Изготовление деревянных домов в разных частях мира
Chris Arnold, Building Systems Development, USA
Строительство из дерева – весьма распространенная практика для возведения многих частных домов по всему миру. На территориях, где лесо- и пиломатериалы легко доступны, деревянное строительство является самым дешевым и лучшим способом малого домостроения. В энциклопедии описывается шесть основных способов строительства из дерева. Эти способы включают в себя использование всевозможных видов лесоматериалов от бревен и пиломатериалов до небольших веточек и листьев. Эти типы также описывают различные виды покрытия стен, от растительного и земляного, например, грязи и камней, до деревянного. Первый способ – строительство из тростника – является традиционным.
Для того, чтобы взглянуть на примеры этого способа, обратитесь к разделу традиционного строительства в энциклопедии. Другие способы: стеночно-балочные рамочные конструкции, стены из бамбука/тростника (опалубка «вафельного» типа, обмазка из раствора с соломой), деревянные каркасы с заполнением или без него и деревянное каркасное строительство с опалубкой из гипсокартона/фанеры. Последние два способа – это деревянное панельное строительство и бревенчатое строительство.
В энциклопедии подробно описывается только несколько основных способов деревянного строительства. Первый из них — деревянное каркасное строительство с опалубкой из гипсокартона/фанеры (рис. 1). Он популярен во всем мире и является основным типом домостроения в Соединенных Штатах (WHE Report 90), Канаде (WHE Report 82) и Японии (WHE Report 86). По этому способу стены делаются из вертикальных деревянных элементов прямоугольного сечения, покрытых фанерой или комбинированной опалубкой, крыши – из деревянных элементов или готовых конструкций, которые покрыты наподобие стен.
Фундамент обычно бетонный, но иногда изготовляется и из камня. В Японии изготовляются и стоечно-балочные конструкции. Они похожи на каркасные, отличие лишь в том, что в них используются диагональные элементы для создания стен жесткости вместо опалубки. Горизонтальные деревянные конструкции (рис.2) используются в строительстве в некоторых частях Российской Федерации, особенно в сельской лесистой местности (WHE Report 56, РФ).
По этой системе стены делаются из горизонтальных бревен прямоугольного или круглого сечения, соединенных без механических крепежей по углам. Такие здания имеют деревянные крыши и каменные или бетонные фундаменты. Последний способ, описанный в энциклопедии – деревянное панельное строительство (WHE Report 57, Russian Federation). Он широко используется в Российской Федерации: сборные панели легко превращаются в государственное бюджетное жилье (рис. 3). Стены и пол изготовляются из слоеных деревянных элементов, крыши из дерева, фундамент – из бетона.
 Рисунок 1 : Обычный двухэтажный дом в Канаде (WHE Report 82) |
 Рисунок 2: Обычный бревенчатый дом в Российской Федерации (WHE Report 56)
|
 Рисунок 3: Обычный Деревянный панельный дом в Российской Федерации (WHE Report 57) |
Деревянное каркасное строительство
Современное деревянное каркасное строительство состоит из армированного бетонного ленточного фундамента, на котором конструируется платформа из соединений, покрытых фанерой или ориентировано-стружечной плитой для создания нижнего этажа дома (также известна, как платформа деревянной каркасной конструкции). Эта платформа напрямую соединена с фундаментом анкерными болтами. На этой основе устанавливаются внутренние и наружные стены. Стены состоят из горизонтальных порогов с вертикальными деревянными стойками с опалубкой из панелей или досок, прикрепленной гвоздями к стойкам с внешней стороны здания (рис. 4). После того, как завершены стены первого этажа, начинается строительство пола второго этажа, который, в свою очередь, служит платформой для возведения стен второго этажа. Этот процесс повторяется для всех этажей. Структура крыши обычно состоит из готовых конструкций, которые покрыты подшивкой или кровельной черепицей (Rainer and Karacabeyli 2000).
Стандартная каркасная структура сегодняшнего дня расширена за счет большого количества совместимых стандартных компонентов, таких как двери, окна, электрические и водопроводные приспособления и т.д., которые разрабатываются таким образом, чтобы быть легко монтированными в деревянную конструкцию. Деревянные каркасные стены полые, и чтобы обеспечить любые климатические условия, могут быть установлены альтернативные уровни изоляции. Водопроводные, отопительные и электрические проводки могут быть легко помещены в стены, в свободные пространства над потолком, в структуру пола и в пространства между первым этажом и землей. По правилам и нормам каркасные дома могут достигать высоты в три этажа.
Большинство резиденций в США, Японии и Канаде построены каркасным способом, описанным выше. Многие канадские одноэтажные дома – неспециализированные здания, чем отличаются от официальных резиденций США, Японии и России, где резиденции проектируются архитекторами.
Метод порогов, используемый в конструкции платформ
 Рисунок 4: Детали конструкции платформ в Канаде. (WHE Report 82) |
 Рисунок 5: Обычный план первого этажа каркасного здания в Калифорнии, США (WHE Report 90) |
Использование и стоимость
На сегодняшний день для строительства примерно 90% домов в США, особенно в пригородах, используется деревянный каркасный типстроительства. Стоимость сильно отличается в зависимости от региона и дизайна дома и варьируется от примерно 650 US$/м2 до 2200 US$/м2 (WHE Отчет 90, USA) не считая стоимости земли. Стоимость дома на одну семью в Японии варьируется от 1100 US$/м2 до 2800 US$/м2 (WHE Отчет 86, Japan).
