Как учитывается усадка при проектировании деревянного дома.

Любая постройка начинается с проекта здания. Проект должен предшествовать не только многоэтажному особняку, но и бане с беседкой. Современный сруб, напоминает древнерусский деревянный дом лишь материалом, хотя теперь и строительные материалы данного типа, напоминают бревна из прошлого лишь деревянной основой. Сруб в понимании современника это качественный, многоэтажный, загородный жилой дом, обладающий сложной конструкцией, и всеми прелестями дизайна и комфорта, которые дарит современная архитектура.

Особенности проектирования деревянных конструкций

Со зданиями из дерева всегда сложно. Древесина очень прихотливый строительный материал. Это органический природный продукт, потому у него изначально есть две особенности, без учета которых нельзя обойтись при грамотном проектировании:

— Древесная органика входит в рацион множества микроорганизмов и насекомых. Блага цивилизации, представленные в виде специальных составов для обработки, помогут сохранить дерево не съеденным, защитят его от гниения, и разрушительного солнечного света, дождя и иных экстремальных условий годового цикла. Применение различных пропиток и обработок существенно влияет на скорость и механику деформации древесины при усадке и усушке, что значительно усложняет проектные расчеты.

— Усадка и усушка – сложный физический процесс деформации древесины под воздействием температуры и давления, в условиях потери влаги. Кроме естественных коэффициентов установленных опытным путём. При механической сушке и химической обработке эти параметры древесины сильно меняются, это важно учитывать.

Усадка и усушка

Определение усадки и усушки приведено выше, теперь необходимо разобраться, как она происходит. В зависимости от сорта древесины скорость усадки отличается. Учёту в проектной документации подлежит три направления деформации древесины:

1. Удаление микрокапилярной жидкости – самая первая стадия усушки и самая медленная. Удаление этой жидкости минимально влияет на объем древесины, после завершения этого этапа, скорость усадки ускоряется.
2. Усушка вдоль волокон – фактически это изменения бревна вдоль, многие виды древесины ей подвержены минимально, но при работе с вертикальными элементами, дорогими сортами дерева и сложных конструкциях её учет необходим.
3. Усадка в радиальном направлении — она происходит в зависимости от сорта дерева и веса конструкции.

При практическом расчете опираются на научно просчитанные коэффициенты усушки и разбухания древесины, пользуясь аналогичными таблицами:

Коэффициенты дают понимание об изменении объёма при потере деревом внутренней влажности и изменении объёма при внешних переменах этого параметра. В таблице указано значение изменения размеров бруса в процентах при изменении влажности на 1%. Так например  толщина сосновой доски при усушении с влажности 30% до 10% уменьшится в радиальном направлении на (30-10)х0.17%=3.4%, то есть доска стане тоньше не 3.4 процента.

При реальном расчёте применяют расширенные справочные материалы, в которых эти коэффициенты просчитаны не только с учетом породы, но и особенностей годового цикла для разных регионов страны.

В зависимости от коэффициента усушки древесину делят на несколько групп:

1. менее 0,4 – слабо усыхающие;
2. 0,4-0,55 – умеренно усыхающие;
3. 0,55-0,65 – значительно усыхающие;
4. 0,66 и более – сильно усыхающие.

Приведенные в таблице коэффициенты разбухания действуют аналогично усушке: наиболее сильно заметно это в радиальном направлении, в длину этот процесс заметен намного ниже.

Анизотропия усушки

В древесине зачастую присутствуют внутренние напряжения, различие которых может увеличиваться или уменьшаться в процессе усушки.  Эти напряжения приводят к короблению или растрескиванию материала. Строгих закономерностей по распределению таких напряжений не выявлено, поэтому нет однозначного решения такой проблемы как анизотропия усушки. Под анизотропией усушки понимают неравномерность изменения параметров древесины в процессе усушки.

