Расчет и монтаж каркасных стен первого этажа (19.07-21.07.2017 г.)

Строительство дома

К 15 июля я закончил обустройство платформы первого этажа (чернового пола) и пришло время приниматься за стены каркасника. Конечно же, перед возведением стен нужно рассчитать все их параметры: высоту, толщину, параметры и шаг стоек каркаса, выбрать утеплитель, и т.д... СНиП 31-02 предъявляет к стенам дома требования по прочности и деформативности при расчетных значениях воздействий и нагрузок, пределу огнестойкости и классу пожарной опасности, долговечности.

Алгоритм работы, который я приведу в этой статье, наверное, не является оптимальным, но надеюсь что и он кому-то поможет в строительстве каркасного дома своими руками.

Но обо всем по порядку.

Еще на этапе планирования строительства, при расчете стен моего каркасника я использовал следующие исходные данные:

  1. климатический пояс (влияет на утепление стен каркасника);
  2. планируемая этажность дома (нагрузка на несущие стены);
  3. размеры дома (длина стен и планируемая высота потолков).



Теплотехнический расчет каркасной стены

О выборе утеплителя для стен каркасного дома необходимо позаботиться заранее, еще на стадии проектирования. Для теплотехнического расчета утепления каркасной стены моего  будущего дома я использовал очень удобный и простой в использовании Теплотехнический калькулятор ограждающих конструкций В.А. Киреева. Этот ресурс призван помочь в выборе конструктивных решений ограждающих конструкций и подборе материалов с точки зрения теплотехнических показателей при:

  1. определении необходимой толщины теплоизолирующих материалов;
  2. проверке стен на выпадение конденсата.

Замечание

По информации автора программы представленный теплотехнический расчет ограждающих конструкций зданий является оценочным и предназначен для предварительного выбора материалов и проектирования конструкций. При разработке проекта для проведения точного расчета необходимо обратиться в организацию, обладающую соответствующими полномочиями и разрешениями.

Тем не менее, расчет основан на российской нормативной базе:

  • СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий"
  • СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий"
  • ГОСТ Р 54851—2011 "Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче"
  • СТО 00044807-001-2006 "Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий"

Я ввел параметры планируемого "пирога" каркасной стены в калькулятор и получил следующий результат:

Теплотехнический расчет каркасной стены

Пирог каркасной стены (теплотехнический расчет) - Теплотехнический расчет каркасной стены

Кроме рисунка программа выдала и следующее заключение:

"Ограждающая конструкция удовлетворяет санитарно-гигиеническим нормам по тепловой защите. Ограждающая конструкция удовлетворяет нормам по тепловой защите вне зависисмости от иных требований. Сопротивление теплоизоляции превышает Rт в 1.46 раза. Такая тепловая защита оправдана, если энергоноситель для Вашей системы отопления чрезвычайно дорог или Ваша цель - строительство "пассивного" дома. В остальных случаях затраты на достижение подобного уровня тепловой защиты могут оказаться экономически неоправданными".

Что же, полученный результат меня полностью удовлетворил. Я не стал уменьшать толщину утеплителя (пенопласта), исходя из принципа "жар костей не ломит", к тому же пенопласт по сравнению с другими утеплителями довольно дешев.

Итак, теплотехнический расчет подтвердил правильность выбранного мной "пирога" стены каркасника. 200 мм утеплителя (пенопласта) будут распределены следующим образом:

  • 150 мм пенопласта между стойками (соответственно, стойки каркаса - из доски 150х50 (40) мм);
  • 50 мм - наружное перекрестное утепление для уменьшения мостиков холода по стойкам каркаса.

Замечания по выбору утеплителя

Если вы собираетесь использовать не пенопласт, а другой утеплитель, то учтите следующее:

  1. Существует мнение о нецелесообразности применения рулонных материалов в каркасных стенах ввиду их низкой плотности. В частности, для плит утепления из базальтовой ваты плотность материала должна быть не менее 30-45 кг/м3 для каркасных стен, и не менее 30 кг/м3 для скатов наклонной крыши. Минимальная же плотность плит из минеральной ваты в вертикальных стенах без поддерживающих распорок, то есть там, где плиты ваты стоят друг на друге - не менее 25 кг/м3. Некоторые мастера рекомендуют к использованию материалы российских заводов плотностью не менее 30 кг/м3 для минеральных плит, и 50 кг/м3 - для базальтовых. Материал меньшей плотности со временем может дать усадку, что приведет к тепловым потерям.
  2. Плиты утепления из волокнистых материалов (минваты, базальтовой ваты), ввиду способности накапливать влагу, предъявляют повышенные требования к качеству обустройства пароизоляции и вентиляции стен каркаса.