Конструктивная система
В типичном доме каркасного типа нагрузки от собственного веса удерживаются деревянными стойками, обычно расположенными в 16 дюймах (примерно 400мм) друг от друга. Элементы пола и крыши обычно составляют 2 дюйма (50мм) в ширину и могут быть от 6 до 14 дюймов (150 – 300мм) в высоту. Сопротивление сдвигу обеспечивается благодаря стене жесткости, состоящей из фанеры или промышленных деревянных панелей (ДСП), прикрепленных гвоздями к вертикальным стойкам (рис. 6 и 7). В настоящее время каркасное домостроение систематизировано и регулируется в США (WHE Отчет 90, USA), где инспекции достаточно высокого уровня проводятся районными департаментами строительства на территориях, подверженных сейсмической опасности. В небольших городах и сельской местности, однако, такого контроля качества может не хватать.
 Рисунок 6: Установка заранее собранной стоечной стены на армированную бетонную плиту пола (WHE Отчет 90) |
 Рисунок 7: Обычная одноэтажная каркасная деревянная конструкция (WHE Отчет 90) |
В Японском деревянном домостроении используется принцип стоечно-балочных конструкций (WHE Отчет 86, Japan), похожий на принцип в США и Канаде. Деревянные столбы с размерами в поперечном сечении от 05мм до 50мм несут гравитационную нагрузку. Конструкция крыши выполнена из дерева и покрыта черепицей или шифером. Нагрузка на крышу передается на рамочную конструкцию. Система опоры крыши в Японии отличается от используемых в западных странах и основана только на вертикальных и горизонтальных элементах. Никаких диагональных элементов или ферм, так популярных в таких конструкциях на Западе.
В большинстве деревянных построек в Японии, Канаде и США сопротивление горизонтальной нагрузке обеспечивается за счет деревянных стен жесткости с фанерой или промышленными деревянными панелями (ДСП), прикрепленных гвоздями к вертикальным деревянным элементам.
Строительные нормы и правила ограничивают количество и размеры стен жесткости. В Японии (WHE Отчет 86) еще одним подходом к конструкции стен жесткости является деревянная стена с внутренней диагональной распоркой (рис. 8). Тем не менее, в традиционном японском доме не было диагональной распорки. Тонкая деревянная балка, называемая «Нагеши», проходящая через столбы и толстая деревянная стойка обеспечивали сопротивление сдвигу. Также в японском домостроении часто используются металлические соединители, а в последнее время для укрепления деревянной рамочной конструкции используется опорный деревянный брус.
Другим подходом к стоечно-балочному домостроению являются деревянные панельные конструкции и горизонтальное деревянное строительство бревенчатых домов в Российской Федерации (WHE Отчет 56, WHE Отчет 57, Россия). В панельном строительстве для несения нагрузки от собственного веса используются несущие стеновые панели. Многослойные панели выполняют функции стен жесткости и противостоят горизонтальным нагрузкам. Такие многослойные деревянные панели также служат как диаграммы крыши и пола. В горизонтальной системе строительства бревенчатых домов в качестве элементов сопротивления вертикальным и горизонтальным нагрузкам используются уложенные в штабеля бревна (рис. 9). Горизонтальные бревна крепятся при помощи соединений, выпиленных вручную, без каких-либо других механических креплений (рис. 10).
 Рисунок 8: Японская стоечно-балочная |
 Рисунок 9: Секция горизонтальной конструкции стены в Российской Федерации |
 Рисунок 10: Деревянная соединительная деталь в конструкции дома |
Сейсмические характеристики
Если качество материалов и конструкций удовлетворительное, сейсмические характеристики каркасных сооружений достаточно высокие. Обычно такие здания обладают небольшим весом, особенно по сравнению с постройками из кирпича или камня, что позволяет уменьшить воздействие сейсмической силы на сооружения. К тому же, из-за наличия достаточно большого количества стен и использования многочисленных гвоздевых соединений, деревянные каркасные дома хорошо зарекомендовали себя при землетрясениях: летальные исходы и серьезные травмы в таких постройках — редкое явление.
Сейсмические характеристики каркасных сооружений улучшаются и за счет их ненесущих элементов (WHE Report 82, Canada). Архитектурная отделка и многочисленные ненесущие стены увеличивают количество энергии, которую здание может рассеять во время землетрясения, так как эти дополнительные системы во время повреждений поглощают энергию. Отделки, такие как штукатурка, которая используется в США, Канаде и Японии, трескается и откалывается, что придает зданию дополнительную сейсмостойкость; вследствие этого считается, что каркасные деревянные дома имеют малую и среднюю сейсмостойкость.
Горизонтальное деревянное домостроение в Российской Федерации достаточно неплохо зарекомендовало себя во время землетрясений (рис. 11).
