КАРКАСНЫЙ ГЛИНЯНЫЙ ЖИЛОЙ ДОМ НА ОБЛЕГЧЕННЫХ ФУНДАМЕНТАХ

Область техники.
Данное техническое решение относится к области строительства, а именно, к строительным конструкциям общего назначения, состоящим из несущих элементов типа блоков и панелей.
Уровень техники.
Аналогом заявляемого технического решения является УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ МАЛОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ (патент на полезную модель RU 76933 U1, заявка 2008109151 от 13.03.2008, МПК Е04В 1/02, Е04В 2/00).
1. Устройство установки наружной стены малоэтажного здания, включающее взаимосвязанные между собой и смонтированные на основании каркас панели с наружной и внутренней облицовками, отличающееся тем, что устройство установки наружной стены малоэтажного здания снабжено размещенным в нижней части стены приспособлением фиксации панели, которое выполнено в виде уголкового профиля и расположенных в основании вертикально и смонтированных на нижней кромке горизонтально внутренней облицовке панели крепежных элементов, между основанием и горизонтальным элементом каркаса панели расположены гидроизоляционные элементы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины - сосны.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины - ели.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины - пихты.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины - лиственницы.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины - кедра.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из клееной хвойной древесины.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из хвойной древесины - шпона.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каркас панели выполнен из прессованных частиц хвойной древесины.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная облицовка панели выполнена из декоративной штукатурки.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная облицовка панели выполнена из штукатурной сетки.
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная облицовка панели выполнена из штукатурки (базового слоя).
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная облицовка панели выполнена из слоя клея.
15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная облицовка панели выполнена из конструкционной древесно-стружечной плиты Аква Грен.
16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная облицовка панели выполнена из теплоизоляции.
17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя облицовка панели выполнена из слоя гипсокартона.
18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя облицовка панели выполнена из полиэтиленовой пленки.
19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя облицовка панели выполнена из слоя гипсокартона.
20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя облицовка панели выполнена из древесно-волокнистой плиты.
21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляция выполнена из минераловатных плит.
22. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляция выполнена из стекловолокнистых плит.
23. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляция выполнена из базальтовых плит.
23. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоизоляция выполнена из базальтоволокнистых рулонов.
24. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уголковый профиль приспособления фиксации панели выполнен из металла.
25. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уголковый профиль приспособления фиксации панели выполнен из конструкционных полимеров.
Недостатками этого аналога являются использование относительно дорогого материала (древесины), отсутствие коммунальных удобств.
Следующим аналогом заявляемого технического решения является УНИВЕРСАЛЬНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ СКОРОСТНОГО ДЕРЕВЯННОГО ДОМОСТРОЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) (патент на полезную модель RU 79584 U1, заявка 2008107242 от 28.02.2008, МПК E04B 1/02, E04B 1/14, E04C 2/38, МПК E04B 1/76).
1. Универсальная строительная конструкция, содержащая элементы системы, по крайней мере, часть из которых выполнена с продольными, поперечными и торцевыми пазами, отличающаяся тем, что все элементы соединены между собой с использованием соединений типа «двойной ласточкин хвост», при этом некоторые элементы с продольными пазами для внутренних и наружных ограждающих панелей выполнены с возможностью использования их для соединения с несущей конструкцией вентилируемого фасада, и часть из них выполнена с возможностью создания стыковочных узлов для пристраиваемых конструкций.
2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что между ограждающими панелями размещен теплоизоляционный материал.
3. Универсальная строительная конструкция, содержащая элементы системы, по крайней мере, часть из которых выполнена с продольными, поперечными и торцевыми пазами, отличающаяся тем, что все элементы соединены между собой с использованием соединений типа «ласточкин хвост», при этом некоторые элементы с продольными пазами для внутренних и наружных ограждающих панелей выполнены с возможностью использования их для соединения с несущей конструкцией вентилируемого фасада, и часть из них выполнена с возможностью создания стыковочных узлов для пристраиваемых конструкций.
