Деревянные перекрытия и пути эвакуации зданий по группе капитальности «Обыкновенные»
Дедюхова И.А., к.т.н., доцент
Деревянное перекрытие является одним из главных конструктивных решений перекрытий и в новом малоэтажном строительстве. Основным достоинством таких перекрытий является их легкость, что позволяет производить их монтаж без привлечения грузоподъемных механизмов и грузозахватных приспособлений.
В жилье по группе капитальности «Обыкновенные» до индустриализации строительной отрасли в 60-х годах прошлого столетия деревянные перекрытия не только являлись наиболее экономичным, но и в ряде случаев – единственно возможным вариантом, из-за отсутствия грузоподъемных механизмов. Деревянные перекрытия просты в изготовлении, имеют низкую теплопроводность, однако более низкая механическая прочность, требующая больших сечений; низкая пожаростойкость и устойчивость к поражению микроорганизмами и термитами – предъявляют особые требования к их эксплуатации.
Решение междуэтажного перекрытия по деревянным балкам (разрез): 1 – кирпичная стена; 2 –звуко- и гидроизоляция; 3 – щиты наката; 4 – засыпка; 5 – толь (рубероид); 6 –подшивной потолок; 7 – чистый пол; 8 – черепные бруски и лаги | Конструкция балочного перекрытия по деревянным балкам с накатом: 1 — балка; 2 — черепные бруски; 3 — щиты из досок; 4 — известковая или глиняная смазка; 5 – слой звукоизоляции; 6 — прокладка из картона; 7 — лага; 8 — пол по лагам; 9 — штукатурка |
Деревянные перекрытия состоят из несущей деревянной балки, пола, межбалочного заполнения, являющегося тепло- и звукоизоляцией, и отдельного слоя (потолка). Нижняя часть межбалочного заполнения называется накатом и представляет собой настил, поддерживающий слой тепло- и звукоизоляции верхней части межбалочного перекрытия.
В качестве звукоизоляции наиболее часто применялся песок, шлак, керамзит и др. сыпучие материалы.
Накат служит для восприятия нагрузки от утепляющего слоя и передачи ее на балку. Накаты могут быть в виде: щитов из продольных досок, щитов из поперечных досок и щитов из продольных и поперечных досок. Щиты опирают на пробоины (черепные бруски), прибитые к боковым граням балок. Для этого к балкам прибивают черепные бруски с сечением 40×40 или 50×50 мм.
Для обеспечения лучшей звукоизоляции от воздушного переноса звука по накату в жилье III группы капитальности выполнялась глинопесчаная смазка толщиной 20-30 мм, поверх которой насыпался шлак или сухой прокаленный песок толщиной 6-8 см. Таким образом, засыпка из пористого материала поглощала и гасила часть звуковых волн.
Засыпка без глинопесчаной смазки принималась толщиной не менее 80 мм. Поверх нее укладывали лаги, к которым прибивался пол из шпунтованных досок, прикрепляемых гвоздями к лагам, из пластин или досок, которые укладывают поперек балок через 500-700 мм.
Виды деревянных перекрытий: а — чердачное перекрытие с утеплением по верхней обшивке; б — перекрестное чердачное утепление; в — надподвальное перекрытие с межбалочным утеплением; 1 — балки перекрытия; 2 — дощатая обшивка; 3 — пароизоляция; 4 — первый слой утеплителя; 5 — арматурная сетка; 6 — паропроницаемая стяжка; 7 — деревянный (дощатый) накат; 8 — перекрестный каркас; 9 — дощатая обшивка (как вариант — паропроницаемая армированная стяжка); 10 — второй слой утеплителя; 11 — черепной брусок; 12 — деревянный пол; 13 — плинтус; 14 — щель воздухообмена. |
Снизу к балкам прибивают подшивку из тонких досок толщиной 12 — 18 мм. В качестве наката можно использовать однослойные щиты из бакелизированной фанеры, доски и другие листовые материалы, способные выдержать вес засыпки и т.д.
Сами балки изготавливают из древесины хвойных пород, а черепные бруски, кроме того, — и из древесины ольхи, осины.
Наиболее оптимальными пролетами для деревянных балок считались пролеты до 4 м, но в жилье II группы капитальности деревянные балки использовались и при больших пролетах (до 6 м).
Балки чаще всего представляют собой деревянные брусья прямоугольного сечения. Высота балки зависит от величины пролета и составляет его длины. Ширина баки зависит от ее высоты. Соотношение размеров балки составляет 7:5.