Панельным домам в РФ испытать себя на прочность в землетрясениях еще только предстоит.
Сейсмические недостатки
Недостаточное соединение здания с фундаментом – больная тема для всех видов деревянных построек. Во время землетрясения здания, которые недостаточно прочно скреплены с фундаментом, могут с него сдвинуться, вызывая конструктивные повреждения и возможные разрывы водопроводных, газовых и электрических линий.
Все страны называют это большой сейсмической проблемой.
Самым большим сейсмическим недостатком для американских зданий являются незакрепленные консольные стены (WHE Report 90, USA). Консольная стена – это низкая деревянная каркасная стена, встраиваемая иногда между верхней частью фундамента и нижней стороной первого этажа. Разрушение консольной стены или частичное повреждение ее в результате землетрясения жизни обычно не угрожает, но последующий ремонт достаточно больно ударяет по кошельку (рис. 12).
 Рисунок 11: Фотография, показывающая обычное повреждение от землетрясения на Камчатке в 1958 году (WHE Report 56) |
 Рисунок 12: Повреждение консольной стены. Дом сдвинулся с фундамента примерно на 1 фут (30 см) (WHE Report 90, USA) |
Недостаточное сопротивление сдвигу также может являться проблемой для более старых построек в США и Японии, у которых проблемы с креплениями и опалубкой. В Канаде широкое использование горизонтального сдвига также может привести к недостаточному сопротивлению. Результаты канадского экспериментального исследования ясно показывают, что меры по разрешению проблем, связанных с возведением этих зданий повышенной опасности, значительно уменьшат повреждения от землетрясений (WHE Report 82, Canada).
В более старых постройках в США, Канаде и Японии недостатки могут наблюдаться в соединениях, особенно там, где стойки соединены шиповыми соединениями без каких-либо механических креплений. Точно такая же проблема существует в горизонтальном типе построек в Российской Федерации (WHE Report 56), которые опираются только на выпиленные руками соединения (рис. 13). Соединения таких построек горизонтального типа также являются непрочными в результате недостатка рамочной конструкции для поддержания элементов.
Недостаточно прочное соединение стен и креплений в крыше и половых перегородок в рамочных конструкциях, особенно в экстренных ситуациях, могут сделать здание очень уязвимым.
Недостатки в Японских конструкциях — очень тяжелый кровельный материал (рис. 14). Как показало землетрясение в Кобе в 1995 году, традиционная тяжелая черепица часто приводит к разрушению зданий (WHE Report 86, Япония).
В панельных домах, распространенных в Российской Федерации, самое уязвимое место – участки соединения панелей (WHE Report 57, Russian Federation). Соединения между панелями, между панелями и крышей и между панелями и фундаментом наиболее подвержены разрушениям во время землетрясений.
Недостаточно хорошее эксплуатационное содержание зданий – еще одна проблема для всех видов построек.
 Рисунок 13: Повреждение в результате землетрясения в 1995 году в Кобе, вызванное тяжелым кровельным материалом (WHE Report 86) |
 Рисунок 14: Повреждение стены в результате землетрясения на Камчатке в 1958 (WHE Report 56) |
В панельных домах, распространенных в Российской Федерации, самое уязвимое место – участки соединения панелей (WHE Отчет 57, Russian Federation). Соединения между панелями, между панелями и крышей и между панелями и фундаментом наиболее подвержены разрушениям во время землетрясений.
Недостаточно хорошее эксплуатационное содержание зданий – еще одна проблема для всех видов построек.
Технологии повышения сейсмоустойчивости
Закрепление стен – самая обычная и экономичная мера по укреплению деревянных конструкций в США и Канаде. Такие доработки просты и могут за небольшую стоимость быть выполнены хозяевами, обладающими элементарными плотницкими навыками (рис. 15). Нет необходимости укреплять всю стену, только некоторые промежуточные части, в зависимости от ее длины, и углы (WHE Отчет 90, USA).
 Рисунок 15: Укрепление стены и фундамента(WHE Отчет 90) |
Основное закрепление и соединение деревянного здания с фундаментом также являются обычными процедурами в США и Канаде.
В Японии обычно укрепляются четыре главных части (WHE Отчет 86, Japan). Недостаточно прочные соединения элементов конструкции и соединения стен с фундаментом модернизируются дополнительными металлическими соединителями. В зданиях с недостаточно хорошей системой сопротивления сдвигу устанавливаются дополнительные деревянные диагональные растяжки или к существующей стене добавляется фанерная обшивка.
Тяжелая черепица заменяется на более легкий по весу материал. Но, чем прибегать к таким модернизациям, многие хозяева поврежденных домов предпочитают разрушить существующие строения и построить новые. Доработки существующих зданий популярностью не пользуются и не являются обязательными по правилам и нормам в Японии, хотя и приветствуются.
В деревянных бревенчатых домах Российской Федерации можно сделать несколько изменений, но прибегают к ним достаточно редко (WHE Отчет 56, Россия). Установка вертикальных элементов в стены двухэтажных домов, соединение бревен при помощи вертикальных арматурных стержней и монтаж рам вокруг отверстий могут предотвратить разрушения, вызванные предыдущими землетрясениями.