ТехЛиб

Библиотека научно-технического портала Технарь

Конструктивная защита древесины

Поскольку жесткость, устойчивость и долговечность зданий в первую очередь зависят от качества сопряжения отдельных элементов, то конструирование узлов соединений несущих и ограждающих конструкций каркаса зданий является сложным и ответственным вопросом.

Несмотря на то, что многие узлы имеют принципиальные типовые решения, обоснованные на многолетних опытах безаварийной эксплуатации, зачастую приходится решать вопрос в зависимости от каждого конкретного случая.

Конструкции узлов должны отвечать следующим требованиям:

  • воспринимать усилия, возникающие от нагрузок на здания;
  • обеспечивать расчетный режим работы конструкций;
  • обеспечить надежность соединений элементов зданий;
  • обеспечить простоту монтажа;
  • обеспечить изоляцию здания от атмосферных и климатических воздействий;
  • обеспечить долговечность деревянных элементов конструкций.

Если первые пять требований характерны для узлов зданий из любых материалов, то шестое требование наиболее актуально для деревянных конструкций. Комплекс мероприятий по обеспечению долговечности элементов конструкций как на стадии проектирования, так и на стадии строительства называется конструктивными мерами по защите древесины от увлажнения.

Узлы большепролетного арочного здания: а) коньковый узел; б) опорный узел; 1 — полуарка; 2 — вентилируемое покрытие; 3 — опорный шарнир; 4 — коньковый шарнир

Опорный узел неотапливаемого арочного здания: 1 — цокольная панель; 2 — брус; 3 — переходная кровельная деталь; 4 — гидроизоляция торцов

Наиболее распространенным источником увлажнения деревянных конструкций в узлах зданий является конденсация влаги. Она проявляется в том случае, если температура материала вследствие некачественной теплоизоляции стыков ниже температуры точки росы для омывающего конструкцию воздуха.

При этом температура точки росы тем выше, чем больше относительная влажность воздуха в помещении. Оседание мелких капель влаги обычно происходит в зоне опирания конструкций на фундаменты, стены, колонны, а также в зоне стыков стеновых панелей. Поэтому решения этих узлов зданий должны удовлетворять не только требованиям по несущей способности и термическому сопротивлению, но и требованию по простоте и удобству производства работ.

Зачастую конструктивные меры защиты древесины дополняются химическими. Так, например, при пересечении несущих клееных элементов с наружными стенами используют комплексные меры защиты — химические (антисептирование в сочетании с влагозащитным бандажом участка балки в зоне пересечения стены) и конструктивные.

Зазоры между поверхностями несущей конструкции и ограждающей конструкции тщательно утепляют и герметизируют, чтобы исключить проникновение через них теплого воздуха из помещения и образования конденсата на древесине. Однако такое решение допустимо только для клееных конструкций, т.к. в отличие от бревен, брусьев, в них отсутствуют усушечные трещины, в которых возможно образование конденсата и образование очагов гниения.

Комплекс конструкционных мер защиты древесины не допускает также непосредственного контакта древесины с конструкциями из более теплопроводного материала. В частности, не допускается устанавливать несущие конструкции покрытия вплотную к каменным стенам и перегородкам.

При расположении несущих конструкций покрытия над внутренними стенами или перегородками между ними оставляют зазор с учетом возможного прогиба конструкции при эксплуатации. Зазор при этом заполняют упругим гидроизолирующим материалом типа «Гернит» или «Вилатерм».

Если стена разделяет помещение с различными температурно-влажностными режимами (например, отапливаемое и неотапливаемое), то использование несущей конструкции в качестве ограждения недопустимо.

В данном случае несущую конструкцию рациональнее разместить в отапливаемом помещении, а стену поднять до низа кровельных конструкций с утеплением и герметизацией зазора, по возможности со стороны теплого помещения.

Если по типовому решению при опирании балок на колонны торцы их не соприкасаются с конструкциями ограждения и находятся в одинаковых условиях с остальными частями конструкции, то при опираниях их на кирпичные стены зачастую возможны соприкосновения.

В этом случае в стенах следует устраивать специальные ниши, которые оставляют открытыми со стороны помещения, а уменьшение толщины стены компенсируется утеплителем из эффективных плитных теплоизоляционных материалов. Для большепролетных конструкции, опирающихся на несущие стены, предпочтительным является вариант стен с пилястрами.

Пересечение клееных деревянных конструкций с наружными стенами: 1 — несущая конструкция; 2 — стена; 3 — воздушный зазор; 4 — влагозащитный бандаж; 5 — несгораемый утеплитель; 6 — нащельник по гидроизоляционной мастике

Опорный узел клееной конструкции на кирпичные стены: 1 — несущая конструкция; 2 — плитный эффективный утеплитель; 3 — кирпичная стена; 4 — антисептированная подкладка; 5 — гидроизоляция; 6 — железобетонная подушка с анкерами

При соединении деревянных элементов металлическими накладками в местах, где вероятность конденсата в холодное время высока (карнизная зона, зона конька, ендов и т.д.), на внутреннюю поверхность металла наносятся гидроизоляционные мастики такие, как резинобитумная, полиизобутиленовая, которая, выдавливаясь при стягивании накладок болтами, заполняет все зазоры и исключает возможность проникновения туда влажного воздуха и конденсации влаги.

