Что такое каркас здания
Основные сведения о каркасных зданиях
Рамная схема – это элементы каркаса, жестко соединенные в конструктивных узлах в устойчивую и жесткую пространственную схему, воспринимающую вертикальные и горизонтальные усилия.
Связевая схема – это схема, при которой горизонтальные усилия воспринимаются жесткими перекрытиями, диафрагмами и ядрами жесткости. Вертикальные усилия воспринимаются колоннами и фундаментами. Соединения вертикальных и горизонтальных элементов при этом принимается условно шарнирными.
Рамно-связевая схема представляет собой комбинацию рамных и связевых схем. При этом в одном направлении жесткость обеспечивается вертикальными элементами жесткости (диафрагмами или связями), а в другом – самой рамой.
Для гражданских зданий применяют в основном сборный железобетонный каркас. Для рамного каркаса применяют разрезку на Г-, Т-, Н-, П-образные плоские элементы. Для связевого каркаса применяются прямолинейные элементы (рис. 56). 
Рис. 56. Способы членения каркаса на элементы:
а – двухэтажные колонны и однопролетные ригели; б – Г-образные и Т-образные колоны и ригели-ставки;
в – многоэтажные однопролетные рамы; г – Ж-образные рамы; д – двухпролетные многоэтажные рамы;
е – одноэтажные колонны и однопролетные ригели; ж – Н-образные рамы; и – П-образная рама;
к – одноэтажная двухпролетная рама.
Фундаменты под колонны каркасных зданий устраиваются, как правило, из сборных железобетонных блоков стаканного типа.
Сборные железобетонные колонны каркасных зданий выполняются обычно сечением 300х300 и 400х400 мм с одной или несколькими консолями, а также с вынесенными консолями. По высоте колонны изготавливаются на один или два этажа (рис. 57). 
Рис. 57. Колонны каркасов:
I – одноэтажные колонны; II – двухэтажные колонны; III – пример размещения
закладных деталей (показаны штриховкой) в колонне унифицированного каркаса;а – фасадные и рядовые колонны с обычными консолями; б – фасадные, рядовые и колонны лоджий со скрытыми консолями; в – фасадные и рядовые колонны с вынесенными консолями: г – колонны одноэтажной разрезки (с платформенным стыком).
Ригели, воспринимающие нагрузку от междуэтажных перекрытий и передающие ее на колонны, в зависимости от перекрываемого пролета и расположения в здании назначаются различных сечений: прямоугольного, таврового, в виде обратного тавра и т.д. В случае опирания плит перекрытий на боковые полки ригелей экономится высота этажа и здания в целом (рис. 58). 
Рис. 58. Ригели каркасов:
I – сечения; II, III – общие виды: а – парный прямоугольного сечения;
б – одиночный прямоугольного сечения; в – тавровый; г, д – рядовые ригели в виде перевернутого тавра; е, ж, и, к, л – варианты фасадных ригелей; м – коридорный ригель; н, о, п – варианты лестничных ригелей.
Перекрытия каркасных зданий выполняются из сплошных, пустотных или ребристых железобетонных панелей. При этом часть плит выполняет роль связей или распорок, которые укладывают по осям колонн. Рядовые панели укладывают между связевыми панелями (рис. 59). 
Рис. 59. Диафрагмы жесткого каркаса:
I – вертикальные: а – фрагмент диафрагмы жесткости;
б – стенка жесткости каркаса; 1 – колонна; 2 – стенка жесткости;3 – элементы стыков; 4 – шпонки; 5 – крайние стержни арматуры стенки;6 – выпуск арматуры для соединения с колонной; 7 – настил;
II – горизонтальные: а – узел соединения настилов-распорок с ригелями;б, в, г – связевые элементы перекрытия пустотные, ребристые и фасадные;1 – колонна; 2 – ригель; 3 – связевая панель; 4 – рядовые панели.
Вертикальные диафрагмы жесткости проектируют на всю высоту здания, начиная от фундамента. Элементы диафрагм имеют поэтажную разрезку и представляют собой глухие железобетонные стенки с полками поверху для опирания плит перекрытия. С колоннами диафрагмы соединяются сваркой закладных деталей, а стыки замоноличиваются.