Учет анизотиропии усушки особенно важен при камерной усушке, ведь в природных условиях резкое колебание температуры невозможно. В производственных условиях ускоренного извлечения влаги из волокон материала. В камере при нарушении технического процесса могут произойти неблагоприятные разности температуры в камере. Если аппаратура печи не сработает своевременно, на выходе получится малопригодное для применения в стройке растрескавшееся бревно.

Современные печи обустроены множеством датчиков, которые учитывает центральный компьютер печи. Оценивая информацию со всех точек камеры, он постоянно балансирует температуру в процессе сушки. На выходе получается качественный строительный материал с минимальными коэффициентами усадки. И даже в таких камерах некоторый процент усушенного материала отбраковывают.

Технология контроля усадки

Усадка древесины составляет 7-11% от высоты сруба. Состоит она из двух факторов:

• усушка, описанная ранее, она «съедает» 10-15 мм объёма бревна;
• механическая деформация – происходит под давлением веса стены, выражается в растрескивании компенсационных швов.

Современные технологии строительства сруба позволяют избежать перекосов здания и извлечь из усадки исключительно положительные аспекты.

Скользящие опоры

Их применяют для фиксации стропил, лестниц и скользящих отделочных стен. Коньковые стены, из-за большего веса сядут быстрее остальных. Если крышу фиксировать монолитно на уголки, то в лучшем случае это выльется в непроектные перекосы ската, в худшем конструкцию крыши может просто разорвать на части. Аналогично ситуация обстоит и с лестницами.

Для исключения подобных ситуаций применяют скользящие опоры, позволяющие крыше усаживаться отдельно от стен, плавно перемещаясь наверху дома без ущерба для собственной формы и стягивания стен при их усадке.

Компенсаторы высоты

Не смотря на многообразие форм предложенных производителем, компенсаторы бывают двух видов:

1. Домкратные – подкручиванием гайки несущей шпильки, компенсируется разница между усадкой горизонтальных элементов конструкции и радиальной усадкой стен. Простая конструкция механизма, позволяет удобно зафиксировать его как на опоре, так и на несущем брусе, а диапазон длины шпильки, позволит подобрать домкратный компенсатор под любое здание. Следя за провисанием балок, человек контролирующий садку раз в месяц аккуратно и синхронно подкручивает гайки на всех шпильках. Устанавливать такие компенсаторы необходимо под все вертикальные бревна конструкции, а также под все углы и несущие вертикальные точки. По завершению усади, домкратный компенсатор выбивают из-под здания, но чаще оставляют в нем навсегда.

При выборе длины шпильки нужно учесть – она должна превышать 7-11% высоты здания.

2. Пружинные – это несъёмный компенсатор, который останется в доме навсегда. Пружина между чашами обеспечивает сопротивление вертикальной усадке дома и плавно проседает под ее влиянием. После установки в заранее подготовленные отверстия конструкция монтируется вместе с пружинами. Такие пружины компенсируют температурную деформацию, изменения влажности, делают механическую усадку плавной. Размещают их в местах стыков стен, как несущих, так и внутренних.

Более подробно о способах компенсации усадки Вы можете прочитать в отдельной статье: методы компенсации усадки деревянного дома, компенсаторы усадки.

Окосячка

Обсада (окосячка) – важный и обязательный  элемент постройки сруба. Возложено на неё две функции, которые необходимо учесть при создании проекта:

1. Основа проёмов – проведение данных работ связано с последующей необходимостью установки окно и дверей, внесение этих элементов в стену сруба обеспечит ровные проёмы в стенах в дальнейшем.
2. Укрепление стены – зона проёма остается нестабильной во время усадки, кроме окосячки, иных элементов контролирующих смещение древесины вокруг проёма нет, потому процедура очень важная, а используемые материалы и метод должны быть проконтролированы заранее.

