Каркасные сборные дома (Часть 2)

Познакомившись с основными достоинствами и недостатками американской и европейских каркасных систем, перейдем к описанию последних достижений отечественных архитекторов, конструкторов и технологов. В этом деле нам помогут проектные материалы, предоставленные президентом Союза архитекторов Москвы, вице-президентом Союза архитекторов России, заслуженным архитектором России В.Н. Логвиновым.

Изначально разработчики определили круг задач, комплексное решение которых должно обеспечить быстрейшее индустриальное освоение новой системы каркасного деревянного домостроения и ее широкое внедрение в стройкомплекс России — страны, характеризующейся огромными лесными ресурсами и острой потребностью в экономичном жилье и объектах соцкультбыта. Вот эти задачи:

  • Система должна обеспечивать, с одной стороны, предельную унификацию и стандартизацию изделий индустриального производства, с другой — максимально широкие возможности формообразования и универсального использования в зданиях и сооружениях самого различного назначения.
  • Создать патентно чистые технические решения универсальных сборочных узлов элементов каркаса, обеспечивающих максимальную технологичность изготовления строительных изделий, а также простоту и скорость их монтажа и демонтажа.
  • Разработать на основе новой модульной системы и универсальных сборочных узлов полную номенклатуру строительных изделий и рациональные технические решения, обеспечивающие существенное улучшение технико-экономических показателей в сравнении с мировыми аналогами.
  • Разработать архитектурно-планировочные решения зданий и сооружений самого различного назначения, размера и формы с целью проверки возможностей новой системы, а также определения области ее применения и граничных условий.
  • Провести весь необходимый комплекс испытаний и опытных работ по проверке несущей способности конструкций и узлов, а также по отработке и отбору наиболее рациональных методов серийного производства изделий и сборки конструкций.
  • Осуществить экспериментальное строительство зданий по новой системе и проверку их эксплуатационных свойств.
  • Выполнить все необходимые экономические расчеты и провести маркетинг новой системы.
  • Разработать технологию массового промышленного производства всей номенклатуры изделий системы, включая изготовление нестандартного технологического оборудования.

Результатом комплексного проведения исследовательских и опытно-конструкторских работ стало появление архитектурно-конструктивной и технологической системы «Деревянный объемно-модульный индустриальный каркас», в аббревиатуре — ДОМИК. Система «Домик» разработана в двух модификациях: «Домик-А» — для объектов сезонного использования и «Дом-М» — для универсального применения в постройках различного назначения, включая строительство мансард над эксплуатируемыми жилыми зданиями без отселения жильцов.

Что такое «Домик»?

Более подробное знакомство с новой универсальной каркасной системой следует начать с описания ее модульного принципа.

Доказано, что из всех форм малоэтажных зданий наиболее универсальным является куб, используя который в качестве первичного объемного модульного элемента можно получать различные прямоугольные параллелепипеды. При этом все ребра производных параллелепипедов будут кратны длине ребра первичного куба, которая является основным линейным модулем.

Из всех углов наклона плоскости кровель к горизонту наиболее универсальным считается угол в 45°, получающийся при сечении куба плоскостью, проходящей через два его противоположных ребра и образующей трехгранную призму с прямоугольным равнобедренным треугольником в основании. Объем этой призмы будет равен половине объема куба (объемного модуля). При сечении куба двумя наклонными плоскостями под углом 45° образуется подобная призма (двускатная кровля), объем которой в 4 раза меньше модульного куба (четверть объемного модуля).

Рассматривая ребра объемных модулей в качестве осей элементов каркаса, можно получить универсальную модульную систему, обладающую целым рядом уникальных свойств. При одинаковых и взаимозаменяемых элементах каркаса (ригель-стойка и диагональный раскос-ригель) из унифицированных элементов трех типоразмеров можно собрать конструкции самого различного вида и формы, включая «этажерки» с одно- и двускатными кровлями с ортогональной и диагональной сетками осей, а также рамы, фермы, шатры, структурные покрытия самой различной формы и размера.

Данная модульная система позволяет унифицировать и элементы заполнения каркаса (плиты перекрытия, щиты стен и перегородок, ограждения балконов и лоджий и т.д.), разделив грани объемных модулей (квадратов и прямоугольных треугольников) на две или три равные части. При этом также возможна взаимозаменяемость изделий. Например, квадратную модульную ячейку можно заполнить двумя или тремя прямоугольными щитами, расположив вертикально или горизонтально, либо четырьмя треугольными щитами.

