Каркасные технологии:

Каркасная конструкция — не изобретение современных инженеров. Истоки каркасного конструирования ведут к древним зодчим. Рациональность, черта прошлого века, успешно унаследованная теперешним, избрала именно каркасные технологии и подняла их до уровня ведущих в сфере индивидуального жилищного строительства.

Благоприятную основу для такого скачка создали и новые материалы, в частности энергоэффективные утеплители, а также новые архитектурные возможности. Сегодня каркасные дома — надежное и экономичное жилье с индивидуальной «внешностью».

Для того, кто хочет обеспечить себя и свою семью комфортабельным жильем по разумной цене, хороший дом каркасной конструкции — наиболее рациональное решение. Подобный рационализм, нежелание выбрасывать деньги на ветер — характерная черта среднего класса — самого многочисленного в государствах с развитой экономикой. Поэтому в большинстве европейских стран, а также в США, Канаде, Австралии малоэтажные дома каркасной конструкции составляют до 80% жилого сектора. Финляндия, например, поставляет в Россию дорогие дома из бруса и оцилиндрованного бревна, для себя же рачительные финны строят в основном каркасные дома.

Заводская или домашняя сборка

Существует два основных метода строительства домов по каркасной технологии: каркасно-панельный и каркасно-рамочный. Первый можно сравнить со знакомым каждому крупнопанельным домостроением. Строительство малоэтажного дома по данной технологии также предполагает наличие типовых проектов, для которых в производственных условиях изготавливаются унифицированные элементы. На месте все они быстро собираются в готовый дом. Основные преимущества метода — максимально короткие сроки строительства, высокое качество изготовления дома, использование современных и безопасных строительных материалов. В процессе монтажа панелей заводской сборки приходится применять подъемную технику, услуги которой входят в стоимость монтажа.

Изготовление элементов дома в условиях современного производства, на котором работает квалифицированный персонал, обеспечивает стабильное качество строительных элементов, точность геометрических параметров и других характеристик, необходимых для быстрой и качественной сборки дома. Но пока в России нет авторитетных ассоциаций каркасно-панельных производителей. Поэтому «вслепую» размещать заказы на строительство дома не стоит. Если вы заинтересованы в качестве своего дома, съездите на производство, понаблюдайте за процессом изготовления панелей, а затем за их монтажом непосредственно на месте строительства.

Одним из преимуществ каркасно-панельных домов является сохранение низкого уровня влажности деревянного каркаса панелей, которую нельзя обеспечить при строительстве «на месте»: дерево может стоять в конструкции веками, если оно было сухим при строительстве и защищено от воды в процессе эксплуатации.

Архитектурные возможности каркасно-панельной технологии ограничены традиционной архитектурой, включая модный модерн и фахверковый тип. Для строительства дома с большим количеством криволинейных поверхностей или очень сложной архитектурой, нужна каркасно-рамочная технология, подразумевающая подготовку и сборку всех элементов из необходимых строительных материалов непосредственно на стройплощадке. Особенности этого метода — максимальная свобода архитектурно-планировочных решений.

Для хорошего пирога нужна качественная начинка

Особенностью каркасного дома является разделение функций несущей и ограждающей конструкций. Несущие функции выполняет каркас, ограждающие берет на себя утеплитель в комбинации с ветро- гидро- и парозащитными материалами. Благодаря такому распределению ролей каркасный дом проще сделать теплым, чем, например, кирпичный или брусовой. Достаточно увеличить толщину слоя утеплителя, не наращивая «мощности» несущей конструкции.

Стена каркасного дома в разрезе подобна слоеному пирогу со следующими слоями (от внутренних к наружным):

– внутренняя обшивка;

– слой пароизоляции;

– каркас с промежутками, заполненными утеплителем;

– ветрозащитная мембрана;

– наружная обшивка каркаса;

– фасадная облицовка (если нужна).

Внутри этого «пирога» спрятаны инженерные коммуникации. Правда, если какой-то элемент выходит из строя, приходится разбирать всю конструкцию.

Рассмотрим послойно каждый элемент каркасного дома.