4. Конструкция по п.2, отличающаяся тем, что между ограждающими панелями размещен теплоизоляционный материал.
Недостатками данного аналога являются ограниченные эксплуатационные характеристики, относительная дороговизна, малое использование местных материалов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является ЗДАНИЕ ИЗ ОБЪЕМНЫХ БЛОКОВ (патент на полезную модель RU 14237 U1, заявка 2000101406 от 17.01.2000, МПК E04H 1/12, E04H 1/02, опубликовано 10.07.2000).
1. Здание из объемных блоков, включающее фундамент столбчатый или свайный, цокольную часть здания, объемные блоки стен и пол, отличающееся тем, что цокольная часть выполнена в виде опертых на фундамент монолитных объемных конструктивных элементов из несущих армированных кирпичных стен высотой 70-80 см с последующим устройством объемных блоков стен и полом на эффективном утеплителе.
2. Здание по п.1, отличающееся тем, что объемные блоки стен выполнены рядами кирпичей в каждом поясе кладки и установлены на ребро с чередованием перевязочными рядами из кирпичей, уложенных "ложком" и "тычком", и образующие выступы в полости каналов для устранения просадки утеплителя и увеличения прочности.
3. Здание по пп.1 и 2, отличающееся тем, что пол на эффективном утеплителе содержит измельченные сухие листья с размером частиц 0,5-10 мм, а в качестве вяжущего глину с размерами частиц 0,005-0,15 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанные листья - 15,8
указанная глина - 42,1
вода - остальное
4. Здание по пп.1-3, отличающееся тем, что полистирол-бетонная смесь получена в пространстве пояса из кирпичей и термообработка осуществляется электроразогревом до 40-45°С со скоростью 100-120 град/ч.
5. Здание по пп.1-4, отличающееся тем, что свайный фундамент выполнен в виде буронабивных свай определенного сечения и шагом свай по расчету.
6. Здание по пп.1-5, отличающееся тем, что свайный фундамент выполнен с уплотнением грунта при помощи пробойника.
7. Здание по пп.1-6, отличающееся тем, что во избежание вспучивания грунта выполнен зазор 10-15 см в виде подсыпки из горелой земли или песка между подошвой армированной кладки и грунтом.
Недостатками прототипа являются сложность и дороговизна используемого материала (кирпича и бетона), отсутствие коммунальных удобств.
Сущность технического решения.
Известен каркасный глиняный жилой дом на облегченных фундаментах, содержащий деревянные каркас и ростверк, сваи в виде стальных стержней малого диаметра, стены из глины с соломой, потолки, полы мансардного этажа и шатровую кровлю.
Целью создания данного технического решения является разработка дешевого из местных строительных материалов дома, экологически чистого, с комфортными условиями проживания.
Для достижения этой цели при строительстве фундаментов выравнивают поверхность грунта, бурят скважину и в нее погружают теплообменник, скважину заполняют цементно-песчаным раствором, теплообменник соединяют с тепловым насосом, по осям дома в шахматном порядке задавливают в грунт тонкие трубы-стержни с наконечниками, для снижения смерзания грунта и стержней боковую поверхность стержней покрывают битумной мастикой, устраивают отмостку, на которой выполняют кирпичную кладку и покрывают ее гидроизоляцией, делают деформационный шов из пенополистирола, на который укладывают слой гидроизоляции, опорные балки снабжают муфтами и устанавливают на стержни, при устройстве полов по грунту прокладывают инженерные коммуникации: водопровод, канализацию, электрокабель, телефонный кабель, подготавливают глинистый грунт с оптимальной влажностью и засыпают его внутрь фундамента с уплотнением пневмотрамбовкой, на поверхность уплотненного грунта укладывают рулонную гидроизоляцию, слой пенополистирола и второй слой рулонной гидроизоляции, арматурную сетка и трубопровод системы подогрева полов от теплообменника, затем слой цементно-песчаной стяжки, после внутренней отделки жилого дома выполняют устройство чистого пола, при устройстве каркаса и стен здания на опорные балки устанавливают и закрепляют опорные стойка каркаса здания, укладывают необрезные доски или горбыль, а поверх них слой гидроизоляции, в необходимых местах внешних стен здания между опорными стойками устанавливают коробки под окна и двери, на стойках будущих стен дома закрепляют съемные щиты опалубки из водостойкой фанеры с пароизолирующей пленкой с внутренней стороны, в опалубку подают смесь глины с соломой, которая уплотняется ручной трамбовкой, между слоями смеси глины с соломой укладывают слои хвороста или срезки древесины, после высыхания материала стены опалубку разбирают, стены оставляют покрытыми пленкой, в коробки, оставленные в стенах дома, закрепляют дверные и оконные блоки, с внешней стороны дом обшивают пластмассовым сайдингом или тонкой доской с последующей покраской, на глиняные стены наклеивают обои или приклеивают сетку, по ней выполняют шпатлевку с покраской или наклейкой обоев, потолки, полы мансардного этажа и шатровую кровлю устраивают любым из известных способов, на крыше размещают солнечную панель и солнечный коллектор.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов.