Таким образом, можно унифицировать систему, доведя номенклатуру сборочных единиц до трех десятков марок, которые позволяют собирать здания и сооружения самой различной формы и размера.

Узлы сборки

Для того чтобы приведенную выше математическую модель превратить в реальную конструкцию, необходимо разработать соответствующие технические решения, и прежде всего — сборочных узлов. В модификации «Домик-А» применен принцип сборки, рассчитанный на соединение 18 деревянных стержней: 6 в ортогональных направлениях (по осям координат) и 12 в диагональных направлениях (в плоскостях осей координат). При этом в конкретных конструкциях практически исключаются случаи, когда в одном узле соединяются все 18 стержней. Чаще всего в узле сходятся либо ортогональные (в средней части здания), либо диагональные стержни (в узлах опоры кровли). Испытания и опытная сборка подтвердили простоту и высокую скорость монтажа узлового соединения, показав при этом наличие большого запаса его прочности.

Узлы крепления элементов заполнения каркаса максимально унифицированы и решены в комплексе с узлом соединения деталей каркаса: крепления панелей перекрытия, щитов перегородок и стен выполнены одинаковыми, что максимально упрощает и ускоряет монтаж, демонтаж и обеспечивает взаимозаменяемость этих изделий.

При всех достоинствах, конструкция узла крепления усложняет технологию его изготовления, требуя оснащения производства специализированным оборудованием. Помимо того, узлы крепления характеризуются значительной металлоемкостью — до 21 кг на 1 м² общей площади. С учетом этих и некоторых других особенностей модификации «Домик-А» наиболее рациональным признается ее использование при скоростном возведении сборно-разборных сезонных и временных зданий несложной формы.

«Дом-М»

С целью более широкого распространения системы был разработан новый универсальный узел соединения элементов каркаса, который, обладая всеми положительными свойствами соединительного узла системы «Домик-А», отличается простотой в производстве, резким уменьшением расхода металла — до 4 кг на 1 м² общей площади, лучшими теплотехническими показателями и более широкими перспективами применения в большепролетных конструкциях, работающих на растяжение. Так появилась модификация системы, получившая название «Дом-М».

Введение в систему нового универсального узла не только позволяет использовать архитектурно-планировочные решения, предусмотренные модификацией «Домик-А», но и существенно увеличивает формообразующие возможности системы, одновременно повышая ее экономичность. Из трех десятков различных легких изделий (вес до 60 кг), как из элементов детского конструктора можно быстро собрать и разобрать без кранов и громоздких приспособлений здания и сооружения самых различных форм и размеров: жилые сельские дома (до трех этажей); летние дачи; общественные здания культурного, спортивного и других назначений; а также мансарды многоэтажных городских зданий в одном и двух уровнях без отселения жильцов. По степени унификации, универсальности, технологичности изготовления и сборки система «Дом-М» не имеет аналогов в мире. В 1996 году она была удостоена первой премии на конкурсе Министерства строительства РФ «Свой дом», в 2000 году снова первая премия в конкурсе «Народный Дом». Технологические решения системы защищены патентами Российской Федерации.

Вместе с тем, полная реализация высокого технико-экономического потенциала системы «Домик», заложенного в обеих ее модификациях, зависит от выбора наиболее рациональных конструктивных схем и адекватных им технических решений по отдельным конструктивным элементам зданий и сооружений.

Фундаменты

Вес основных конструкций традиционного кирпичного коттеджа составляет в среднем 2, 6 т на 1 м², что в 13 раз больше расчетной полезной нагрузки, которую должны нести эти конструкции. Иными словами, конструкции кирпичного дома на 92, 5% загружены собственным весом и лишь на 7, 5% нагрузкой, ради которой они создавались.

В аналогичном доме, построенном по системе «Домик», основные конструкции будут нести вес в 200-250 кг на 1 м² общей площади, то есть нести полезную нагрузку примерно равную их собственному весу. При таком весе есть возможность перейти от глубоких ленточных фундаментов к ленточным фундаментам мелкого заложения, а также к сплошной или ребристой фундаментной плите, чрезвычайно широко распространенной в малоэтажном строительстве в США и Европе, включая страны с холодным климатом. Расход бетона при этом сокращается в 3, 2-4, 0 раза и составляет соответственно 0,075-0,060 м³ на 1 м² общей площади.

Мало того, система «Домик» предполагает применение еще более экономичных фундаментов — коротких бетонных свай, установленных под каждой стойкой каркаса на глубину промерзания. В этом случае расход бетона сокращается до 0, 05-0, 03 м(3) на 1 м(2) полезной площади. Это примерно в 6 раз меньше, чем расход на фундамент кирпичного коттеджа, и в 4 раза меньше, чем требуется для возведения традиционного фундамента под бревенчатый или щитовой дом. Сваи могут изготавливаться индустриально по нескольким технологическим схемам.