Каркас — конструктивная основа дома

Основу каркасного строения составляет собственно каркас, обшитый с двух сторон листовыми или погонажными материалами. Каркас держит на себе все, что находится выше фундамента, его несущая способность рассчитывается проектировщиками с учетом статических и динамических нагрузок, возникающих внутри и снаружи здания. Прочность и долговечность каркаса обеспечивается прочностью и долговечностью материалов, конструктивной схемой — тем, как его элементы скомпонованы, и тем, насколько надежно они защищены от воздействия неблагоприятных факторов. На прочность каркаса влияет также способ соединения его элементов.

Конструктивная схема каркаса варьируется в зависимости от конкретной технологии. В общем виде такая схема представляет собой жесткую сотовую структуру, состоящую из вертикальных стоек, горизонтальных лежней и раскосов, увеличивающих жесткость конструкции. В современном малоэтажном строительстве применяются два основных типа каркасов: деревянные и металлические. У каждого такого типа есть свои плюсы и минусы.

Дерево уже много веков является одним из самых популярных строительных материалов. Его главные преимущества — доступность, простота обработки, довольно высокая прочность, низкая теплопроводность, малый вес. Основные недостатки дерева давно и хорошо известны: оно горюче и разрушается под воздействием биологических и атмосферных факторов. Однако современные средства защиты позволяют практически предотвратить эти опасности.

В отличие от наружных деревянных конструкций, подвергающихся воздействию неблагоприятных факторов, каркасная конструкция спрятана внутри стены и защищена от попадания влаги гидро- и пароизоляционными барьерами. Но обработка деревянных элементов составами, повышающими их огнестойкость (антипиренами) и антисептирование древесины являются необходимыми условиями долговечности деревянной каркасной конструкции. К сожалению строители предпочитают обработать уже собранный каркас, чем возиться с каждой доской. Однако при обработке каркаса в сборе незащищенными остаются места стыков, чего допускать нельзя. В Канаде на стройплощадку поступают пиломатериалы, уже обработанные всеми необходимыми защитными составами. В России цена их значительно выше, что удорожает строительство. Дополнительно защищает деревянный каркас от огня внутренняя обшивка стен гипсокартонными плитами, так как огнестойкость гипсокартона в два раза выше, чем хвойных пиломатериалов.

Каркас дома, как правило, не виден, поэтому для его изготовления можно выбрать наиболее экономичные обрезные пиломатериалы — брус, обрезную доску. Для каркаса стандартного двухэтажного дома или одноэтажного с мансардой удобно использовать пиломатериалы длиной шесть метров. Сечение бруса выбирается в соответствии с проектом, в зависимости от нагрузки на каждый конкретный элемент.

Ширина проемов между несущими опорами каркаса, сделанного из обрезных пиломатериалов, составляет три-четыре метра. Для увеличения ширины прогонов иногда применяют клееный брус. Вертикальные стойки каркаса не должны иметь прогибов, поскольку это может привести к ослаблению соединений и снижению жесткости конструкции. Поэтому необходимо обеспечить полное отсутствие прогибов при хранении и обработке бруса в горизонтальном положении.

При усушке дерево теряет от 5 до 7% ширины и толщины и всего до 1% длины. Так как основную несущую функцию в каркасных домах выполняют вертикальные стойки, каркасные конструкции практически не подвержены усадке и могут возводится в любое время года. Поэтому же отделку дома можно выполнять почти сразу же после сборки каркаса (около недели ему все-таки нужно дать отстояться). Это не значит, что для каркаса подойдут пиломатериалы любого качества. Они должны иметь нормальную влажность (10–15%), чтобы в дальнейшем каркас не повело, не началось гниение. Каркас из клееной древесины прочнее и стабильнее, устойчивее к гниению, но такая конструкция значительно дороже. Если часть фасада дома имеет модное сплошное остекление или каркасные конструкции являются архитектурным элементом фасада, как это принято в традиционных западноевропейских фахверках, то видимая часть каркаса делается из клееного или профилированного бруса, оцилиндрованного бревна и других эстетичных материалов.

Существует мнение, что построенные в средние века в Западной Европе фахверковые дома благополучно дожили до наших дней во многом благодаря тому, что крепление каркаса в те времена делалось плотниками на потайной шип, «косой зуб» с нагелем или на шип «ласточкин хвост», без применения металлических соединительных элементов. И хотя главной причиной ограниченного использования гвоздей в средневековом строительстве, скорее всего, была их дороговизна, необходимо признать, что соединение «дерево–дерево» более долговечно, чем «дерево–металл». В наше время, напротив, применение гвоздей или шурупов (в том числе саморезов) — самый простой

и экономичный вариант соединения. Хотя по-прежнему не самый надежный.