Основными несущими элементами деревянного балочного перекрытия являются деревянные балки прямоугольного сечения высотой 140-240 мм и толщиной 50-160 мм, уложенные через 0,6; 0,8; 1 м. Сечение деревянных балок перекрытий принималось в зависимости от нагрузки, подшивки (наката) с засыпкой, и дощатого пола, настеленного по лагам как непосредственно по лагам.
Минимальное сечение деревянных балок перекрытия прямоугольного сечения
Ширина |
Расстояние между балками, м |
||||||
0,5 |
1 |
||||||
Распределенная общая нагрузка, кПа (кгс/м²) |
|||||||
1,5 (150) |
2,5 (250) |
3,5 (350) |
4,5 (450) |
1,5 (150) |
2,5 (250) |
3,5 (350) |
|
2,0 |
5 х 8 |
5 х 10 |
5 х 11 |
5 х 12 |
10 х 10 |
10 х 10 |
10 х 11 |
2,5 |
5 х 10 |
5 х 12 |
5 х 13 |
5 х 15 |
10 х 10 |
10 х 12 |
10 х 13 |
3,0 |
5 х 12 |
5 х 14 |
5 х 16 |
5 х 18 |
10 х 12 |
10 х 14 |
10 х 15 |
3,5 |
5 х 14 |
5 х 16 |
5 х 18 |
10 х 16 |
10 х 14 |
10 х 16 |
10 х 18 |
4,0 |
5 х 16 |
5 х 18 |
10 х 17 |
10 х 18 |
10 х 16 |
10 х 19 |
10 х 21 |
4,5 |
5 х 18 |
10 х 17 |
10 х 19 |
10 х 20 |
10 х 18 |
10 х 21 |
10 х 23 |
5,0 |
10 х 16 |
10 х 19 |
10 х 21 |
10 х 23 |
10 х 20 |
10 х 23 |
10 х 26 |
Использование лиственных пород дерева в качестве балок перекрытия недопустимо, так как они плохо работают на изгиб. Поэтому в качестве материала для изготовления деревянных балок перекрытия применяют хвойные породы древесины, очищенные от коры и антисептированные в обязательном порядке. Чаще всего концы балок заводятся в специально оставляемые для этой цели гнезда в кирпичных стенах непосредственно в процессе кладки, либо врубаются в верхний венец бревенчатых, брусчатых и каркасно-щитовых стен.
Балки для устройства перекрытий обычно изготавливались из кругляка, обработанного на четыре канта, бруса или досок толщиной 60–80 мм, установленных на ребро. Применялись и спаренные доски толщиной 50 мм, которые «сшивались» между собой гвоздями или металлическими скобами. При больших пролетах среднюю часть балок опирали на внутренние стены или на промежуточные столбы.
Для изготовления балок (лаг) использовали древесину сосны, ели, лиственницы, влажностью не более 14 процентов (при правильном хранении древесина приобретала такую влажность через год). Чем суше балка, тем она прочнее и тем меньше прогибается от нагрузки.
Чтобы междуэтажные балки не прогибались, их укладывали на расстоянии не более метра друг от друга, а то и ближе. Уже в начале XVIII в. было известно, что наиболее прочная на изгиб балка – это брус с соотношением сторон 7 : 5. Круглое бревно прочнее, чем вытесанный из него брус, поскольку наиболее твердые слои древесины прилегают непосредственно к коре. Однако оно было менее прочно на изгиб, трещало под нагрузкой, а круглое сечение было нетехнологичным в узловых соединениях.
Для обеспечения жесткости балок необходимо их укладывать на расстоянии примерно до 1,2 м друг от друга. При устройстве перекрытия крайние балки нельзя укладывать так, чтобы они соприкасались со стеной. Между ними необходимо устроить зазор шириной около 30 мм. Балки опирают на несущие стены, заглубляя концы на 150 — 200 мм (рис.2).
При заделке деревянных балок в гнезда кирпичных стен концы балок рекомендуется обработать битумом и просушить, чтобы снизить вероятность гниения от увлажнения. Торцы балок обязательно оставляют открытыми. Пространственные ниши при заделке деревянных балок перекрытий заполняют вокруг балки эффективным утеплителем (минеральная вата, пенопласт). При толщине кирпичных стен до 2-х кирпичей зазоры между концами балок и кирпичной стенкой заливались цементным раствором. Кроме того, концы балок, предварительно обмазанные смолой, утеплялись деревянными коробами.
