8 (800) 350-57-07 | 8 (926) 512-47-02 WhatsApp

 Задать вопрос

Особенности строительства домов из бревна

При строительстве домов из бревна (как рубленного, так и оцилиндрованного) необходимо учитывать ряд особенностей, так как в противном случае вы рискуете вместо экологичного «сказочного домика» получить нечто не пригодное для проживания!

В подавляющем большинстве случаев сборка сруба осуществляется из бревен естественной влажности, т.е. не подвергавшихся специальной сушке. А поскольку заготовленный лес стараются сразу же сбыть, то часто бревна приближаются по влажности к свежесрубленным. При высыхании бревен сруба происходит уменьшение их размеров, так называемая усушка, что порождает ряд проблем и технологических сложностей. Для наиболее сообразительных сообщаем – да, возможно строительство из бревна камерной сушки! Но! Предварительная сушка не устраняет всех проблем, а стоимость такого бревна такова, что редко кто решается его использовать.

У решивших построить дом из бревна появляется множество вопросов. Зачем нужна эта длительная пауза на «усадку сруба»? Почему не рекомендуют сразу устанавливать окна и двери? Что это за «компенсаторы усадки»? И еще множество других, обусловленных особенностями возведения сруба в сравнении с традиционным строительством.

Ситуация осложняется еще и тотальным засильем маркетинговых текстов, основная задача которых не объяснить, а продать клиенту именно то, что предлагает строительная компания. При этом одни говорят: «В наших бревнах ручной рубки сохранен самый ценный слой бревна – заболонь». Другие утверждают: «В нашем оцилиндрованном бревне удален самый слабый слой – заболонь». И таких утверждений – масса! Чтобы разобраться во всех этих противоречиях придется углубиться в теорию, а, чтобы не быть голословными мы будем основываться на следующих источниках:

  1. Боровиков А.М., Уголев Б.Н. Справочник по древесине: Справочник/Под ред. Б.Н. Уголева. – М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 296 с.
  2. Михайличенко А.Л. Древесиноведение и лесное товароведение: [учеб.] / А.Л. Михайличенко, Ф.П. Садовничий. – М.: Высшая школа, 1974. – 223 с.
  3. Перелыгин Л.М. Древесиноведение. 2-е изд., перераб. и доп. Б. Н. Уголевым. – М.: Лесн. пром-сть, 1969. – 316 с.

Немного о строении древесины и терминах

Разрезы древесины

В связи с неодинаковыми свойствами по разным направлениям говоря о древесине обычно рассматривают три главных разреза ствола: поперечный или торцевой – плоскость разреза проходит перпендикулярно оси ствола; радиальный – плоскость разреза проходит вдоль оси ствола через сердцевину; тангентальный (тангенциальный) – плоскость разреза проходит вдоль оси ствола на том или ином расстоянии от сердцевины.

На поперечном разрезе можно видеть три основных части ствола: сердцевину, древесину и кору.

Сердцевина на поперечном разрезе ствола имеет вид темного пятнышка диаметром несколько мм и состоит из мягких рыхлых тканей. Она редко расположена в центре ствола, чаще смещена в сторону. На радиальном разрезе сердцевина видна в виде прямой или извилистой темной узкой полоски.

Кора покрывает дерево сплошным кольцом и окрашена у разных пород по-разному. В коре различают два слоя. Внешний пробковый слой называется коркой. Он предохраняет дерево от механических повреждений, резких перемен температуры среды.

Внутренний тонкий слой, прилегающий к камбию и древесине, называется лубяным слоем. Назначение луба – проводить воду с органическими веществами, выработанными в листьях, вниз по стволу.

Между древесиной и корой располагается очень тонкий, практически не видимый невооруженным глазом слой – камбий.

Строение древесины

Собственно, древесина непосредственно прилегает к сердцевине и занимает наибольшую массу объема ствола. У одних пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб и др.), у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна и др.). Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая часть – заболонью. У некоторых пород центральная часть ствола отличается от периферической лишь меньшим содержанием воды в растущем дереве и называется спелой древесиной, а сами породы – спелодревесными. Породы, имеющие ядро, называются ядровыми. Остальные породы, у которых нет различия между центральной и периферической частью ствола ни по цвету, ни по содержанию воды, называются заболонными (безъядровыми).