В зданиях, где возможно образование конденсата на внутренней поверхности ограждающих конструкций покрытия, верхние грани несущих конструкций защищают досками толщиной не менее 30 мм, пропитанными невымываемыми или трудно вымываемыми антисептиками с гидроизоляционным слоем.

В зданиях с высокой влажностью воздуха более 85% не рекомендуется применение металлодеревянных ферм. Ограждающие конструкции стен зданий на деревянном каркасе даже при наличии пароизоляции требуют вентилируемых прослоек, удаляющих избыточную влагу.

В особо тяжелых условиях эксплуатации находятся плиты покрытия общественных и производственных зданий с верхней и нижней обшивкой под кровлю из рулонных гидроизоляционных материалов.

Наряду с надежным водоизоляционным слоем, защищающим здания от атмосферных осадков, они препятствуют выходу наружу водяного пара, диффундируемого из помещения в толщу покрытия.

Пароизоляция не может полностью предотвратить поступление пара в толщу покрытия, а поскольку сопротивление ее паропроницанию ниже, чем кровельного ковра, то в утеплителе происходит влагонакопление, которое снижает его термическое сопротивление, и увлажняется каркас плиты.

Для осушения полости плит предусматриваются воздушные продухи таким образом, чтобы наружный воздух поступал через заборные отверстия в карнизной части и удалялся через аэраторы, размещенные по продольной оси в коньке здания. Такое решение наиболее рациональное, хотя в небольшой период зимы вентиляция может и не осуществляться из-за снегоотложения в зоне аэратора.

Вентиляция ограждающих конструкций стен на деревянном каркасе (несущие конструкции условно не показаны): 1 — профилированный кровельный материал; 2 — карнизная плита покрытия на деревянном каркасе; 3 — утеплитель; 4 — металлическая сетка; 5 — полоса из листового материала; 6 — кобылка карнизнрй плиты покрытия; 7 — гребенка по профилю кровли; 8 — антисеп-тированный брусок; 9 — герметик; 10 — гидроизоляция; 11 — эластичная герметизирующая прокладка; 12 — фартук из оцинкованной стали; 13 — экран стеновой панели по вертикальным рейкам

Продольный (а) и поперечный (б) стыки плит покрытия под рулонную кровлю с вентиляцией полости плит вдоль здания: I) эластичная прокладка; 2) герметирующая мастика; 3) утеплитель; 4) дополнительный слой рубероида; 5) кровельный ковер; 6) защитный гравийный слой; 7) стальной лист; 8) несущая конструкция

042115_1254_8.jpgВ зданиях с достаточными уклонами кровли рекомендуются совмещенные плиты покрытия, где плиты имеют только нижнюю обшивку, а в качестве кровли используют волнистые асбестоцементные листы или профилированные металлические настилы.

Аэраторы устраивают для зданий пролетом более 18 м. Для меньших пролетов удаление воздуха из полостей панелей происходит в зоне конькового стыка.

Основной причиной снижающей надежность и долговечность деревянных конструкций вообще, и деревянного каркаса плит покрытий в частности, является неправильное или некачественное выполнение стыков.

Конструкция стыка между плитами должна исключать возможность проникновения в его полость водяных паров из помещения и конденсации влаги в результате промерзания стыка.

Стыки плит покрытия под рулонную и кровлю из асбестоцементных листов включают эластичные прокладки диаметром 30 мм, которые должны обжиматься при монтаже, а затем осуществляется герметизация мастиками типа «НГМС», «Тегерон» и др., что обеспечивает пароизоляцию. Затем стыки утепляются до уровня, чтобы не препятствовать движению подкровельного воздуха.

Для фиксации эластичных прокладок нижняя обшивка на 5 мм должна выступать за наружные грани несущих ребер плит.

imagesT6Y6K2DCВ более жестких условиях эксплуатации, чем конструкции зданий, находятся деревянные конструкции, эксплуатирующиеся на открытом воздухе. Конструктивные меры защиты древесины несущих конструкций, в первую очередь, сводятся к обеспечению проветриваемости и максимальной защите от непосредственного попадания атмосферных осадков и солнечного излучения.

Наиболее эффективная мера защиты пролетных деревянных конструкций от увлажнения — исключение проникновения воды через настил. Покрытие по настилу с выдержанными уклонами в двух направлениях хорошо предохраняет настил от увлажнения и рассыхания.