На фиг.1 приведен чертеж конструкции жилого дома.
На фиг.2 приведен чертеж конструкции ростверка.
На фиг.3 приведен пример задавливания стержня в грунт.
На фиг.4 приведены зависимости перемещения (вертикальная ось, см) стержня от нагрузки вдавливания (горизонтальная ось, МПа).
Пример реализации технического решения.
На фиг.1 обозначены: 1 - солнечная панель, 2 - солнечный коллектор, 3 - конструкция пола, 4 - скважина, 5 - стальные трубы, 6 - отмостка, 7 - ростверк, 8 - утеплитель (саман), 9 - съемная опалубка.
На фиг.1 обозначены: 10 - опорные стойки, 11 - штукатурка, 12 - чистый пол, 13 - гидроизоляция, 14 - цементная стяжка, 15 - пенополистирол, 16 - уплотненный грунт, 17 - стальные трубы, 18 - отмостка (бетон) 19 - кирпичная кладка, 20 - опорные пластины, 21 - облицовочная плитка, 22 - ростверк (брус 200×200 мм), 23 - горбыль, 24 - сайдинг, 25 - стена (глина+солома).
Жилой дом конструктивно выполнен из деревянного каркаса на деревянном ростверке, свай в виде стальных стержней малого диаметра, стен из глины с соломой (фиг.1).
Последовательность строительства жилого дома.
Этап 1. Строительство фундаментов
Шаг 1. Выравнивают поверхность грунта, не срезая слой чернозема.
Шаг 2. В пределах площади будущего дома бурят скважину глубиной 30 м и в нее погружают теплообменник, после чего скважину заполняют цементно-песчаным раствором. Теплообменник соединяют с тепловым насосом.
Шаг 3. По осям дома в шахматном порядке задавливают в грунт тонкие трубы - стержни с наконечником (фиг.2, 3). Расчетная глубина задавливания стержней определяется в процессе их погружения путем измерения усилия задавливания, датчиком силы, который устанавливается на верхний конец стержня. Требуемая несущая способность одного стандартного стержня длиной 2000 мм и диаметром 32 мм для одноэтажного жилого дома с мансардным этажом должна быть N=800-1000 кгс. Расчетная нагрузка на один стержень принимается равной 400-500 кгс. Если при погружении стержня получено меньшее значение расчетной нагрузки, необходимо, используя муфтовое, соединение нарастить стержень на один метр. В том случае, если и после этого расчетная нагрузка будет менее требуемой, следует повторить наращивание длины стержня.
Для контроля отклонения погружаемого в грунт стержня в оставляемый наконечник встроен датчик наклона, изготовленный по технологии MEMS. Информация с датчика передается по беспроводной связи на поверхность грунта, а угол отклонения стержня контролируется в процессе всего его погружения. В том случае, если угол отклонения превышает 2-3°, в данных грунтовых условиях следует использовать стержни большего диаметра.