Прочность и жесткость каркасной конструкции зависит не только от прочности материала, но и от качества соединений. Если они со временем разболтаются, дом начнет «петь», поскрипывать, вздыхать. Тому, кто не хочет такого результата, нужно обратить внимание на качество сборки и выбрать технологию соединения, которая обеспечивает высокую стабильность конструкции.

Во избежание коррозии применяют оцинкованные гвозди и шурупы (для большей надежности стоит окунуть их в защитный состав, например в олифу). Альтернативой гвоздям и шурупам является шпоночное соединение на «ласточкин хвост», которое издавна считается одним из самых надежных и стабильных для деревянных элементов.

Металлический каркас делается на основе легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). В качестве полуфабриката для стенового каркаса — вертикальных стоек и горизонтальных лежней — применяются стальные оцинкованные перфорированные профили различной конфигурации, имеющие толщину 0,7–2 мм. Профили соединяются с помощью винтов-саморезов или заклепок, без применения сварочных работ. В остальном начинка «слоеного пирога» дома на металлическом каркасе практически такая же, как домов с деревянными каркасами, и внешне они ничем не отличаются. Дома на металлических каркасах популярны в США, Австралии, Швеции, Канаде и некоторых других странах. В настоящее время ряд российских компаний совместно с ведущими научно-исследовательскими и конструкторскими институтами строительного профиля — ЦНИИ-промзданий, ЦНИИПСК им. Мельникова, НИИ строительной физики — разработали собственные системы строительства металлокаркасных домов малой этажности. На основе западных технологий, адаптированных к российским условиям.

Металлические конструкции, в отличие от деревянных, стабильны по размерам, не подвержены усадке, поэтому сразу можно заказывать окна и двери, выполнять отделочные работы в доме. Увеличивается и скорость строительства дома. Прочность стальных конструкций позволяет строителям делать более широкие проемы между несущими элементами, использовать любые кровельные и облицовочные материалы. Благодаря оцинковке срок службы стальных тонкостенных конструкций составляет не менее 80–100 лет.

Но металл отличается высокой теплопроводностью, поэтому, для того чтобы дом со стальным каркасом не промерзал зимой и не превращался в раскаленную конструкцию летом, необходимо позаботиться о теплоизоляции каркаса, не допускать прерывания теплового контура здания, образования «мостиков холода». Любой элемент, выходящий за пределы теплового контура, будь то балкон, открытая трасса или эркер, требует дополнительного качественного утепления, что неизбежно удорожает строительство.

Высокая энергоэффективность малыми средствами

Энергоэффективность при минимуме затрат — девиз современного каркасного дома. Претворение его в жизнь обеспечивается в первую очередь хорошей теплоизоляцией. Именно благодаря появлению современных утеплителей каркасное домостроение обрело новую жизнь. Утеплитель является ядром каркасной конструкции как в прямом, так и в переносном смысле. Поэтому важно, чтобы он сохранил свою эффективность в течение всего срока службы конструкции.

В процессе эксплуатации хороший утеплитель позволит сэкономить на отоплении. Однако в смете расходов на материалы он составляет весьма внушительную сумму. К сожалению, российские производители пока не могут обеспечить достойную конкуренцию западным, предложив качественный легкий минераловатный утеплитель по более низкой цене, а экономить на качестве теплоизоляции категорически не рекомендуется.

Все существующие утеплители можно подразделить на два основных класса: неорганические (минеральные) и органические. Большинство специалистов, теоретиков и практиков, склоняется к тому, что для теплоизоляции стен и перекрытий в индивидуальных домах каркасной конструкции предпочтительнее применение следующих волокнистых утеплителей: минеральной ваты («ROCKWOOL», «ISOVER», «PAROC», «ISOROC») или стекловолокна («ISOVER», «URSA»). В отличие от утеплителей на органической основе (полистирола, пенопласта), неорганические утеплители относятся к классу негорючих материалов. В настоящее время выпускаются утеплители на органическом связующем с огнезащитной обработкой, имеющие высокие теплотехнические показатели. Их применение в частном малоэтажном строительстве сертифицировано всеми пожарными и гигиеническими инстанциями, однако в силу высокой стоимости эти материалы не для экономичного проекта.

