Конструктивные решения в проектировании и строительстве каркасных домов

Установка ригеля в стену финского дома

Многие спрашивают, смотря на финские дома — а как обеспечивается равномерная передача нагрузки с верхней обвязки на стойки? Ведь нет ни второй обвязки, ни хидера, ни сдвоенных стоек, как в канадских дома. Ответ прост — ригель!

Ригель под верхней обвязкой стены является обязательной деталью «финского дома» и несет на себе несколько функцию распределения точечной нагрузки с обвязки равномерно по стойкам и незначительное увеличение диагональной жесткости стены.

За счет такого изящного решения каркас «финского дома» существенно легче каркаса «канадского дома» (не говоря уж про каркасно-брусовой) и позволяет минимизировать количество «мостов холода», что вполне даже актуально для холодного климата и экономии на отоплении. При этом строить каркасный дом с использованием ригеля нисколько не сложнее — время и усилия затраченные на врезку ригеля даже несколько ниже, чем требуется для оформление проемов по «КОДу».

Есть несколько правил для установки ригеля в стену каркасного дома:

• толщина ригеля не должна превышать треть ширины стойки каркаса, но должна быть не менее 40 мм;
• ширина ригеля, обычно, рассчитывается отдельно, но не должна быть меньше 150 мм для одноэтажного дома или второго этажа двухэтажного и 200 мм для первого этажа двухэтажного;
• в случае, если ширина проема превышает две стойки (более 120 мм), необходима установка двойного ригеля — снаружи и с внутренней стороны стены;
• ригель и укосина должны быть расположены на разных сторонах стены;
• размещение ригеля с внутренней стороны дает лУчший теплотехнический расчет утепления стены;
• с точки зрения распределения нагрузки ригель последнего этажа лучше размещать со стороны опирания стропил или ферм на стену — если упор идет ближе к наружному краю, то с наружной стороны, если к внутреннему — то с внутренней;
• ригель идет от края до края стены, при этом края ригеля должны опираться на стойки;
• в случае, если ригель состоит из нескольких элементов (например, в случае длинной стены), то края элементов ригеля должны опираться на стойку и, в идеале, скрепляться металлической пластиной; если между стоек, то края скрепляются доской, фанерой, ОСП или металлической пластиной — на всю ширину ригеля; и не забудьте во избежании воздушных мешков подрезать утеплитель по краям скрепляющего материала (кроме металлической пластины)!
• при наличии ригеля вторая верхняя обвязка не обязательна — достаточно скрепить стены металлическими пластинами;
• ригель на последнем этаже можно размещать только со стороны упора стропильных ног, так как со стороны фронтонов нагрузка распределяется относительно равномерно.

Кстати, если вы размещаете ригель на внутренней стороне, то для простоты его установки лучше заранее, до сбора каркаса стены, сделать выпилы в верхних частях стоек под размер ригеля. Качественнее и быстрее это будет сделать с помощью шаблона.

Лично я считаю, что вариант каркасного дома с ригелем не только проще, чем «классический» конструктив стены, но и более практичен — меньше расхода материала и лучшие теплоизоляционные свойства.

Ригель в каркасном доме:

миф или необходимость?

Очень часто мне приходится отвечать на вопросы о необходимости ригеля в каркасном доме. Обычно эти вопросы задают те, кто уже начитался «жёлтой прессы» и наслушался «горе строителей», вопросы звучат примерно так: «Почему в СП или у Лари Хона в проёмах, как правило, везде сдвоенные стойки, а у вас в KarkasDom они только в нагружаемых проёмах? Почему бы не поставить сдвоенные стойки везде? Неужели вы не знаете, что так надо делать?» Отвечаем: всегда строительство (если мы говорим о правильном строительстве) идет не по тому, как сделал сосед или, как делают в Америке с древесиной 38х89мм, а из расчета нагрузок и российской древесины сечением от 50х100 и более. Итак, все по порядку.

Документ, на который обычно ссылаются те, кто задает подобные вопросы — это наш любимый и рабочий свод правил — СП 31-105 2002. Но, если внимательно посмотреть, то в нем указана древесина не российских размеров, например:
38х89мм (сечение 0,338кв/дм) или 38х140 (0,532) и 38х184 (0,70)
в России же древесина:
50х100мм (сечение 0,500кв/дм) или 50х150 (0,750) и 50х200 (1,00)
Таким образом, дерево, которое используется в России, больше сечением в 1,5 раза!, а по несущей нагрузке в 2-2,5раза.

В Америке ставят стойки с шагом 400, у нас 600, то есть на пролёт 2400 у них будет 7 стоек с сечением 0,338х7=236, у нас 5 стоек с сечением 0,500х5=250, это уже больше на 5%, а ввиду того, что у них стойки тоньше, и их несущая нагрузка до выгибания доски в 1,5-2 раза меньше российской, то наши стены выдерживают нагрузку намного больше американской стены сходной длины.

Для лучшего понимания рассмотрим пример: представим, на ветру 7 тонких деревцев и 5 в 1,5 раза толще, совершенно очевидно, что 7 тонких будут раскачиваться сильнее, чем 5 толстых, хотя ветровая нагрузка у них одинаковая. Также, следует понимать, что, когда в Америке ставят по бокам проема две сдвоенные доски сечением 38х89мм, то при пролёте 1м, из двух сдвоенных стоек, они имеют общее сечение (1,35кв/дм). В России такой доски нет, и когда мы ставим по одной доске 50х100мм, то мы на тот же пролёт будем иметь общее сечение (1,00кв/дм), что всего на 25% меньше, но при этом наша доска выдерживает, за счет своего сечения, на 50% больший вес (нагрузку до прогиба или искривления). Таким образом, в нашем варианте не сдвоенные, а одинарные стойки выдерживают сходную нагрузку, и мы можем ставить сдвоенные стойки и ригеля обязательно только в нагружаемых проёмах, а не во всех, как делают американцы.

С верхней обвязкой, все обстоит точно так же, у нас она в 1,5 раза больше сечением, а по несущей нагрузке выше в 3 раза(!), так как, чем шире/выше балка, тем больше она держит нагрузку! И, в этом случае, общее сечение не так важно, при том, что по высоте балки идёт не линейное увеличение нагрузки, а пиковое.

Например, балка длиной 3000мм, шириной 100мм, нагрузка 300кг:
высота балки 50мм прогиб 151мм(!) 15,1см!
высота балки 100мм прогиб 19мм менее 2см(!) разница более чем в СЕМЬ раз!
высота балки 150мм прогиб 6мм
высота балки 200мм прогиб 2мм!
При увеличении первого сечения всего вдвое, мы выигрываем в несущей способности почти в 8 раз!

Резюмируя первую часть, становится очевидно почему мы строим именно таким образом, или, как говорится, что русскому хорошо, то американцу… Если я вас не убедил, давайте считать дальше.

После того, как мы разобрались с сечениями и размерами, указанными в СП и применяющимися Америке, давайте посчитаем нагрузку крыши, на стойки и обвязку. Для примера возьмем наш самый популярный проект кд-21, 6х10м-120м2. Аттиковая стена в этом доме 10м длинной, стойки в данной стене стоят под стропилами, которых 16шт, плюс 2 сдвоены и 2 дополнительные, для крепления перегородок к стене. Для простоты расчета будем считать, что стоек не 20, а всего 16, как и количество стропил, нагрузку которых они передают на стену первого этажа и фундамент.
Площадь крыши данного дома: длина стропил 4,4м, ширина дома 10, крыши 11м, 4,4х11=48,4м2 на 2 ската, итого 96,8м2.
Вес снега по СПб макс. 200кг/м2, итого 19 360кг.
Вес самой крыши 50кг/м2, итого 4 840кг.
Запомним эти две цифры: вес снега 19 360кг, вес крыши 4 840кг, итого порядка 24 000кг в полностью снаряженном состоянии (для справки: такого количества снега на крышах домов по статистике не было более 50лет).

Из опор крыши у данного дома мы имеем: 4 стены поперек (2 несущих фронтона и 2 несущих перегородки (все стоит на фундаменте) и одна подконьковая вдоль. Если не брать 4 поперечные стены, развесовка 50% это приходится на центральную стену и по 25% на надстройку (аттиковую стену). Вернёмся к весу крыши со снегом, это 24 тонны, из них 12 приходится на подконьковую стену и по 6 тонн на аттиковую. Если брать средний вес снега за 50 лет, то это не более 12-16 тонн, возьмем среднее значение в 14 тонн, из них 7 на подконьковую стену и по 3,5 на аттиковую.

Считаем дальше. У нас в аттиковой стене 16 стоек, из них на около фронтонные и 2 средние перегородки приходится по 10% веса крыши, то есть 4 из 16 стоек держат 40% веса крыши и еще 12 стоек остальные 60% веса, делим вес 6т или 3,5т на 12/60%, то есть каждая стойка 5% веса, получаем точечную (сосредоточенную) нагрузку, которая приходится на нижнюю обвязку верхней стены, это 300кг (было 50 лет назад) или 175кг стандартный вес, а без снега и того меньше, всего 60кг.

Таким образом, нагрузка с которой может давить стойка будет составлять:
с небывалым снегом 300кг
с редким 175кг
с обычным 120-130кг
без снега всего 60кг

Далее, на картинке ниже, наш любимый оконный проем. Снова считаем процент давления от места установки стойки. Первый вариант, если проём 1м стойка давит ровно по центру макс. 300кг (обычный не более 150кг).
Если стойка стоит не далее 1/3, то уже не 300кг, а 150кг, и обычно 180кг и 90кг, соответственно.
Если стойка стоит не далее 1/4, то уже всего 150кг или 75кг, соответственно.
Если на проем приходятся 2 стойки или он шире 1,2м, то мы всегда ставим двойные стойки и сверху ригель.

Из цифр следует, что нагрузка на стойку от 75 до 150кг, что не очень много и совсем некритично. Даже если бы мы просто поставили стойку на окно поверх бруска в 1,2м, то даже в этом случае окно бы не заклинило и не перекосило.
Разбираемся дальше. Несущая способность сдвоенного под стойками бруса равняется 50х150х2=100х150 (это, так называемая, обвязка, выделена синим цветом на картинке выше) она держит на длине 1200мм до 500кг с прогибом менее 1мм, у нас вес как мы высчитали выше, бывает не более 300кг, а обычно не более 150кг. Для справки: разрушающая нагрузка более 2000кг, запас по прогибу в 2-3раза, по разрушению 6-12раз.

То есть, если мы не ставим ригель или хедер, то нагрузка на окно менее 0,3мм при весе снега 300кг, а при весе 150кг её просто нет, но это не все. Чтобы развеять последние сомнения скептиков, на картинке ниже, так называемый коробчатый ригель. Роль ригеля или коробки выполняет ОСБ прибитая по фасаду. Для лучшего понимания приведу пример, который, в свою очередь, мне привел один заказчик. Он сказал: «Помните, 20-30 лет назад приходили посылки в фанерных ящиках? Там фанера была 3мм и щепки по бокам, которые все это держали на маленьких гвоздиках, но на удивление такой ящик мог выдержать наезд легкового автомобиля и не сломаться.» В данном случае та же ситуация. Первый вариант в оригинале с нормативным документом, второй — перевод, третий — расчёт пролета и его обшивки, и, это с учетом доски шириной 38мм, в нашем варианте при доске 50мм (+33%) размеры длинны могут быть значительно больше. Ниже оригинал документов, с которого переводили наш СП 31-105-2002 — это Code таблица R602.7.2

Не стоит забывать, что сдвоенные стойки, это мостики холода, а с учётом того, что их все не подумав ставят в каждое окно и дверь, то по зиме по дверной коробке и по раме окна может выпадать иней и наледь. Чтобы этого не происходило сдвоенные стойки надо ставить с умом и осторожностью, и желательно подальше от проемов, а не в них.

Возвращаясь к Америке, там 99% таких домов, как и технологий идет по широте Крыма и теплее, где температура зимой надолго не опускается ниже нуля, а то и ниже +10 +15 градусов. Поэтому, нам было бы лучше обратиться к опыту скандинавов, они пошли немного другим путем. При широкой доске стоек они впиливают сплошной ригель со стороны улицы или дома по всей длине стены под верхнюю обвязку. Такой ригель снимает нагрузку от верхних стен и/или крыши и передает ее на фундамент, минуя двойные стойки в проемах, так называемые мостики холода.

Надеюсь, теперь множество вопросов отпадет само-собой, как и необоснованных утверждений, о необходимости установки ригеля всегда и везде.

На данном видео вы увидите как вариант установки ригиля и укосин, назначение и расчёт.

Функция ригелей в каркасном доме

Важным элементом финского каркасного дома является ригель – горизонтальная доска, расположенная в верхней части стены. Её наличие служит одним из маркеров, отличающих финскую конструкцию каркаса от канадско-американской. Она выполняет две крайне важных функции – в первую очередь, улучшает распределение вертикальной нагрузки между стойками, а во-вторых, увеличивает общую жёсткость конструкции.

Ригель и распределение нагрузки

Вертикальные стойки в конструкции одноэтажного дома должны выдерживать вес:

• кровельной системы – стропил, перекрытия, утеплителя, наружного покрытия;
• дополнительных элементов – вентиляции, водостоков, накопительного бака для воды и т.д.;
• зимой – снежного покрова крыши, вес которого может достигать нескольких тонн.

В двухэтажном доме к перечисленным нагрузкам добавляется вес второго этажа, и вся эта конструкция опирается на вертикальные стойки, которые переносят нагрузку на фундамент. Но если мы взглянем на схему более внимательно, то увидим, что в местах расположения дверных и оконных проёмов равномерность распределения веса нарушена. На этих участках верхняя обвязка испытывает более высокие нагрузки, так как стойки здесь отсутствуют.

Чтобы усилить жёсткость верхней обвязки и добиться равномерного распределения веса, скандинавские строители придумали ригель. Доску одинакового со стойками сечения располагают параллельно обвязке, но устанавливают боком, врезав в стойки. Вес кровельных конструкций передаётся вначале на ригель, а через него равномерно распределяется на стойки. При этом изгибающая деформация на участках над оконными и дверными проёмами практически исключается, так как ригель ей противодействует по всей ширине доски.

Достоинства ригелей

В нашей стране вместо досок обвязки и ригеля нередко используют цельный брус, а в канадской схеме для укрепления проёмов применяют сдвоенные стойки и короткие ригели над проёмами, называемые хидерами. Однако финский каркас по сравнению с этими конструкциями обладает рядом преимуществ.

• Простота. По сравнению с канадской схемой, использующей сдвоенные доски для стоек оконных проёмов и двойную доску верхней обвязки, ригель менее сложен в сборке.
• Лёгкость. Каркас с ригелем весит меньше, чем конструкции с цельным брусом или сдвоенными досками.
• Экономия. Расход пиломатериала на доски ригелей заметно ниже, чем затраты на приобретение цельного бруса или на монтаж сдвоенных стоек.
• Теплосбережение. Финская схема каркаса обеспечивает лучшее утепление, так как цельный брус и сдвоенные доски служат «мостиками холода». По сравнению с этими конструкциями ригели обладают существенно меньшей теплопроводностью.

Конструкция каркаса с ригелем превосходно подходит для климатических и экономических условий России. Однако существует одно важное условие, о котором нередко забывают: для монтажа каркаса должна использоваться только просушенная в камере строганая доска. Пиломатериалы естественной влажности дают сильную усадку, что приводит к деформации каркаса, поэтому использовать их категорически недопустимо.

Правила установки ригелей в стены финского дома

• Толщина доски, используемой в качестве ригеля, должна быть не больше трети ширины вертикальных стоек, но не меньше 40 мм.
• Минимально допустимая ширина ригеля составляет 150 мм для одноэтажных домов и 200 мм для мансардных и двухэтажных каркасов. Желательно в каждом случае рассчитывать этот параметр индивидуально, исходя из характеристик конкретной конструкции.
• Если в проекте заложены проёмы, ширина которых превышает шаг двух стоек (1200 мм), то при возведении каркаса используют двойные ригели, которые устанавливают с наружной и внутренней стороны.
• С точки зрения сохранения тепла ригели выгоднее располагать на внутренней стороне стены.
• Ригель и укосины всегда размещают на противоположных сторонах стены.
• Концы ригеля опираются на угловые стойки.
• Если длина стены не позволяет изготовить ригель из одной доски, его делают составным. Края стыка опирают на стойку и скрепляют стальной пластиной.
• На верхнем этаже ригель всегда размещают с той стороны стены, где предусмотрен упор стропильных ног.

При сборке каркаса удобнее вначале с помощью шаблона сделать выборки в стойках, соответствующие ширине и толщине ригеля, а затем монтировать стену.