Каркас

По замыслу разработчиков конструктивная схема и сечения элементов деревянного каркасного сборного дома должна обеспечивать:

— взаимозаменяемость стоек и ригелей;

— использование ригелей с модульной сеткой опор 3×3 м;

— применение элементов каркаса в качестве стоек в двухэтажном доме с мансардой или здании с большепролетными перекрытиями.

Кроме того, желательно, чтобы элементы каркаса были квадратного сечения (как наиболее рационального) и не промерзали в вариантах конструктивных схем с каркасом, открытым на фасадах.

Всем изложенным требованиям соответствуют элементы каркаса из древесины хвойных пород (сосна, ель) сечением 150×150 мм. Сечение диагональных раскосов и подкосов 105X150 мм (в модификации «Домик-А») и 128×150 мм (в модификации «Дом-М»). Элементы каркаса могут быть цельными или клееными, составленными из нескольких широких ламелей, соединенных между собой по пласти.

Перекрытия

Для реализации принципа свободной планировки с возможностью установки унифицированных щитов стен и перегородок в любом месте плана, плиты перекрытия имеют одинаковую толщину с ригелями и устанавливаются в одной плоскости с ними, образуя плоский потолок без выступов.

Конструкция плит обычная: деревянный каркас из доски сечением 138×40 мм с двухсторонней обшивкой 6 мм фанерой. Возможно применение другого плитного материала. Опирание плит перекрытия на ригели производится через металлические закладные детали на опорный болт, вкрученный во втулку ригеля (в модификации «Домик-А») или непосредственно на полку ригеля (в модификации «Дом-М»).

Стены и перегородки

В каркасном сборном доме самонесущие стены и перегородки выполняют только функцию ограждения и поэтому они могут быть не только взаимозаменяемыми, но и иметь однотипную и очень легкую конструкцию. В этом разработчики видят значительный резерв экономии материалов и упрощения монтажа и демонтажа ограждающих конструкций.

В полносборных вариантах системы унифицированные щиты стен и перегородок предлагается выполнять по деревянному каркасу из доски сечением 94×20 мм с обшивкой фанерой с двух или одной (стены мансард) стороны. Перегородки и стены отличаются между собой в модификациях «Домик-А» и «Дом-М» только толщиной утеплителя, наружной обшивкой и типом столярных изделий — с двойным или одинарным остеклением.

Предложенная номенклатура щитов стен и перегородок трех типоразмеров (20 марок) предоставляет возможность получить практически любые архитектурно-планировочные решения с самыми разнообразными фасадами.

Не являясь несущими конструкциями, стены и перегородки каркасных систем, в зависимости от местных условий, могут быть сборными в виде щитов с деревянным или металлическим каркасом, в виде трехслойных бескаркасных панелей типа «сэндвич», а также изготавливаться в построечном исполнении трехслойными на металлическом или деревянном каркасе либо кладкой из всевозможных легких теплозвукозащитных материалов — пенобетонных, газосиликатных, пеностеклянных, фибролитовых блоков и т.д.

Столь многочисленный выбор вариантов стен и перегородок несет в себе еще один резерв экономии: если монтаж несущих конструкций требует определенной квалификации, то устройство ограждений может быть произведено самим владельцем здания без привлечения подрядчика, что существенно удешевляет постройку.

То же самое относится к наружной отделке, которая может выполняться в самых различных материалах, включая чрезвычайно распространенную во всем мире облицовку фасадов деревянных зданий кирпичом.

Экспериментальное строительство

На международной выставке «Деревообработка-90» впервые в опытном порядке был возведен каркас экспериментального павильона по системе «Домик-А». Каркас двухэтажного павильона площадью 38 м² был смонтирован за два рабочих дня, что подтвердило возможность быстрой сборки зданий сложной формы.

В ходе следующего эксперимента в Москве на ДОК-1 были изготовлены все сборочные элементы одноэтажного садового домика, после чего в сентябре 1993 года осуществили его сборку на выставочной площадке ДОК-1. На этот раз эксперимент проводился с целью отработки технологии изготовления всех сборочных единиц дома в заводских условиях, методов их сборки, а также проверки эксплуатационных характеристик здания, построенного по системе «Домик».