Расход электроэнергии на отопление каркасного дома конвекторами (практические результаты)

Результаты приблизительные, точные показания - только показания счетчика. Период осень 2020 г. - весна 2021 г., дом зимой нежилой, площадь ограждающих конструкций около 280 м2. За 5 месяцев (ноябрь - март) расходы на электроэнергию составили около 9200 р.

t комн,

термостаты

Дата Счетчик, кВт
в 10 часов		 Средние теплопотери,
Вт/кв.м*час		 Средний расход э/э с начала измерений,
кВт/сутки
10 27.окт 949    
10 30.окт 999 2 16,7
10 01.ноя 1064 5 23,0
10 05.ноя 1103 1 17,1
10 09.ноя 1164 2 16,5
18 18.ноя 1468 5 23,6
15 20.ноя 1524 4 24,0
15 22.ноя 1596 5 24,9
15 28.ноя 1866 7 28,7
15 04.дек 2215 9 33,3
10 15.дек 2560 5 32,9
10 03.янв 3268 6 34,1
10 09.янв 3591 8 35,7
10 03.фев 4685 7 37,7
10 05.фев 4725 3 37,4
10 09.мар 6072 6 38,5
10 15.мар 6242 4 38,1
10 26.мар 6402 2 36,4



Структура каркасных стен

Структура стен каркасного дома зависит от технологии. Например, типичный «пирог» каркасной стены по финской технологии выглядит примерно так:

  1. фасадная доска или сайдинг;
  2. вентзазор;
  3. фасадный ГКЛ (МДВ) или просто доска (под 450);
  4. ветрозащитная пленка;
  5. основной каркас с утеплением;
  6. пароизоляция;
  7. дополнительный слой утепления в горизонтальной обрешетке;
  8. внутренняя отделка (ГКЛ или другой материал).

А вот структура стены по американской технологии:

  1. сайдинг;
  2. ветрозащита и ОСП;
  3. каркас с утеплением;
  4. пароизоляция;
  5. внутренняя отделка (ГКЛ).

Таким образом, не считая различия в плитных материалах с наружной стороны каркасной стены, основное отличие этих технологий - наличие вентзазора снаружи и дополнительного зазора с утеплением внутри, что объясняется разными климатическими условиями.

Согласно п. 7.2.1 СП 31-105-2002 каркас стен состоит из вертикальных стоек и горизонтальных элементов, к которым относятся верхняя и нижняя обвязки, перемычки над оконными и дверными проемами. Стойки в пределах каждого этажа опираются на нижние обвязки каркаса стены, которые через элементы каркаса перекрытий передают нагрузку на верхние обвязки каркаса стен нижерасположенного этажа (каркас «платформенного» типа с поэтажными стойками). Обшивки каркаса, если они выполняются из жестких плитных или листовых материалов или из пиломатериалов, обеспечивают жесткость каркаса при восприятии ветровых нагрузок и предотвращают потерю устойчивости стоек. При отсутствии жестких обшивок должны использоваться диагональные связи жесткости или распорки. Согласно этому документу элементы каркаса стен должны выполняться из пиломатериалов хвойных пород не ниже 2-го сорта по ГОСТ 8486. Сечение и шаг стоек каркаса стен должны рассчитываться в зависимости от положения стоек по высоте дома и от передаваемой на них нагрузки. При этом должны учитываться размеры пиломатериалов по ГОСТ 24454 и их прочностные характеристики по СНиП II-25 (для древесины хвойных пород 2-го сорта). Если же расчет стоек на прочность не производится, то размеры сечения стоек должны быть не менее, а шаги стоек не более соответствующих размеров, указанных в таблице 7.1 СП 31-105-2002.

Параметры гвоздевых соединений стоек каркасной стены
Крепление
Минимальная длина гвоздей, мм
Минимальное количество гвоздей или максимальное расстояние между гвоздями
Стойка к обвязкам, каждый конец, прямо (через нижнюю доску верхней обвязки) или вкосую (к нижней обвязке)
60
или 80
4
2
Стойки друг к другу (сдвоенные стойки у проемов, стойки в углах и примыканиях стен и перегородок)
80
750 мм
Сдвоенная верхняя обвязка стены
80
600 мм
Нижняя обвязка стены к балкам или распоркам (наружные стены)
80
400 мм
Внутренние стены к каркасу или черному полу
80
600 мм
Перемычка в перегородке к стойкам
80
2
Перемычка в несущей стене к стойкам
80
По два на каждом конце