Из отечественных древесных пород ядро имеют: хвойные – сосна, лиственница, кедр, тисс, можжевельник; лиственные – дуб, ясень, ильм, белая акация, тополь, яблоня, грецкий орех и др. Спелодревесными породами являются из хвойных ель и пихта, из лиственных бук и осина. К заболонным породам относятся лиственные: береза, клен, граб, липа, самшит, груша и др. Однако у некоторых безъядровых пород (береза, бук, осина) наблюдается потемнение центральной части ствола. В этом случае темная центральная зона называется ложным ядром. Древесина молодых деревьев всех пород не имеет ядра и состоит из заболони. Лишь с течением времени образуется ядро за счет перехода заболонной древесины в ядровую. Образование ядра происходит за счет отмирания живых клеток древесины, закупорки водопроводящих путей, отложения дубильных, красящих веществ, смолы, углекислого кальция. В результате этого изменяется цвет древесины, увеличивается ее масса и показатели механических свойств. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год (тисс, белая акация), у других на 30-35-й год (сосна). Поэтому и заболонь у тисса узкая, а у сосны широкая. Переход от заболони к ядру может быть резким (лиственница, тисс) или плавным (орех грецкий, кедр). В растущем дереве заболонь служит для проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет механическую, несущую функцию. Древесина заболони легко пропускает воду, менее стойка против загнивания.

На поперечном разрезе можно видеть концентрические слои, расположенные вокруг сердцевины. Эти образования называются годичными слоями и представляют ежегодный прирост древесины. Годичные слои нарастают ежегодно от центра к периферии и самым молодым слоем является наружный. По числу годичных слоев на пне можно определить возраст дерева.

Ширина годичных слоев зависит от породы, условий роста, положения в стволе. У одних пород (быстрорастущих) годичные слои широкие, до 1-1.5 см (тополь, ива), у других – узкие, до 1 мм (самшит, тисс). В нижней части ствола наиболее узкие годичные слои, вверх по стволу ширина слоев увеличивается, так как рост дерева происходит и в толщину, и в высоту, что приближает форму ствола к цилиндрической. У одной и той же породы ширина годичных слоев может быть различной. При неблагоприятных условиях роста (засуха, морозы, недостаток питательных веществ, заболоченные почвы) образуются узкие годичные слои. В свою очередь, каждый годичный слой состоит из двух частей: внутренней, обращенной к сердцевине, светлой и мягкой части – ранней древесины и наружной, обращенной к коре, темной и твердой – поздней древесины. Различие между ранней и поздней древесиной ясно выражено у хвойных и некоторых лиственных пород. Ранняя древесина образуется в начале лета и служит для проведения воды вверх по стволу; поздняя древесина откладывается к концу лета и выполняет в основном механическую функцию. От количества поздней древесины зависят общая плотность древесины и ее механические свойства.

У хвойных пород, таких как сосна, годичные слои хорошо заметны вследствие того, что поздняя древесина темнее ранней. Также у них сердцевинные лучи очень узкие и практически не различимы.

Влажность древесины

Влагу, находящуюся в древесине, принято разделять на связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Свободная влага заполняет полости клеток и пространство между клетками, а связанная пропитывает клеточные оболочки. Свободная влага из древесины удаляется легко, а удаление связанной влаги требует дополнительных затрат энергии. Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Максимальное количество связанной влаги составляет примерно 30% и мало зависит от породы древесины. Предельное количество свободной влаги зависит от плотности, т.е. от того, как велик объем пустот в древесине, который может быть заполнен водой. Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Таким образом, влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (20° С) составляет 30% и практически не зависит от породы древесины. При изменении гигроскопической влажности размеры и свойства древесины резко изменяются.

На практике различают следующие ступени влажности древесины: мокрая – длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%; свежесрубленная – влажность 50-100%; воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15-20% (в зависимости от климатических условий и времени года); комнатно-сухая – влажность 8-12% и абсолютно-сухая – влажность около 0%.

Максимум влаги в стволе растущего дерева содержится в зимний период (ноябрь-февраль), а минимум – в летний (июль-август), причем в ядровых породах меняется только влажность заболони за счет увеличения или уменьшения свободной влаги.

Распределение влаги в стволе растущего дерева неравномерно ни по сечению, ни по высоте. У хвойных ядровых пород (сосна) и пород со спелой древесиной (ель) влажность заболони больше влажности ядра (спелой древесины) в 3-3.5 раза. У заболонных пород (береза, осина) влага распределена по сечению ствола почти равномерно. Комлевая часть ствола обладает наибольшей влажностью. К средней части влажность снижается, но в верхней снова повышается.