Экспериментальное строительство показало возможность заводского изготовления деталей и узлов системы, включая клееные деревянные элементы каркаса, с требуемой степенью точности, дав значительный материал для разработки технологии изготовления этих изделий. Помимо того, была доказана возможность сборки дома вручную без применения подъемной техники. Наряду с этим эксперименты показали высокие эксплуатационные свойства обоих зданий.

Программа производства

Особо следует остановиться на технологии изготовления деревянных элементов системы «Дом-М», как наиболее универсальной. Она разработана Г.И. Шевкаленко, главным специалистом ТОО «Инженер-Юг», и позволяет быстро организовать эффективное производство комплектующих изделий в количестве, необходимом для обеспечения строительства 30 тыс. м² жилья в год. Высокая степень унификации сборочных единиц дает возможность выполнять в заводских условиях до 70% объема строительных работ, что позволяет окупить затраты на организацию такого производства в короткие сроки.

В зависимости от денежных средств, которые могут быть выделены на освоение промышленного изготовления деревянных элементов системы «Дом-М», предлагается несколько вариантов производственных схем, которые будут определять объемы выпуска готовой продукции:

Вариант №1

Изготовление:

  • Элементов каркаса из клееного бруса.
  • Элементов панелей и щитов.
  • Лестниц и ограждений балконов.
  • Отделочной доски.
  • Погонажных изделий.

Сборка:

  • Элементов каркаса.
  • Панелей и щитов.

Вариант № 2

Изготовление:

  • Элементов каркаса из сплошного бруса.
  • Элементов панелей и щитов.
  • Лестниц и ограждений балконов.
  • Отделочной доски.
  • Погонажных изделий.

Сборка:

  • Элементов каркаса.
  • Панелей и щитов.

Вариант № 3

Изготовление:

  • Элементов каркаса из клееного бруса.
  • Лестниц и ограждений балконов.
  • Отделочной доски.
  • Погонажных изделий.

Сборка:

  • Элементов каркаса.

Вариант №4

Изготовление:

  • Элементов каркаса из сплошного бруса.
  • Лестниц и ограждений балконов.
  • Отделочной доски.
  • Погонажных изделий.

Сборка:

  • Элементов каркаса.

Варианты N3 и N4 ориентированы на организацию производства в условиях ограниченности денежных средств. В том и в другом варианте изготовление панелей и щитов вынесено за рамки технологического процесса промышленного предприятия и осуществляется непосредственно на строительной площадке.

При выборе той или иной производственно-технологической схемы, следует учитывать, что изготовление сплошного бруса (в сравнении с клееным) влечет за собой применение более дорогого сушильного оборудования, но при этом сокращает количество дорогостоящих режущих деревообрабатывающих станков.

Серийным производством сборочных единиц каркасной системы «Дом-М» могут заниматься производственные структуры двух типов: тип «А» — имеются только деньги и предприятие создается с «нуля». Тип «Б» — предлагаемая технология внедряется на действующем деревообрабатывающем производстве.

Организация предприятия типа «А» предполагает следующие этапы:

— строительство облегченного промышленного здания (ангар) для размещения оборудования и создания комфортных условий работы персонала;

— приобретение стандартного технологического оборудования;

— изготовление специального технологического оборудования;

— монтаж, отладка и запуск оборудования в соответствии с заданным технологическим процессом.

При организации производства типа «Б», в условиях действующего деревообрабатывающего производства, первый этап отсутствует.

Изготовление необходимых столярных изделий (окна, двери), которые встраиваются в стеновые панели и щиты, а также закладных металлических элементов для сборки узлов каркаса заказывается на других предприятиях города.

Выпуск готовой продукции по вариантам производственных схем N1 и N2 дает возможность выполнения в заводских условиях до 70% строительных работ, по вариантам N3 и N4 — до 40%. Это обстоятельство обуславливает высокое качество изделий и работ на всех этапах и значительно сокращает сроки строительства.

В заключение осталось подчеркнуть, что создатели системы «Дом-М» — В.Н. Логвинов, А.Л. Синенко, А.В. Швадченко и Г.И. Шевкаленко — предлагают не просто некую архитектурную концепцию, а законченный, всесторонне проработанный конструкторско-технологический проект, готовый к постановке на серийное производство, причем по нескольким технологическим схемам. Удивительно, что система, появившаяся на свет еще в середине 1990-х годов и в значительной степени отвечающая задачам массового строительства индивидуального жилья и объектов соцкультбыта, до сих пор не востребована. Остается надеяться, что данная публикация поможет представителям российских деловых структур обратить внимание на эту чрезвычайно интересную разработку отечественных специалистов, сделать определенные выводы и принять соответствующие решения. 

Комментировать