Процедура контроля усилия задавливания каждого стержня и его отклонения от вертикали позволяет непосредственно на строительной площадке принять решение об увеличении длины стержня или его диаметра. Эта процедура весьма полезна в неоднородных грунтовых условиях, когда несущая способность стержней может быть различной в пределах пятна здания, а проектная нагрузка на стержень (сваю) принимается постоянной без учета неоднородности грунтов.
В пучинистых грунтах длину стержня определяют с учетом сил морозного пучения, возникающих на боковой поверхности стержня выше глубины сезонного промерзания. Для снижения эффекта смерзания грунта и стержней их боковую поверхность покрывают битумной мастикой.
Шаг 4. После завершения процесса задавливания стержней устраивают отмостку шириной, равной толщине стены жилого дома плюс ширина экранируемой поверхности вдоль здания. В предлагаемом способе устройства жилого дома отмостку устраивают не после строительства, как обычно делается, а в начале строительства, на втором этапе устройства фундаментов.
Толщина отмостки переменная, под стенами здания принимается постоянной и равной 150 мм, с наружной стороны здания понижается до 100 мм.
Шаг 5. На участке отмостки под наружными стенами дома выполняется кирпичная кладка высотой 150 мм и толщиной на 50 мм менее толщины стены.
Шаг 6. На горизонтальную поверхность кирпичной кладки укладывают слой гидроизоляции.
Шаг 7. С целью исключения влияния возможной осадки дома или подъема отмостки при промерзании грунта с внешней стороны здания, делается горизонтальный деформационный шов из пенополистирола в виде пластин толщиной 50 мм, одеваемых на опорные стержни в предварительно сделанные отверстия в пенополистироле диаметром, несколько большим внешнего диаметра опорных стержней.
Шаг 8. К опорным балкам каркаса здания (балка ростверка) присоединяют шурупами металлические пластины с муфтами, внутренний диаметр которых несколько превышает внешний диаметр стержней. Расстояние между опорными муфтами принимается равным расстоянию между стержнями.
Шаг 9. На пенополистирол укладывают слой гидроизоляции.
Шаг 10. Опорные балки устанавливают на стержни.
Этап 2. Устройство полов по грунту.
Шаг 1. Прокладывают все необходимые инженерные коммуникации: водопровод, канализацию, электрокабель, телефонный кабель и т.д.
Шаг 2. Подготавливают глинистый грунт с оптимальной влажностью. Оптимальная влажность и плотность определяются известным способом, например по ГОСТ 22733-77.
Шаг 3. Глинистый грунт засыпают внутрь фундамента с уплотнением известным способом, например пневмотрамбовкой, до оптимальной плотности, определенной на шаге 2. В процессе уплотнения грунта обратной засыпки выполняют контроль достигнутой плотности путем отбора образцов грунта и определения плотности сухого грунта по ГОСТ 5180-84.
Шаг 4. На поверхность уплотненного глинистого грунта укладывают рулонную гидроизоляцию.
Шаг 5. На поверхность гидроизоляции укладывают слой пенополистирола толщиной 150 мм.
Шаг 6. На поверхность пеноплистирола укладывают рулонную гидроизоляцию.
Шаг 7. Укладывают арматурную сетку с диаметром проволоки не более 3 мм и ячейкой не более 150×150 мм.
Шаг 8. Укладывается трубопровод системы подогрева полов от теплообменника, затем слой цементно-песчаной стяжки толщиной 60-80 мм. После внутренней отделки жилого дома выполняют устройство чистого пола.
Этап 3. Устройство каркаса и стен здания
Шаг 1. На опорные балки устанавливают и закрепляют любым известным способом опорные стойки каркаса здания. Сечение стоек и их шаг в плане принимается расчетом, учитывая нагрузку от конструкции кровли, снега и полезную нагрузку на полах мансарды.
Шаг 2. На опорные балки укладывают необрезные доски или горбыль, а поверх них слой гидроизоляции.