При выборе волокнистого утеплителя необходимо обращать внимание на то, чтобы он был гидрофобизирован (не впитывал влагу), обладал эластичностью и упругостью, хорошо сохранял исходную форму и размеры в течение всего срока службы, был устойчив к гниению, не поражался грызунами.

Защита от влаги, ветра и пара

В ветреную погоду даже толстый шерстяной свитер плохо защищает от холода. Но стоит надеть сверху ветровку из тонкой непродуваемой ткани — становится тепло и комфортно. Точно такая же ситуация и с нашим домом: утеплитель, состоящий из минеральных волокон, будет хорошо сохранять тепло, только если с внешней стороны защитить его от ветра специальной ветрозащитной пленкой. Назначение ветрозащиты — не только сохранять тепло внутри помещения, но и препятствовать выносу волокон утеплителя, а также защищать его от атмосферной влаги. Иногда в качестве гидро-ветрозащиты применяют рубероид, полиэтиленовую пленку. Действительно, эти материалы хорошо защищают от ветра и влаги, однако они являются паронепроницаемыми, следовательно, препятствуют выходу наружу из утеплителя паров влажного воздуха. Влага, оседающая на утеплителе, заметно снижает его эффективность, а при отрицательных температурах наружного воздуха стена начинает промерзать. Поэтому ветрозащитный материал должен не пропускать влагу и воздух снаружи, но не должен препятствовать выходу водяного пара, то есть обладать одновременно воздухонепроницаемостью и паропроницаемостью. Такими, на первый взгляд противоречивыми, свойствами обладают современные мембранные материалы. Наиболее известный из имеющихся на нашем рынке «Тайвек» (Tyvek) — изобретение известной компании «DuPont». Это мембранный материал из нетканого полиэтилена высокой плотности. Для защиты стен в каркасных конструкциях предназначен «Tyvek Hausewrap», для ветрозащиты скатных кровель с утеплением — «Tyvek Soft». Из материалов отечественного производства, более доступных по цене, наиболее популярны ветро-влагозащитные мембраны «Изоспан». Современные мембранные гидро- и ветрозащитные пленки укладываются непосредственно на утеплитель, а между ветрозащитой и внешней обшивкой оставляется зазор, чтобы не возникало препятствий для выхода наружу влажного воздуха. При невысокой ответственности строения (например, хозблок), допускается применение пергамина марки П-350 в качестве ветро— и гидрозащиты. В большинстве же случаев применение пергамина для этого нецелесообразно.

С внутренней стороны утеплитель необходимо защитить пароизоляцией. Ее назначение —препятствовать образованию конденсата на утеплителе и строительных конструкциях в холодное время года из-за разницы температуры внутри и снаружи помещения. Пароизоляция должна не пропускать ни воздух, ни пар, поэтому в качестве пароизоляционного материала иногда применяют пергамин или обычную полиэтиленовую пленку. Выпускаются и более современные материалы, обеспечивающие качественную пароизоляцию. Наиболее известные производители и марки: «DuPont», «ИЗОСПАН», «СЛАВЕТ», «ЮТАФОЛ» (Чехия), «DELTA» (Германия), «ICOPAL», «PE-PAP», «ALEPAP», «ELBOTEK», «ELKATEK» (Финляндия), «POLYKFAFT» (Дания) и т.д.

Однако мало выбрать хороший барьер для влаги и ветра, нужно еще обеспечить его грамотный монтаж, качественную герметизацию швов. В противном случае даже самый хороший и дорогой материал не защитит теплоизоляцию от увлажнения.

Внутренняя и внешняя обшивка

В качестве внутренней обшивки каркасных конструкций используются деревянная вагонка, гипсокартон, древесноволокнистые или древесностружечные плиты, фанера.

Выбирая древесноплитные материалы, особенно для внутренней обшивки, следует уделять особое внимание их экологичности. Опасность могут таить связующие вещества – смолы или клеи.