Как собирать каркас стены я описывать не буду, для этого есть свод правил ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОДНОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ С ДЕРЕВЯННЫМ КАРКАСОМ СП 31-105-2002, фильмы Ларри Хона. Кроме этого, приведу ряд ссылок на сайты, просмотрев которые вы сможете без особого труда и правильно возвести каркасную стену (ссылки кликабельные):
  1. по конструкциям теплоизолированных каркасных стен - книга "Конструкция норвежских каркасных домов. Часть 9. Стены". В. Воротынцев. 2015, http://karkashouse.info, http://twinstroy.ru/konstrukcii-teploizolirovannyx-karkasnyx-sten/, https://investkom.net/15-steny.html;
  2. по пароизоляции - http://twinstroy.ru,  http://karkasnik.com;
  3. по ветрозащите - http://twinstroy.ru;
  4. каркасное перекрытие из деревянных балок - https://dwg.ru/lib/421 (брошюра В. Воротынцева);
  5. строительный форум https://www.forumhouse.ru (теория и практика, можно задать интересующий вопрос).

На что следует обратить внимание при сборке стен каркасника:

  1. Сечение пиломатериалов должно соответствовать нагрузкам при эксплуатации дома. Минимальное сечение пиломатериалов для возведения несущих стен каркасного дома составляет 140*40 мм. 
  2. Стойки стен должны быть непрерывными и цельными по всей высоте этажа (кроме стоек у проемов).
  3. При отсутствии жестких обшивок должны использоваться диагональные связи жесткости или распорки (укосины) сечением не менее 18 × 88 мм, прибиваемые под углом 45° (допускается угол от 450 до 600) к стойкам в плоскости каркаса на каждом этаже. Эти доски должны врезаться в стойки на глубину не более 1/3 таким образом, чтобы не препятствовать креплению обшивок к стойкам.
  4. Стойки и верхние обвязки каркаса стен при необходимости можно пропиливать, прорезать, просверливать, но таким образом, чтобы при этом неповрежденная часть сечения составляла не менее:
    • двух третей толщины сечения для несущей стойки или 40 мм для ненесущей стойки;
    • 50 мм по ширине обвязки.
    • При большем ослаблении сечения элементов каркаса необходимо их дополнительное усиление.
  5. Верхние обвязки в несущих стенах должны по высоте состоять, как правило, из двух досок, нижние - из одной доски. Ширина обвязки должна приниматься не менее высоты сечения стоек.
  6. Нижняя доска верхней обвязки прибивается к каждой стойке. Стыки отдельных элементов нижней доски должны располагаться над стойками. Верхняя доска верхней обвязки прибивается к нижней доске таким образом, чтобы
    стыки в ней были смещены по отношению к стыкам в нижней обвязке на расстояние, равное одному шагу стоек.
  7. В углах и пересечениях стен и перегородок нижние доски верхних обвязок должны соединяться встык, а верхние доски верхних обвязок должны перекрывать эти стыки (иначе стены начнут расползаться). В случаях, когда невозможно выполнить это требование, для соединения нижних досок верхних обвязок в углах и пересечениях следует использовать соединительные накладки из полосы оцинкованной стали размером 75×150 мм, толщиной 0,9 мм, прибиваемые к каждому элементу не менее чем тремя гвоздями длиной 60 мм.
  8. Каркас в углах наружных стен рекомендуется устраивать на трех стойках (так называемый "теплый угол", схему см. на рисунке 7.2 СП 31-105-2002). 
  9. Стойки с обеих сторон оконных и дверных проемов, как правило, должны быть двойными. Обязательно устройство "хедеров" (которые я и применял) или сплошного ригеля под верхней обвязкой.

Сборка стен в каркасном доме

Сборка стен каркасного дома своими руками - Сборка стен в каркасном доме
Вооружившись знаниями, полученными из перечисленных ресурсов, с двумя помощниками, за два дня я собрал внешние несущие стены моего каркасника. Стены собирали на платформе (стойки из доски 150х50 мм, укосины - 150х40 мм, "хедеры" - 200х50 мм, в дело пошли обрезки от ростверка), а затем поднимали вручную без использования каких-либо приспособлений. Стена каркасника длиной 5-5,5 м с высотой стоек 2,6 м поднималась 3 работниками без особого напряга.

Итак, внешние стены каркасника были собраны за 3 дня, без особой спешки, с неквалифицированными помощниками, которым сначала приходилось всё объяснять, и с обязательными обеденными перерывами на сон в полуденный жар.