Наружные стеновые панели могут опираться на ригели каркаса (в случае продольного их расположения), на крайнюю панель перекрытия или непосредственно на колонну (рис. 60).
Рис. 60. Варианты опирания наружных панелей на каркас:
а – крепление к колоннам; б – опирание на продольные ригели; в – опирание на перекрытие;
1 – ограждающая панель; 2 – колонна; 3 – перекрытие; 4 – ригель;5 – консоль; 6 – закладные детали.
Каркасы зданий в гражданском строительстве
Каркасы, применяемые в гражданском строительстве, можно классифицировать по следующим признакам:
Рис. 16.1. Конструктивные схемы каркасных зданий 1. По характеру статической работы: (рис. 16.1)
Рамная система
Рамно-связевая система
Рамно-связевая система обеспечивает пространственную жесткость за счет совместной работы поперечных рам, вертикальных диафрагм жесткости и перекрытий, выполняющих функцию жестких горизонтальных дисков. Вертикальные нагрузки передают на каркас как на рамную систему. Горизонтальные нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости рам, воспринимают вертикальные диафрагмы жесткости и диски перекрытий, а нагрузки, действующие в плоскости рам, воспринимает рамно-связевой блок, состоящий из вертикальных диафрагм жесткости и рам каркаса.
В результате проведенных теоретических исследований доказано, что рамно-связевая система удовлетворяет условию минимального расхода материала в несущих вертикальных конструкциях при нулевой жесткости поперечных рам, то есть когда система превращается в чисто связевую.
Связевая система
Связевая система все вертикальные нагрузки передает на стержневые элементы каркаса (колонны и ригели), а горизонтальные усилия воспринимают жесткие вертикальные связевые элементы (стеновые диафрагмы и ядра жесткости), объединенные между собой дисками перекрытий. В связевом каркасе ограничена прочность и жесткость стыков ригелей с колоннами. Узлы конструируют податливами с помощью стальных связей («рыбок»), ограничивающих защемление.
Рис. 16.2. Каркасное здание серии 1.020 Внедрение связевой системы в производство элементов сборного железобетонного каркаса позволило провести широкую унификацию его основных элементов (колонн и ригелей) и их узловых соединений.
Разработана номенклатура индустриальных железобетонных изделий серии 1.020-1 (рис. 16.2), позволяющая возводить как гражданские, так и промышленные каркасно-панельные здания любой конфигурации и этажности.
В состав номенклатуры серии помимо колонн и ригелей, включены панели перекрытий, диафрагм жесткости и наружных стен.
Из унифицированных элементов могут быть запроектированы каркасы с продольным и поперечным расположением ригелей.
Габаритные схемы
Габаритные схемы компонуются на следующих условиях:
Компоновка диафрагм жесткости может быть разнообразной, но предпочтительнее устройство пространственных связевых систем открытого или замкнутого сечений.
Конструктивные элементы
Перекрытия испытывают поперечный изгиб от вертикальных нагрузок и изгиб в своей плоскости от горизонтальных (ветровых, динамических) воздействий.
Необходимая жесткость горизонтального диска перекрытия, собираемого из сборных железобетонных элементов, достигается установкой связевых плит-распорок между колоннами, сваркой закладных соединительных элементов и устройством шпоночных швов из цементного раствора между отдельными плитами. Полученный жесткий горизонтальный диск, воспринимая все нагрузки, включает в совместную работу вертикальные диафрагмы жесткости.
Рис. 16.3. Фрагмент фасада каркасного здания серии 1.020-1 Шаг диафрагм определяется расчетом, но не превышает 36,0 м.
Панели самонесущих стен устанавливают по цементно-песчаному раствору на цокольные или простеночные панели и крепят поверху к закладным деталям колонн. Панели ненесущих стен навешивают на ригели, консоли или опорные металлические столики колонн и закрепляют в плоскости перекрытия.
Изоляция стыков панелей решена по принципу закрытого стыка.
Московская строительная индустрия создала серию КМС-К1, также основанную по принципу работы связевой системы.
Рис. 16.4. Каркас серии KMC-К1 Компоновка каркаса здания может осуществляться как с продольным, так и поперечным расположением ригелей (рис. 16.4).
Компактные в плане отапливаемые здания длиной до 150 м проектируют без температурных швов. Здания с изрезанным очертанием плана, приводящее к ослаблению горизонтальных дисков перекрытий, расчленяют на температурные блоки, длина которых увязана с членением объемной формы здания, но не превышает 60 м.
Как и в серии 1.020.1 каркас KMC-KI собирают из колонн, ригелей, плит перекрытий, панелей жесткости и навесных панелей наружных стен.
Стык колонны располагают на 710 мм выше плиты перекрытия, что упрощает монтаж. При монтаже колонн применяют специальные кондукторы, обеспечивающие соосность. Соединение осуществляется ванной сваркой плоских торцов колонн, с последующей инъекцией цементного раствора.
Для создания единого диска перекрытия боковые поверхности настилов имеют шпоночные углубления, которые (после их раскладки) замоноличивают, создавая шпоночные швы, воспринимающие сдвигающие усилия.
При двухрядной (горизонтальной) разрезки панели наружных стен подразделяют на поясные (ленточные), простеночные и угловые.
Узел опирания панелей наружных стен унифицирован для разных систем разре-зок на панели фасадных плоскостей. Панели опирают на несущую конструкцию перекрытия (ригель, или настил) на глубину в 100 мм и приваривают при помощи закладных и соединительных элементов на расстоянии 600 мм в плане от оси колонны. Верх панели крепят к колонне, так же с помощью сварки соединительных элементов.
Горизонтальные стыки панелей наружных стен осуществляются в четверть с нахлесткой в 75 мм. Изоляция вертикальных и горизонтальных сопряжений панелей выполняется по принципу закрытого стыка.
Каркасные дома. Виды. Плюсы и минусы каркасных домов.
Каркасный дом — это строение, основой которого является несущий пустотный каркас, выполненный из цельно скрепленных между собой деревянных или металлических профилей, образующих единый прочный конструктив, внутри заполненный утеплительными материалами и обшитый прочными стеновыми материалами. Эффективная и в тоже время достаточно противоречивая технология современного строительства, имеющая много существенных полюсов и некоторые практические недостатки, в которых мы разберемся в этой статье.
Каркасное домостроение значительно распространено во всех передовых странах Европы, США, Азии и всего Мира. Эффективно используется в странах с разными климатическими условиями.
свежий каркасный дом
Из истории каркасного строительства
Каркасная технология строительства стала активно использоваться за много столетий до нашего времени. В странах Азии сохранились памятники архитектуры возведенные по данной технологии еще в 3 столетии нашей эры. Жители европейских стран освоили и стали повсеместно использовать каркасную технологию (фахверк) ещё в 12 веке нашей эры и до настоящего времени повсеместно используют.
С технологичным и промышленным развитием народов, усовершенствовались материалы и технологии строительства. Ранее прочный каркас дома заполняли теплоэффективными смесями из глины и соломы, использовали навоз, в настоящее время используются более удобные и развитые способы утепления. Для монтажа несущего каркаса использовали вечно прочные породы деревьев, таких как лиственница и дуб. Такие конструктивы, сохраняли свою прочность более ста лет и замене подвергалось, только внутреннее содержимое стен и их облицовка.
Во времена освоения американского континента, европейскими колонистами каркасная технология была привезена на материк, где окончательно прижилась и существенно помогла в обустройстве новых поселений и городов. В Канаде, каркасные дома настолько прижились, что многим из нас подобная технология известна как канадская. Однако корни каркасного строительства лежат далеко за пределами Канады и возникло оно за долго до образования Канады.
Широко, повсеместно и до настоящего времени каркасное строительство применяется в холодных Скандинавских странах: Финляндия и Норвегия. По ряду причин, одними из которых является энергоэффективность и экономичность жители Северных регионов отдают предпочтение именно смешанному каркасному варианту. Среди жителей России каркасное строительство еще называют финской технологией – финские домики.
По сути, технологию каркасного строительства нельзя отнести к той или иной стране. В каждом регионе она всегда использовалась, в различных вариациях, но со своими дополнениями и особенностями.
каркасный финский дом
Краткая Технология строительства каркасного дома
слои стены каркасного дома
Ниже рассмотрим основные виды каркасных конструкций, их достоинства и имеющие недостатки.
Виды каркасных домов
Основной классификацией каркасных домов, является разделение домов по материалу из которого возведен каркас дома. По данному критерию каркасные дома разделяют на три вида:
Деревянный каркас дома
Это самый распространённый вид каркаса. Является основоположником и прародителем каркасного строительства.
Весь каркас и конструктив дома выполняется исключительно из пиломатериалов разной формации и видов. На практике, в частности в странах с русско-язычным населением, вопреки требованиям технологии используется древесина разной влажности от камерной до естественной. Что противоречит технологичным требованиям. Рекомендуется использовать дерево камерной сушки.
деревянный каркас дома
Монтаж и сборка каркаса осуществляется как с использованием саморезов и шурупов по дереву в качестве основного крепежного элемента, так и путем гвоздевого крепления. Сборка выполняется с соблюдением системы диагональных раскосов. Этот принцип делает конструкцию максимально прочной и устойчивой к сильному ветру и возможной сейсмической активности.
Деревянный каркас можно возводить на любом типе фундамента от свайного до железо-бетонного. Особая легкость дома не требует массивного и тяжелого основания, что значительно облегчает работу и снижает затраты на строительство. С практической точки зрения, желательно возводить деревянный каркас на прочном фундаменте, который не имеет амортизационных свойств, например деревянное основание на сваях. Поскольку силовое воздействие на деревянное основание дома может вызывать вибрацию по всему строению. Что не будет создавать комфортные ощущения у жильцов дома.
Основными недостатками деревянного каркаса является чувствительность к изменениям влажности, дерево хорошо впитывает влагу, привлекательно для насекомых и грызунов, а так же слабая огнестойкость. Данные недостатки сводятся к минимуму путем использования специальных средств обработки и защиты.
каркасный дом из стального профиля
Стальной (металлический) каркас дома
Различают два типа металлических каркасов дома:
Сокращенно в строительстве, технология легкого каркасного строительства, на базе металлоконструкций называется сокращенно ЛСТК. Аббревиатура ЛСТК означает- Легкие Стальные Тонкостенные Конструкции. Технология достаточно востребована в Европейских странах и Японии.
оцинкованный каркас дома
Плюсы оцинкованного каркаса:
Минусы оцинкованного каркаса:
Каркас из металлопроката черного металла.
Наименее распространенная технология, характеризующаяся запретностью, трудоёмкостью и общей тяжестью все конструкции. Практически не используется. Кроме легких оцинкованных профилей, металлический каркас монтируют так же из тяжелого металлопроката. Это уголки, швеллера выполненные из черного металла, толщиной от 2 мм и более. Возведение подобного каркаса более трудоемкий и долгий процесс. Конструкция будет более тяжелой в отличие от описанных выше. Монтаж такого каркаса осуществляется путем сварки.
каркас из металлопроката
Достоинства каркасных домов
Каркасная технология строительства имеет большое количество плюсов, которые делают ее наиболее популярной среди других технологий возведения жилых домов.
каркасные дома возводятся быстрее
внутри каркасного дома
все коммуникации каркасного дома можно спрятать в стене
каркасные дома можно возводить зимой
Недостатки каркасных домов
каркасные дома пожароопасны
в каркасном доме при ходьбе ощущается вибрация и хорошо слышны шумы
в стене каркасного дома могут завестись мыши
при нарушении технологии монтажа, каркасная конструкция быстро гниет
Для предотвращения подобных ситуаций, следует обращаться в проверенные квалифицированные строительные фирмы, желательно узкой строительной направленности, которые дают гарантию на сою работу, и осуществлять периодический контроль за строительством.