Если стена или часть стены граничит с помещением с повышенной влажностью – ванной комнатой, прачечной и т. п., то для внутренней отделки должны применяться специальные влагостойкие материалы. Если в качестве внутренней обшивки применяется деревянная вагонка, то финишным покрытием может служить любой лессирующий состав, сохраняющий естественный вид древесины. Виниловый сайдинг вообще не потребует дополнительной отделки.

Обшивка гипсокартонном или фанерой - прекрасная основа для оклейки обоями, отделки декоративной штукатуркой или покраски. Внутренняя отделка каркасного дома значительно облегчается благодаря идеальной ровности отделываемых поверхностей, точности стыков.

Для защиты от влаги и ветровых нагрузок и придания каркасу большей жесткости с наружной стороны его обшивают вагонкой, влагостойкой фанерой либо влагостойкой древесной композиционной плитой OSB (ориентированно-стружечная плита). По физико-техническим свойствам наружная обшивка должна быть устойчива к воздействию атмосферных факторов, иметь достаточную прочность и стойкость к механическим воздействиям.

К примеру, финны предпочитают везде, где возможно использовать дерево в его натуральном виде, поэтому каркас дома обычно внутри и снаружи обшивают досками. Канадцы и американцы чаще используют для наружной обшивки OSB. Эти плиты придают жесткость, повышают энергоэффективность каркасного дома, создают дополнительную защиту от ветра и влаги. При использовании OSB для наружной обшивки каркаса можно вообще обойтись без дополнительной облицовки. Плиту просто покрывают защитным лаком или штукатурят. Наружную обшивку крепят на некотором расстоянии от каркасной конструкции, чтобы обеспечить эффективное проветривание деревянного каркаса и утеплителя.

Дом, выстроенный по каркасной технологии, предоставляет широчайшие возможности для наружной отделки, и это одно из неоспоримых преимуществ данного типа домостроения. Единственное требование — облицовка не должна быть слишком тяжелой, чтобы не создавать большой нагрузки на легкий каркас и облегченный фундамент. Фасад можно облицевать кирпичом (используется специальный облицовочный кирпич или клинкерная плитка «под кирпич», «под камень» и т. д.), но традиционный материал для обшивки каркасного дома — деревянная вагонка.

Вагонку лучше укладывать горизонтально, это обеспечит лучший отвод влаги. Для наружной обшивки применяется вагонка толщиной 20–22 мм, просушенная до 15–18% влажности. Более тонкий материал быстро набирает воду и начинает коробиться, плохо высушенная вагонка усыхает и может потребовать перетяжки. Помимо обычной вагонки, выпускаются модификации, которые имитируют оцилиндрованное бревно (так называемый «блок-хаус») или профилированный брус. Обшитый такими материалами каркасный дом практически не отличить от бревенчатого сруба или цельнобрусового коттеджа.

При всей естественной красоте отделки из натурального дерева у нее есть существенный недостаток: дерево требует защиты в процессе эксплуатации, поэтому дом придется регулярно красить. Самым популярным материалом для наружной облицовки у практичных американцев и канадцев считается виниловая вагонка (сайдинг). По расходам отделка сайдиногом вполне сопоставима с затратами на отделку деревянной евровагонкой, при этом фасад, облицованный сайдингом, не доставляет хозяевам дома никаких хлопот и не потребует дополнительных затрат в будущем. Сайдинг не выгорает, обладает хорошей механической стойкостью, срок службы — не менее 50 лет, что сопоставимо с минимальным расчетным сроком службы каркасного дома. Его выпускают многие российские и зарубежные производители, ценовой диапазон $5–10 за квадратный метр.

Существуют десятки технологий строительства домов каркасной конструкции. Включить их все в этот обзор было невозможно, поэтому мы постарались осветить основные тенденции. Позиционируя каркасный дом как наиболее рациональное жилье для среднего класса, заметим, что каркасная конструкция может послужить прекрасной основой и для самого престижного современного дома, среди достоинств которого будут и оригинальность архитектурных решений, и применение самых дорогих и современных строительных и отделочных материалов, и ультрасовременное инженерное оборудование. Наша задача — изучение возможностей и перспектив каркасных конструкций для строительства энергоэффективного, комфортабельного индивидуального жилья класса «эконом», потребности в котором в России исчисляются миллионами квадратных метров.

Фото и материалы предоставлены компанией LANS DEVELOPMENT, журналами «Частный дом» и «Каталог проектов»