Заделка концов деревянных балок в наружные и внутренние несущие стены: 1– зазор; 2 – толь; 3 – ящик из досок; 4 – антисептированная подкладка |
В кирпичных стенах концы балок не прикрывали, оставляя вентиляционные продушины. Это предохраняло концы балок от конденсации влаги. Деревянные балки перекрытия опирались на несущие стены в открытые гнезда, заделывая их на 150 мм. Опорные концы балок, чаще всего, оборачивались двумя слоями толя для предотвращения их загнивания.
Деревянное перекрытие: 1 – балка; 2 – черепной брусок; 3 – щит наката; 4- пароизоляция; 5 – подшивка; 6 – засыпка (шлак); 7 – покрытие пола |
Разрез перекрытия: 1 – покрытие пола; 2 – настил; 3 – засыпка; 4 – накат; 5 – картон на обмазке; 6 – черепной брусок |
В ходе эксплуатации из-за конденсирования теплого воздуха, проникающего из дома, с холодным, находящимся в гнездах, — концы балок междуэтажных и чердачных перекрытий в каменных зданиях нередко загнивали в специально выполненных для их опирания гнездах. Поэтому с середины 50-х годов для многоквартирных домов III группы капитальности гнезда в кирпичных стенах выполнялись несколько больших размеров, чем концы балок. Нижняя часть гнезда должна быть сухой, для выравнивания и предотвращения загнивания она прокладывалась холстиной, вымоченной в дегте. Глубина гнезда в каменных зданиях обычно составляла 250 мм, а концы балок заводились в кладку не менее чем на 150 мм.
Каждую третью балку, заделываемую в наружную стену, закрепляли Т-образным анкером – для создания своеобразного горизонтального диска жесткости в области перекрытий. Анкеры крепились к балкам с боков или снизу и заделывались в кирпичную кладку. Высота такой балки принималась 200 мм, ширина 100 мм. Длина опорных концов заделки балки была не менее 15 см.
При отсутствие бруса подходящего сечения можно использовать сколоченные и поставленные на ребро доски, при этом общее поперечное сечение, по сравнению с целой балкой, не должно уменьшиться.
Щиты наката опирались на черепные бруски сечением 50×50 мм, прибитые к боковым граням балок. Поверх наката устраивалась засыпка из шлака, снизу к балкам прибивалась подшивка из тонких досок толщиной 12 мм.
Заделка деревянных балок перекрытия в наружную стену: 1 — стена, 2 — подкладка, 3 — заделываемый конец балки. |
Заделка деревянной балки перекрытия в кирпичную стену: 1 — кирпичная стена, 2 — деревянная балка, 3 — конец балки, обработанный антисептической пастой или обернутый рубероидом, 4 — гидроизоляция из двух слоев рубероида. |
Укладку балок вели «маячковым» способом, вначале устанавливая крайние балки, а затем промежуточные. Правильность положения крайних балок проверялась уровнем или ватерпасом, а промежуточных — рейкой и шаблоном. Балки выравнивали, подкладывая под их концы просмоленные обрезки досок разной толщины. Подкладывать щепки или подтесывать концы балок не рекомендуется.
Деревянные балки перекрытий укладывали, как правило, по короткому сечению пролета по возможности параллельно друг другу и с одинаковым расстоянием между ними. Учитывая все сказанное выше, концы балок, опирающиеся на наружные стены, срезали наискось под углом 60 град., антисептировали, обжигали или обертывали двумя слоями толя или рубероида. При заделке деревянных балок в гнезда кирпичных стен — концы балок обрабатывались битумом и сушились, чтобы снизить вероятность гниения от увлажнения. Торцы балок оставляли открытыми. Пространственные ниши при заделке деревянных балок перекрытий заполнялись вокруг балки утеплителем, к примеру, деревянными коробами, предварительно просмолив их.
При опирании балок на внутренние несущие стены под их концы подкладывают два слоя толя или рубероида.
В ограждающих конструкциях концы балок не прикрывали, оставляя вентиляционные продушины. Это предохраняло концы балок от конденсации влаги.
Диффузия водяного пара в деревянной балке: 1 — кирпичная стена; 2 — слой штукатурки; 3 — воздушный зазор между торцом деревянной балки и кирпичом; 4 — плинтус; 5 — пол из шпунтованных досок; 6 — деревянные доски; 7 — водяные пары; 8 — жидкая влага; 9 — рубероид или толь |
Вместо брусчатых балок использовались и бревна соответствующего диаметра, обтесанные с трех сторон, что более экономично (круглый лес значительно дешевле пиломатериалов), но в этом случае бревна должны быть выдержаны в сухом помещении не менее одного года, подобно бревенчатому срубу.
Для усиления несущей способности перекрытия использовалась перекрестная схема установки силовых балок. При применении такой схемы перекрытие опирается на все стены здания по контуру. Узлы пересечений балок стягивались хомутами или проволочными скрутками. Перекрестная схема перекрытий в жилье III группы капитальности встречается достаточно редко, лишь у квадратных в плане сооружений, так как гораздо проще было уменьшить шаг несущих балок и сделать обыкновенное перекрытие, хотя на изготовление перекрестного перекрытия расходовалось меньшее количество пиломатериалов, чем на традиционное, при одинаковой несущей способности перекрытий.
Подготовка к выполнению перекрестного перекрытия |
Конструктивные различия перекрытий в жилье III группы капитальности наблюдаются по способу их утепления. Междуэтажное перекрытие, как правило, почти не утеплялось, чердачное (с холодным чердаком) — утеплялось с устройством нижнего пароизоляционного слоя, а надподвальное — утеплялось с устройством верхнего пароизоляционного слоя.
Накат на черепных брусках с утеплителем: 1 — балки; 2 — черепные бруски; 3 — черный пол; 4 — пергамин; 5 — утеплитель; 6 — пергамин; 7 — доски пола |
Для его крепления настила наката к балкам прибивались черепные бруски сечением 5 х 5 см, непосредственно на которые и укладывают доски наката. Пластины наката плотно подгонялись друг к другу, чтобы убирать все щели между отдельными досками. Нижняя поверхность наката должна была находиться в одной плоскости с балками перекрытия. Для этого в досках наката выбиралась четверть (фальц). Для сооружения наката не всегда использовались полноценные доски, чаще всего их заменяли горбылем. Подшивка из досок толщиной 20-25 мм крепилась гвоздями, забиваемыми под углом.
Уложенный накат покрывали слоем толя или рубероида и засыпали утеплителем. Сыпучие утеплители не утрамбовывали. Вид утеплителя и его толщина определялись по расчетной наружной температуры воздуха.
Толщина засыпки чердачного перекрытия в зависимости от температуры наружного воздуха
Материал |
Объемный вес, кг/м³ |
Толщина засыпки (мм) при |
||
-15 |
-20 |
-25 |
||
Опилки древесные |
250 |
50 |
50 |
60 |
Стружки древесные |
300 |
60 |
70 |
80 |
Аглопорит |
800 |
100 |
120 |
140 |
Котельный шлак |
1000 |
130 |
160 |
190 |
В последнюю очередь верхнюю грань балок застилалась толем или рубероид, а сверху накладывали лаги, если балки имели редкое расположение.
При этом в цокольном перекрытии не использовалась подшивка, а в чердачном перекрытии — лаги и чистый пол.
Цокольное перекрытие конструировалось таким образом, чтобы без ущерба для эксплуатационных качеств не использовать при его изготовлении накат и утеплитель (разумеется. В этом случае использовалась рубероидная прокладка по всей площади пола, а в качестве засыпки применялся гравий или утрамбованный щебень.
Вариант устройства цокольного перекрытия: 1 — утрамбованный грунт; 2 — гравий; 3 — балка; 4 — лага; 5 — рубероид; 6 — чистый пол; 7 — фундамент-цоколь |
Поскольку изначально жилье III группы капитальности проектировалось с печным отоплением, в местах соприкосновения деревянных перекрытий с дымовыми каналами устраивали разделку — утолщение стенок трубы. Расстояние от края дымового канала до ближайшей деревянной конструкции принималось не менее 380 мм. Проемы перекрытий в местах прохода дымовых труб обшивались несгораемыми материалами.
Разделка в месте выхода дымохода в междуэтажном деревянном перекрытии: 1 — дымовой канал; 2 — балка перекрытия; 3 — разделка в 1,5 кирпича; 4 — два слоя асбеста; 5 — разделка в один кирпич с дополнительной изоляцией; 6 — обшивка |
В пределах разделки толщина стенок дымовой трубы увеличивалась до 1 кирпича, то есть до 25 см. Но и в этом случае балки перекрытия не должны касаться кирпичной кладки трубы и отстоять от горячей поверхности не менее чем на 35 см. Это расстояние могло быть уменьшено до 30 см путем прокладки между разделкой и балкой смоченного в глиняном растворе войлока или асбестового картона толщиной 3 мм. Конец укороченной балки, расположенной напротив разделки, опирался на ригель, подвешенный на хомутах к двум соседним балкам.
Деталь крепления балок из древесины на металлических хомутах в местах дымохода: 1 — укороченная балка; 2 — ригель; 3 — хомут из стальной полосы; 4 — гвоздь либо шуруп |
Экономичным считалось перекрытие, состоящее из деревянных щитов с односторонней и двухсторонней обшивкой, воспринимающей вместе с каркасом щитов вертикальные нагрузки. Обшивка является несущим элементом перекрытия, если она прочно соединена с рёбрами досок каркаса щита. Прочно связанные друг с другом рёбра и обшивка обладают высокой несущей способностью.
В качестве обшивки в конце 50-х годов использовалась строительная бакилизированная фанера, показавшие высокие эксплуатационные качества. Доски, ввиду большого количества одинаково ориентированных швов, не способствуют повышению несущей способности перекрытия.
Для одно- и двухпролётных конструкций при превышении расчётных значений под перекрытие подводились дополнительные опоры, что существенно повышало стоимость сооружения.
Для однопролётного перекрытия, где щиты имели опирание только на концах рёбер жёсткости, ширина пролёта, несколько превышавшая ширину помещения в свету, не должна была превышать 5 м. Для двухпролётного перекрытия допустимая ширина пролёта и, соответственно, помещения увеличивалась до 6м.
Полы в рассматриваемом типе сооружений имели особенности изготовления лишь на первом этаже зданий без подвалов и подполья. Деревянные дощатые полы первого этажа устраивались по спланированному грунту с подсыпкой песка — на кирпичных столбиках. На столбики опирались деревянные лаги, по которым настилался дощатый пол. Кирпичные столбики по лаги засыпались утеплителем.
В результате получалось экономически выгодная, но достаточно холодная в период отопительного сезона конструкция.
Дощатый пол по лагам на кирпичных столбиках: 1 – бетонная подготовка; 2 – два слоя толя; 3 – осмоленная подкладка; 4 – плинтус; 5 — утеплитель |
Лестницы служат для сообщения между этажами, а также эвакуации людей из здания. Они состоят из маршей, лестничных площадок и ограждения с перилами. Лестничные площадки на уровне каждого этажа называют этажными, а площадки между этажами – промежуточными. Марш представляет собой конструкцию, состоящую из ступеней и поддерживающих их балок. Балки, располагаемые под ступенями, называют косоурами, а балки, к которым ступени примыкают сбоку – тетивами. Вертикальную грань ступени называют подступенком, а горизонтальную – проступью. Ступени чаще всего имели высоту 150 мм, а ширину – 300 мм. Эти размеры позволяли устраивать уклон марша в соотношении 1 : 2. Ширина лестницы принималась не менее 1 200 мм, ширина площадок – не менее ширины марша. Количество ступеней в одном марше колебалось от 5 до 18. В каменных домах-храмах деревянные лестницы богато украшались деревянными резными колоннами, а ограждение – затейливыми балясинами.
Несущими элементами деревянных лестниц служили площадочные балки и тетивы толщиной 60–80 мм. Для сопряжения ступеней с тетивами по боковой поверхности тетив выбирались пазы, в которые вставлялись концы досок проступей и подступенков. Снизу марши имели дощатую подшивку, которая иногда штукатурилась.
В жилых зданиях по группе капитальности «Обыкновенные» использовались два типа деревянных лестниц: двухмаршевая и трехмаршевая. Ширина марша составляет 1,2 м, высота марша 1,5 м. Высота подступенка равна 150 мм, ширина проступи — 300 мм.
Фрагменты деревянных лестниц: а – узел лестничной площадки; б – деталь соединения проступи с подступенкой; в – лестница со ступенями, прибитыми к брускам; г – деревянная стремянка; д – деревянные поручни; 1 – площадочная балка; 2 – тетивы; 3 – проступь; 4 – подступенок; 5 – подшивка; 6 – плинтус; 7 – пол; 8 – песок или шлак; 9 – накат; 10 – стойка ограждения; 11 – чердачный люк; 12 – стремянка; 13 – сварка; 14 – верхняя тяга; 15 – шуруп; 16 – деревянный поручень; 17 – брусок |
Деревянная лестница: 1 – площадочная балка; 2 – тетива;3 – проступь; 4 – подступенок; 5 — подшивка |
Узел лестничной площадки: 1 – засыпка; 2 – толь; 3 – подшивка; 4 – штукатурка; 5 – брусок; 6 — ригель