Но тем менее по мере эксплуатации возможно увлажнения настила и проникновения влаги на пролетные балки. Поэтому верхние грани балок должны проветриваться. Большепролетные клееные несущие балки часто устраивают спаренными. В местах сплачивания по боковым граням всегда остаются зазоры, в которых весной и осенью в результате суточных колебаний температур конденсируется влага.

Во избежание этого балки должны быть разнесены через прокладки для обеспечения их сквозного проветривания. При невозможности такого решения балки сплачиваются в заводских условиях с использованием герметизирующих мастик, которые наносят на сплачиваемые поверхности.

Конструктивная мера защиты крайних пролетных балок от увлажнения и солнечного излучения заключается в увеличении вылета консолей настила и устройстве экрана по краю консоли.

Помимо конструктивных мер по защите древесины от увлажнения при проектировании зданий необходимо применять меры по пожарной безопасности. Основными требованиями по пожарной безопасности являются предотвращение распространения огня и огнестойкость конструкций, т.е. способность конструкции сохранять свои функции при пожаре. Поэтому помимо химических мер по защите древесины от возгорания большое значение имеют и конструктивные мероприятия, разрабатываемые на стадии проектирования.

Продольный (а) и поперечный (б) стыки плит покрытия под кровлю из волнистых асбестоцементных листов: 1) несущая конструкция; 2) плита покрытия; 3) кровельный лист; 4) утеплитель; 5) ребро каркаса; 6) мастика; 7) эластичная прокладка

Поскольку огнестойкость деревянных конструкций повышается с увеличением сечения, при альтернативных решениях выбора несущих конструкций предпочтение отдается конструкциям из клееной древесины массивного сечения. В зданиях значительной протяженности рекомендуется устраивать противопожарные (брандмауэрные) стены из несгораемых материалов на собственном фундаменте.

Противопожарные стены должны пересекать наружные стены и выступать за их плоскость не менее, чем на 30 см. Противопожарные стены должны возвышаться над кровлей не менее, чем на 60 см.

При пересечении несущих конструкций со стенами зазоры должны тщательно разделываться во избежании тяги воздуха. Эффективным методом защиты конструкций покрытия от пожара является подвесной потолок, выполняемый из трудносгораемых материалов, но при этом коммуникации, расположенные над подвесными потолками должны быть выполнены из негорючих материалов и иметь ограниченное назначение.

Защита спаренных клееных деревянных балок пролетных строений (а — разнесенных; б — сплоченных): 1 — балки; 2 — стяжные болты; 3 -диафрагма; 4 — прокладка; 5 — консервированные защитные доски; 6 — гидроизоляция (гидростеклоизол); 7 — мастика

При конструировании подвесного потолка следует выполнять следующие требования:

  • подвески несущих элементов подвесного потолка не следует закреплять в растянутой зоне клееных балок во избежание раскалывания от усилий приложенных поперек волокон;
  • подвески не следует закреплять также к элементам нижнего пояса вне зоны узлов во избежание самого неблагоприятного вида напряженного состояния древесины — растяжения с изгибом;
  • не допускается также при утепленном подвесном потолке и неотапливаемом чердачном помещении, чтобы нижние пояса ферм или нижняя зона балок находились в толще утеплителя, особенно в зданиях с повышенной влажностью воздуха.

Учитывая, что пожароопасными являются вертикальные конструкции с внутренними полостями, создающие тягу огню, полости стен и перегородок на деревянном каркасе должны заполняться несгораемыми минерало-ватными плитами.

Наличие нижней обшивки из листовых материалов в плитах покрытия приводит при пожаре к быстрому ее прогоранию или растрескиванию. Вследствие этого происходит выпадание минераловатного утеплителя, защищающего деревянные ребра каркаса и кровлю.

С целью увеличения огнестойкости плит используются стальные полосы сечением 0,8×25 мм или сетка из проволоки диаметром 2-3 мм, которые некоторое время удерживают негорючие минераловатные плиты после прогорания обшивок. Эти полосы закрепляют к ребрам каркаса при изготовлении плит.

В отапливаемых зданиях со стабильным температурно-влажностным режимом повышение огнестойкости отдельных узлов или элементов конструкций возможно путем защиты их штукатуркой, коробов из трудносгораемых материалов, например, ЦСП, с заполнением пустот минераловатными плитами, обивкой тонколистовой сталью с прокладкой из асбестового листа.

Однако в неотапливаемых зданиях эти мероприятия не рекомендуются, т.к. возможно увлажнение древесины, и создание условий для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов, вследствие появления конденсационной влаги при полном отсутствии ее проветривания.

 579470_373729439369696_1760637574_n

Крепление подвесного потолка: 1 — несущая конструкция покрытия; 2 — несущий элемент подвесного потолка; 3 — подвеска; 4 — утеплитель; 5 — хомуты; 6 — ходовые доски