Шаг 3. В необходимых местах внешних стен здания между опорными стойками закрепляют коробки под окна и двери жилого дома.
Шаг 4. На стойках будущих стен дома закрепляют съемные щиты опалубки из водостойкой фанеры. На внутреннюю поверхность щитов укладывают пароизолирующую пленку.
Шаг 5. В опалубку подают смесь глины с соломой слоями толщиной не более 2000 мм и уплотняют ручной трамбовкой. Между слоями смеси глины с соломой укладывают слои хвороста или срезок древесины. Эта процедура уменьшает деформации усадки глины в процессе ее высыхания и исключит возникновение трещин в стенах после снятия опалубки.
Процентное содержание глины (10-15%), воды и соломы (85-90%) в единице объема материала определяют видом глины, индивидуально в глиняных карьерах.
Шаг 6. После высыхания материала стены до влажности окружающего воздуха опалубку разбирают. После снятия опалубки стены дома оставляют покрытыми пленкой.
Шаг 7. В коробки, оставленные в стенах дома, закрепляют дверные и оконные блоки.
Шаг 8. С внешней стороны дом обшивают пластмассовым сайдингом или тонкой доской с последующей покраской.
Шаг 9. На глиняные стены наклеивают обои или приклеивают сетку, а по ней выполняют шпатлевку с покраской или наклейкой обоев.
Этап 4. Устройство кровли.
Потолки, полы мансардного этажа и шатровую кровлю устраивают любым из известных способов.
Предлагаемая конструкция жилого дома имеет следующие достоинства.
1. Дом из глины «дышит» и сохраняет здоровье жильцов.
2. Использованная при строительстве жилья глина регулирует влажность воздуха внутри помещений в пределах 40-60%, снижая количество пыли в воздухе, что особенно важно для больных астмой.
3. Глина и дерево идеально подходят и дополняют друг друга. Пребывание в глине консервирует дерево, т.е. защищает его без использования антисептиков и противопожарных составов.
4. Заделав в стены трубы, можно решить проблему отопления дома, а построив массивные стены - использовать их для аккумулирования солнечной энергии.
5. Ни солома, ни глина не выделяют никаких вредных веществ. Соломенно-глиняные стены толщиной 40-45 см обладают такой же теплоизолирующей способностью, как и кирпичная кладка толщиной 70 см.
6. Фундаменты под такие жилые дома значительно дешевле известных как из-за низкого расхода строительных материалов, так и затрат на их устройство. Фундаменты на опорных стержнях в 3 раза дешевле обычного ленточного фундамента при его глубине заложения на расчетную глубину промерзания грунтов. Для случая пучинистых грунтов экономия больше. Предлагаемый тип фундаментов применим как в обычных, так и в пучинистых грунтах.
7. В предлагаемом способе устройства фундаментов не требуется проведение инженерно-геологических изысканий с целью определения физико-механических свойств грунтов и выделения инженерно-геологических элементов. Результаты этих изыскания необходимы для расчета допускаемой нагрузки на фундаменты, а через них и на грунты основания. В предлагаемом способе допускаемая нагрузка определяется в процессе задавливания стержней в грунт. Причем, точность определения допускаемой нагрузки выше, так как она определяется непосредственно в полевых условиях, а не с использованием расчетных формул и результатов испытания образцов грунта в лабораторных условиях, из которых определяются параметры, входящие в формулы.
Жилой дом из глины может быть экологически чистым и независимым в своем энергообеспечении. Этого можно достигнуть, используя тепло земли (тепловые насосы), солнечную (солнечные батареи и солнечные коллекторы) и ветровую энергии (ветровые генераторы).
Промышленная применимость.
Данное техническое решение промышленно реализуемо, в нем используются доступные местные строительные материалы, обеспечивается экологическая чистота, автономное электрообеспечение, техническое водоснабжение и отопление, приемлемые стоимостные характеристики.
Использованные источники информации.
1. ГОСТ 22733-77. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности. М., 1978.
2. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. М., 1985.