры, вклеенные между основными двутаврами перекрытия на расстоянии 225 мм от его края - они выполняют двойную функцию:

удерживают балки перекрытия в вертикальном положении, обеспечивая жёсткую фиксацию;
вертикальные бруски в месте соединения воспринимают вторую часть нагрузки от стен, снимая её со стенок двутавров перекрытия из относительно непрочной ОСП.

Ещё один нюанс, вы могли заметить ОСП _под _ двутаврами перекрытия, а не между ними. На всём остальном перекрытии утеплитель будет лежать между двутаврами, а подшивка будет просто опираться на нижнюю полку двутавра. Это легко, удобно и быстро, однако, уменьшает возможную толщину утеплителя на 50 мм. В зоне опирания стен ОСП заранее смонтирована ПОД двутавр, что позволяет сделать толщину утеплителя в этом месте 300 мм (в остальной части перекрытия 250 мм). Таким образом мы принимаем все возможные меры по качественному утеплению углов, проблема которых была уже описана в начале статьи.

Верхняя обвязка стен. Ригель

По СП 31-105-2002 верхнюю часть обвязки рекомендуется делать из двух досок толщиной не менее 38 мм. Здесь мы выполняем это требование тоже, но немного специфически. Вместо нижней доски верхней обвязки мы используем ригель сечением 50х200, который опирается на внутреннюю "полку" стоек из двутавров (заранее подрезанных). А к ригелю сверху прибивается П-образный профиль из двух досок 50х70. Конечно, тоже с уплотнительной лентой. Таким образом мы можем опирать стойки второго этажа и стропила в произвольных местах, без боязни попасть куда-то между стойками на первом этаже. Вся нагрузка от крыши максимально равномерно распределяется между стойками благодаря мощным ригелям в стенах.

Ригели, кроме распределения нагрузок, намертво удерживают двутавровые стойки в расчётном положении, поскольку в них сделаны врубки на 20 мм в местах опирания на стойки. На фото хорошо видно, о чём я говорю: