Стена здания

Техническое решение относится, в целом, к конструкциям стен здания и, в частности, к соединениям и несущим конструкциям внутри стен, предназначенным для опоры бревен или бруса, составляющих стену.
При строительстве домов из дерева, например, из бревен или бруса возникает ряд проблем, вызванных тем, что деревянные бревна сжимаются со временем из-за усушки. Как правило, процесс усушки длится до четырех лет. В результате, в уже построенном доме могут возникать щели между уложенными бревнами, что приводит к большим теплопотерям. Кроме того, бревна, высыхая, имеют тенденцию двигаться вниз из-за усадки всех бревен. Например, если каждое из бревен в бревенчатой стене из 12 бревен сжимается на 2,5 см в ширину, то высота всей стены может уменьшиться на 30 см. Каждое бревно будет перемещаться вниз на расстояние, равное общей усадке каждого из бревен ниже. Такое движение вниз может привести к повреждению внутренних конструкций внутри стен, например, дверей и окон. Часто двери и окна разрушаются под тяжестью движущихся вниз бревен. Кроме того, может измениться не только размер бревна, но и его геометрия.
Из уровня техники известны решения, направленные на исключение вертикального перемещения бревен относительно друг друга в стене здания. Например, из патента US7444786 «Cast log structure» (МПК E04B1/10; E04B1/20, опубликован 2008-11-04) известно техническое решение, заключающееся в том, что в стене здания бревна располагаются друг на друге с образованием пространства между ними путем размещения распорных «подушек», а вся конструкция закрепляется путем выполнения вертикального канала, в котором располагают вертикальную армирующую стойку и заполняют пространство канала цементирующим раствором. Недостатком данного решения является большая материалоемкость, вес конструкции и низкая надежность, так как цементирующий раствор может со временем разрушаться под действием периодического изменения размеров и геометрии бревен, происходящего под влиянием внешних факторов и в процессе усадки бревен.
Известны решения, использующие скрепление бревен между собой посредством упругих крепежных элементов, в частности, с использованием пружин. В частности, подобные решения раскрыты в патенте RU2399729 «Способ изготовления деревянных домов, строений, сооружений» (МПК E04B 1/10, опубликован 20.09.2010) и в патенте US4909012 «Method of using compression fastener for joining structural members» (МПК E04B2/70; E04B1/00; E04B1/10, опубликован 20.03.1990). Такие решения позволяют исключить образование щелей между бревнами, но не исключают общей усадки всей стены, которая может привести к повреждению внутренних конструкций.
Известны также решения, использующие скрепление бревен между собой с помощью опорных стоек, содержащих резьбу и гайки. В частности, такие решения раскрыты в патенте JP3280561 «Assembling method of log house wall and log house fastening bolt» (МПК E04B1/10; E04B1/684; E04B2/02; E04B2/70; F16B35/04; F16B35/06, опубликован 2002-05-13) и US6729084 «Kit and method for building a wall of a log structure, such as a log cabin» (МПК E04B2/70, E04B1/10, опубликован 2004-05-04). Известные решения позволяют распределить нагрузку каждого бревна на опорную стойку и исключить повреждение внутренних конструкций из-за общей усадки стены. Однако такие решения требуют дополнительного уплотнения между бревнами, которое заполняет пространство, образующееся в процессе усушки бревен между ними. Выполнения на каждом бревне соединения шип-паз для теплоизоляции или дополнительных планок, размещаемых с двух сторон от стыка бревен, как раскрыто в известных решения, является очень трудоемким и материалоемким процессом. Кроме того, в известных решениях не раскрыто, каким образом защищается поверхность бревна в месте, где оно опирается на крепежный элемент.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано решение по патенту US6266934 «Supports for log structures» (МПК E04B2/70, E04B1/02, опубликован 31.07.2001), в котором раскрыта конструкция стены деревянного сруба, которая снабжена вертикальными опорными стойками, размещенными в вертикальных пазах. При этом стойка представляет собой полую трубку и содержит элементы, предотвращающие перемещение бревен в вертикальном направлении, выполненные в виде опорной площадки, устанавливаемой с возможностью разъема в трубке. Опорные площадки поддерживают нижние поверхности бревен и предотвращают перемещение бревен вниз. Вес здания распределен на опорные стойки. Для использования известного решения с разными размерами бревен необходимо каждый раз изготавливать трубки и опорные площадки соответствующих размеров, что усложняет процесс монтажа стены здания и повышает материалоемкость и трудоемкость процесса.
Задачей заявляемого решения является создание конструкции стены деревянного здания, в которой нагрузка от каждого бревна передается на опорную стойку, исключая повреждение внутренних конструкций, при этом создание такой конструкции не требует больших затрат времени и материалов, а процесс монтажа подходит для любых размеров бревен и не требует адаптации для каждого размера. Технический результат заключается в снижении материалоемкости конструкции и трудоемкости процесса изготовления и монтажа.
Заявленный технический результат достигается тем, что в стене здания, содержащей множество горизонтальных бревен, уложенных друг на друга с образованием пространства между ними, в котором размещено уплотнение, вертикальный канал, выполненный в бревнах и опорную стойку, расположенную в указанном вертикальном канале, на которой закреплены элементы, предотвращающие перемещение бревен в вертикальном направлении, согласно заявленному решению стойка выполнена в виде металлического прута с резьбой, элементы, предотвращающие перемещение бревен в вертикальном направлении, выполнены в виде гайки и шайбы, а вертикальный канал в нижней части бревен содержит нишу, выполненную с возможностью размещения элемента, предотвращающего перемещение бревен в вертикальном направлении. Уплотнение может быть выполнено эластичным, из вспененного полиэтилена и/или акрила. Вертикальный канал в верхней части нижнего бревна может содержать нишу, выполненную с возможностью размещения элемента, предотвращающего перемещение бревен в вертикальном направлении. Элемент, предотвращающий перемещение бревен в вертикальном направлении, может содержать вторую гайку. Опорная стойка и элемент, предотвращающий перемещение бревен в вертикальном направлении, могут быть выполнена обработанными антикоррозийным составом и/или оцинкованными.
Использование в качестве опорной стойки металлического прута с резьбой, а в качестве элементов, предотвращающих перемещение бревен в вертикальном направлении, гайки и шайбы позволяет создать такую конструкцию, которая обеспечивает надежное распределение веса бревен на опорных стойках, исключая давление верхних бревен на нижние, но при этом такая конструкция не требует индивидуального изготовления под каждый вид бревен, так как место расположения элемента, предотвращающего перемещение бревен, выбирается просто перемещение гайки и шайбы по стойке, имеющей резьбу. Бревно опирается на шайбу, что является надежным способом закрепления бревна, так как исключается повреждение поверхности бревна в процессе усушки. Для того, чтобы уменьшить расстояние между бревнами, вертикальный канал в нижней части бревен содержит нишу, выполненную с возможностью размещения элемента, предотвращающего перемещение бревен в вертикальном направлении. При этом нижнее бревно может быть закреплено к опорной конструкции, например, к фундаменту, также посредством элемента, предотвращающего перемещение бревен в вертикальном направлении, для чего вертикальный канал в верхней части нижнего бревна содержит нишу, выполненную с возможностью размещения указанного элемента.
Для более надежного закрепления позиции бревна на опорной стойке, элемент, предотвращающий перемещение бревен в вертикальном направлении, может содержать вторую гайку. Практические испытания показали, что двойная гайка позволяет исключить даже незначительное смещение этого элемента по опорной стойке.
Под уплотнением, размещенным в пространстве между бревнами, понимается средство, предназначенное для предотвращения или уменьшения теплопотерь через зазоры между бревнами. Как правило, такое уплотнение обладает упругостью и эластичностью для компенсации изменения в зазорах, образующегося в процессе усушки и усадки бревен. В частности, для этих целей могут быть использованы вспененный полиэтилен и/или акрил.
Далее заявляемое решение поясняется с помощью фигуры, на которой условно представлен один из возможных вариантов его осуществления. При этом необходимо понимать, что представленная фигура и описание конструкции стены не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения в объеме заявляемой формулы.