Принимая во внимание все достоинства и недостатки каркасного строительства можно сделать вывод, что при квалифицированном соблюдении, отработанной столетиями, технологии строительства, с учетом использования современных высококачественных материалов, каркасный дом – это один из самых доступных, эффективных и не затратных вариантов для строительства дома.
Используя комбинацию современных материалов в технологии каркасного строительства, все его недостатки можно свести практически к нулю и наслаждается прочным экологически благоприятным домовладением.
Каркасные дома – знакомство с технологией
Каркасный дом, в первую очередь, ассоциируется с доступным жильем. Однако далеко не все имеют полное представление об особенностях технологии. Строительство окружено мифами и противоречивыми фактами. Разберемся в чем суть метода, опишем популярные каркасные решения и дадим объективную оценку быстровозводимым сооружениям, ссылаясь на конструктивные аспекты и пользовательские отзывы.
Понятие каркасного строительства
Бюджетный вариант сооружения дома особенно популярен в США и европейских странах. Однако быстровозводимые облегченные конструкции все чаще выбирают и соотечественники.
Суть технологии определяется ее названием. Основой служит каркас, собранный из деревянных опор или металлопрофиля. Стоечно-балочная конструкция монтируется на подготовленный фундамент, а пустоты в стеновой плоскости рамы обшиваются теплоэффективными материалами.
Между наружной и внутренней стеной укладывается утеплитель, паро- и гидроизоляция. Фасад дома облицовывается отделочным материалом: штукатуркой или сайдингом. В качестве обшивки используются плиты OSB, цементно-стружечные маты или прочная фанера. Роль теплоизолятора выполняет минвата или древесноволокнистые плиты – «теплое дерево».
Нехитрая постройка способна противостоять природным капризам, механическим ударам и служить не просто временным дачным домиком, а полноценным круглогодичным жильем. Срок службы каркасных домов во многом зависит от качества исходных материалов и соблюдения технологии сооружения.
Особенности быстровозводимых построек
Каркасные дома – относительно новое направление в строительстве. Поэтому, вокруг инновационной технологии и эксплуатации «облегченной» постройки существует немало мифов и домыслов. Постараемся отделить надуманные предубеждения от реальных фактов, разграничив сильные и слабые стороны каркасников.
Достоинства каркасных сооружений
Список аргументов в пользу быстровозводимых домов впечатляет. Среди наиболее значимых конкурентных преимуществ можно выделить:
Дополнительные плюсы: отсутствие усадки здания, вариативность архитектурных форм и всесезонность работ. Если заблаговременно залить фундамент, то строительство можно продолжать и при минусовых температурах, так как «мокрые» процессы отсутствуют.
Развенчиваем мифы: спорные моменты
Отсутствие объективной информации и опыта эксплуатации – главная причина недоверия к каркасным домам. Некоторые утверждения ошибочны и требуют опровержения.
Слабые стороны каркасного дома: сравнение с альтернативными технологиями
По некоторым параметрам быстровозводимый метод уступает традиционным постройкам из кирпича и газобетона:
Популярные конструктивные решения
Принципиальная схема строительства каркасных домов едина – между стойками рамы размещен утеплитель, защищенный пароизоляционной пленкой изнутри и гидроизоляционной мембраной снаружи. С обеих сторон теплоизоляционный «пирог» покрыт жесткой обшивкой. Однако существуют разные методы возведения и конструктивные отличия.
Условно все каркасные сооружения можно разделить на две категории: рамочные и щитовые. Для постройки первых сначала собирают каркас, а затем обшивает и утепляют. Вторые возводят из готовых заводских панелей. Разберем особенности разных технологий.
«Платформа» – канадский метод
Технология прижилась в Канаде и Финляндии. Способ предполагает сборку элементов на платформе – черновом варианте пола первого этажа или межэтажном перекрытии. Фрагменты стен дома изготавливаются собственноручно на участке или же используются готовые комплектующие.
Платформенная конструкция предполагает поэтажное строительство. Из лаг и OSB собирается перекрытие пола, подготавливаются и устанавливаются стены. Сверху укладывается пол второго этажа или основа под чердак.