Существует три основных способа обустройства, в каждом из них необходимо учесть в проекте определенные аспекты, их и перечислим:

1. В колоду – при таком обустройстве предварительно выпиливают шипы, а после уже на них устанавливают лафеты. Необходимо учесть: толщина доски, плотность используемой древесины, подгон лафета под используемую доску.
2. Закладной брус – в стене выпиливают паз, в него закладывают «плавающий» брус. Необходимо учесть: размер обсады, соизмеримость вертикальной и радиальной усушки монтируемой в паз доски, и древесины стены.
3. Крепление на скользящий элемент – учитывается лишь размер окна, он должен быть соизмерим с усаженным проемом, но метод подходит только беседкам и маленьким баням.

Точный учёт на этом этапе необходим, именно эта процедура оберегает незафиксированные концы бруса в проемах от появления изгибов и скручивания.

Наиболее популярным решением является применение хвойных деревьев, благодаря простоте расчетов и надежности древесины при выполнении возложенных на неё функций.

Нагель

Это деревянный шкант, помогающий избежать скручивания по длине бревна. Самым популярным материалом является берёза, благодаря своим техническим характеристикам.

Устанавливается он в шахматном порядке с шагом 1,5-2м. Правильный расчёт до установки нагеля в стены сохранит ваш дом от провисаний, выпадения бревен из стены, компенсирует возможные скручивания, вызванные неравномерной усушкой материала.

При подготовке отверстий для нагеля, их выполняют на несколько мм шире его диаметра и на 4 см глубже его длины. Делают это, для исключения возможности зависания бревен на нагеле, появления щелей при усушке.

Факторы влияния усушки

Когда работы ведутся с непросушенным бревном, то процесс усадки делится на два периода:

— интенсивный (3-6 месяцев);

— постепенный (1-2 года).

Существуют ГОСТы регламентирующие параметры строительного материала до и после усадки. Но опираться лишь на ГОСТ невозможно, ведь технические условия здания вносят множество корректив в усадку, которые необходимо учитывать в проекте. К ним относят:

— вид бруса и дерева;

— сечение;

— влажность древесины и региона;

— габариты здания;

— сезон годового цикла, в котором осуществляется монтаж;

— дополнительные аспекты (скручивание, внутренне напряжение в бревне).

Все эти нюансы влияют на скорость усадки, методы подходящие для её контроля и должны быть заранее учтены.

Задел на прочность

Расчёт прочности конструкции один из самых важных моментов в проектировании. Сегодня это делается программами компьютерного моделирования. Чем сложнее конструкция, тем больше факторов необходимо учесть. Проектная документация должна подтверждать равномерное распределение нагрузки по всей конструкции, это обеспечит её долговечность.

Следует уделить особое внимание следующим элементам конструкции:

— стыки внутренних и наружных стен;

— герметичность узлов после усадки;

— способность крыши собирать на себе снег в зимний период;

— размер нормальных и допустимых нагрузок (помните про мебель);

— период времени, в который будет сохраняться целостность каркаса.

Усадка и отделка

Производить отделку до полной усадки не рекомендуется, но реально. Как упоминалось, вертикальные элементы усаживаться иначе, в сравнении с горизонтальными. Скорость усадки вносит коррективы в методы отделки применимые в доме с незавершенной усадкой.

Компенсировать эти процессы помогают скользящие крепления. На них устанавливают каркас, поверх которого устанавливается основание для отделки (гипсокартон, гипсоволокно, дерево). После чего на такую плавающую конструкцию  наносят отделку.

Главное в подобное отделке просчитать технологические зазоры, которые  при усадке либо исчезнут, либо уменьшатся. Чтобы после их спрятать используют декоративные нащельники.

Подведем итог

Усадка важный технологический процесс. При правильном расчёте монтажа, усадку можно превратить в гарант монолитности вашего дома. Данный ликбез поможет Вам серьезнее отнестись к проектной документации здания. Теперь Вы знаете, как учитывается усадка при проектировании дома.