На фигуре цифрами обозначены горизонтальные бревна (1), из которых сооружена стена здания, уложенные друг на друга с образованием пространства (2) между ними, в котором размещено уплотнение (3), вертикальный канал (4), выполненный в бревнах (1), опорная стойка (5), расположенная в канале (4). На стойке (5) закреплены элементы (6), предотвращающие перемещение бревен в вертикальном направлении, выполненные в виде гайки (7) и шайбы (8). Вертикальный канал в нижней части бревен (1) содержит нишу (9), выполненную с возможностью размещения элемента (6).
Далее со ссылками на фигуру поясняется процесс осуществления заявленного технического решения.
Стена деревянного здания сооружается следующим способом. Готовят фундамент или иное опорное сооружение для здания. Например, можно использовать железобетонный фундамент, изготовленный любым известным из уровня техники способом. При изготовлении фундамента или уже в готовом фундаменте выполняют отверстия для монтажа опорной стойки (5). В качестве опорной стойки (5) может быть использован металлический оцинкованный прут с резьбой, в предпочтительном варианте исполнения имеющий диаметр 20-30 мм, в зависимости от толщины бревен (1), высоты сруба и общей массы конструкции. После установки опорной стойки (5) отверстие может быть заполнено цементным раствором, например, для ремонта трещин в железобетонных конструкциях. На фундамент размещают гидроизолирующую прокладку, защищающую бревна (1) от влаги со стороны фундамента. Далее готовят бревна (1), которые предназначены для сооружения стены. В предпочтительном варианте изготовления бревна (1) представляют собой лафет - разновидность деревянного бруса, с которого параллельно с двух боковых сторон стесана округлость. В бревнах (1) выполняют поперечные отверстия таким образом, что при размещении бревен (1) друг на друге и на фундаменте они образуют единый вертикальный канал (4), в котором может быть размещена опорная стойка (5). В зависимости от длины бревен (1) может быть выполнено несколько каналов (4) в стене. С нижней стороны бревен (1) канал (4) содержит ниши (9), в которых размещают элементы (6), предотвращающие перемещение бревен в вертикальном направлении, выполненные в виде гайки (7) и шайбы (8). Для более надежного закрепления позиции бревна (1) на опорной стойке (5), элемент (6), предотвращающий перемещение бревен в вертикальном направлении, может содержать вторую гайку (7), как показано на фигуре. Для удобства затягивания гаек (7) вторая гайка может быть выбрана меньшего размера, чем первая. Для закрепления нижнего бревна (1) к опорной конструкции, вертикальный канал (4) в верхней части нижнего бревна (1) также содержит нишу (9), выполненную с возможностью размещения элемента (6), предотвращающего перемещение бревен (1) в вертикальном направлении. Далее бревна (1), начиная с самого нижнего, устанавливаются на опорную стойку (5), одну или несколько, в зависимости от проекта, позиция каждого бревна (1) при этом закрепляется путем перемещения гайки (7) и шайбы (8) по резьбе опорной стойки (5) таким образом, что между бревнами (1) остается пространство (2), которое после окончания сборки стены заполняется уплотнением (3). В качестве уплотнения (3) может быть использован вспененный полиэтилен и/или акриловый герметик. В частности, они могут располагаться слоями, таким образом, что акриловый герметик изолирует вспененный полиэтилен и вместе они обеспечивают уменьшение тепловых потерь за счет упругости и эластичности. Опора бревна (1) на опорную стойку (5) передается через шайбу (8). Опорная стойка (5), шайбы (8) и гайки (7) могут быть выполнены оцинкованными и обработаны антикоррозийным составом. Пространство между стенками вертикального канала (4) и опорной стойки (5) может быть заполнено акриловым герметиком.
Получаемая конструкция стены является надежной, исключающей деформацию в процессе усушки бревен, в которой обеспечивается надежная фиксация позиции каждого бревна, что исключает образование щелей и снижение тепловой устойчивости стены. При этом такая конструкция отличается меньшей материалоемкостью, простотой в изготовлении и сооружении.