Каждый из вертикальных щитов служит несущим элементом, поэтому перепланировка дома на «платформе» невозможна.
Фахверковый каркас – немецкая технология
Один из древнейших методов, распространенных в Европе. Стеновые секции образуются из укосин, вертикальных стоек и горизонтальных балок. Деревянный каркас не скрывают за обшивкой, а выделяют с внешней стороны, подчеркивая декоративность дома.
Основу сооружения составляют толстые балки (100*100 мм, 200*200 мм) – они образуют жесткий, очень прочный каркас. В фахверковых домах всю нагрузку берет на себя именно «костяк», крыша с коробкой представляют единую силовую схему. Благодаря такому распределению сооружение получается очень прочным и долговечным.
Среди соотечественников технология не особо популярна, так как отсутствуют два ключевых аспекта каркасного домостроения: доступная стоимость и легкость возведения.
Финский домик – каркасно-рамочное сооружение
Скандинавский вариант считается оптимальным при самостоятельном сооружении небольшой постройки. Максимально допустимый размер в плане – 12*10 м. Как правило, этого достаточно для возведения сезонного дачного домика или полноценного постоянного жилья.
Конструктивная особенность – равномерное распределение нагрузки на все стороны коробки. Силовую часть берет на себя и крыша. Каркас собирается из бревен или досок, образуя открытые рамки. После монтажа всей конструкции приступают к утеплению, обшивке.
Основные плюсы финской технологии:
Ограничения и нюансы постройки каркасного дома:
ДОК технология – максимальное утепление
Одно из перспективных направлений домостроя – использованием двойного объемного каркаса (ДОК). Несущие стойки монтируются в шахматном порядке, что минимизирует появление мостиков холода. Получается двойная строчка опорных балок, а пространство между ними заполняется теплоизоляционным материалом.
Такое решение приводит к удорожанию конструкции, но энергоэффективность и прочность стен существенно улучшается. Квадратный метр двойного объемного каркаса выдерживает порядка 500 кг – показатель сопоставим с каменной постройкой.
Чтобы исключить появление конденсата, в домах предусматривают вентилируемые фасады.
Дома из сэндвич-панелей
Количество каркасных построек из сэндвич-панелей или СИП (структурно-изолированные плиты) неизменно возрастает. Это объясняется доступностью материалов, их хорошими технико-эксплуатационными качествами и простотой обработки.
Главный минус использования такого «пирога» – плохая воздухопроницаемость панелей. Без обустройства принудительной вентиляции в доме скапливается лишняя влага, а воздух становится затхлым.
Каркас из ЛСТК – сомнительная замена дереву
Дома из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) занимают примерно 6% от общего числа каркасных сооружений. Металлические рамы не претендуют на замену деревянных балок, их правильнее рассматривать как более доступную альтернативу.
Стальной каркас, по сравнению с древесиной, имеет больше минусов, чем плюсов. Значимые недостатки:
Не стоит забывать и о способности металла проводить электрические разряды. Для устранения рисков поражения током требуется система уравнивания потенциалов, установка и расчет которой – дело профессионалов.
Опыт строительства каркасного дома: реальность самостоятельной сборки
Каркасный дом оправдывает ожидания только при грамотном проектировании и возведении. Не стоит рассчитывать, что, не имея опыта, получится возвести добротное жилье за пару месяцев. Нюансы, не являющиеся проблемой для специалиста, для новичка станут камнем преткновения.
Понятно, что привлечение профессионалов значительно удорожит постройку, но в некоторых ситуациях экономить неразумно.
Отзывы жильцов о каркасных домах
Многие пользователи довольны блочными коттеджами. Большинство жильцов солидарны во мнении и отмечают следующие преимущества каркасников:
Из нюансов эксплуатации чаще всего жильцы не довольны такими моментами:
В целом, такая технология себя полностью оправдывает – достоинства сборных домов более значимы, чем их недостатки. Каркасное строительство имеет оптимальный баланс цены и качества. Если цена на постройку традиционных деревянных, кирпичных домов с каждым годом растет, то стоимость каркасников, ввиду растущей конкуренции на рынке, постепенно снижается.