Свежесрубленная или мокрая древесина при нахождении на открытом воздухе или в помещении начинает постепенно терять воду. Вначале испаряется свободная влага, находящаяся в полостях клеток, а затем и связанная. Процесс высыхания древесины заключается в испарении влаги с поверхности и перемещении ее из внутренних, более влажных слоев, к наружным. При этом скорость высыхания определяется проницаемостью стенок клеток внутренней структуры древесины. В заболонной части древесины проницаемость выше и, естественно, скорость высыхания достаточно высока – по мере высыхания влаги в наружных клетках, влага из клеток более глубоких слоев постепенно перемещается в наружу. А вот в ядре межклеточная проницаемость хуже и, пока в клетке остается хотя бы небольшая часть свободной влаги, в ней поддерживается упругость водяных паров на уровне насыщения, и стенки, отделяющие клетки от клеток более глубокого слоя, сохнуть не будут.

Вывод 1. Так как свободная влага легко испаряется, можно считать, что изменения влажности растущего дерева для времени рубки особого значения не имеют.

Распределение влаги в древесине в процессе ее высыхания всегда неравномерно. Удаление влаги из древесины (ее высыхание) прекращается только после того, когда влага равномерно распределится по всему объему древесины, а влажность древесины будет соответствовать температуре и влажности окружающего воздуха. Это состояние древесины называется равновесным, а соответствующая влажность равновесной или устойчивой влажностью.

Вывод 2. Каждому сочетанию температуры и влажности окружающей среды соответствует определенная равновесная влажность древесины.

Помимо общепринятых степеней влажности также часто используется понятие технической влажности (производственной и эксплуатационной). Эксплуатационная влажность – это равновесная влажность, соответствующая условиям службы конструкций или изделий. Производственной влажностью называют влажность во время пребывания древесины в производстве – она должна быть равна эксплуатационной или быть несколько ниже (на 1-2%), чтобы не происходило усушки, которая может вызвать ослабление соединений.

Усушка древесины

Испарение из древесины свободной влаги происходит сравнительно быстро и не вызывает изменения размеров (уменьшается только вес древесины). Испарение же связанной влаги происходит существенно медленнее и приводит уменьшению линейных размеров и объема древесины. Это явление (которое нас очень интересует) и называют усушкой.

Усушка древесины, увы, происходит не равномерно. Так усушка древесины вдоль волокон существенно меньше, чем усушка поперек волокон. Это объясняется тем, что межклеточное пространство заполнено водой и ее удаление приводит к сокращению промежутков между клетками, а промежутков между вытянутыми волокнами существенно меньше. Это особенно характерно для хвойных пород.

Более того, многочисленные исследования показывают, что высыхание древесины поперек волокон также происходит неравномерно – тангентальная усушка (вдоль годовых слоев) в 1.5-2 раза больше радиальной (поперек годовых слоев).

Усушка от точки насыщения волокон до абсолютно сухого состояния называется полной. В среднем для строительной древесины полная линейная усушка вдоль волокон составляет 0.1-0.3%, поперек волокон: радиальная 3-5%, тангентальная 6-10%. Объемная усушка в среднем составляет 12%.

Усушка от точки насыщения волокон до воздушно-сухого состояния составляет ~50% от полной, а до комнатно-сухого состояния – ~75% от полной.

Вывод 3. Продольной усушкой бревна на практике можно пренебречь. А вот с поперечной усушкой так поступить нельзя! Именно она и порождает целый ряд проблем при сборке конструкций из древесины.

Дефекты, вызываемые усушкой

Разница между радиальной и тангентальной усушкой, а также неравномерность высыхания древесины вследствие медленного продвижения влаги и различных внешних факторов вызывают в древесине появление внутренних напряжений.

При высыхании поверхностные слои стремятся сократить свои размеры из-за усушки, а внутренние слои еще сохраняют свою влажность и размеры. При этом поверхностные слои оказываются под действием растягивающих напряжений, а внутренние – сжимающих. Если величина этих напряжений превысит предел прочности древесины на растяжение поперек волокон, то в поверхностных слоях произойдет разрыв, т.е. образуется трещина.

При дальнейшем высыхании знак напряжений меняется: продолжающие высыхание поверхностные слои в условиях растягивающих напряжений не могут сократить свои размеры обычным порядком и поверхностные слои окажутся сжатыми, а внутренние – растянутыми. И хотя образовавшиеся ранее периферические трещины начнут закрываться, во внутренних слоях может начаться образование внутренних трещин.

Различная усушка по разным направлениям приводит к короблению. Коробление бывает поперечное и продольное.

Поперечное коробление вызывается различием между радиальной и тангентальной усушкой и приводит к изменению формы поперечного сечения изделия из древесины, например, бревна.

Продольное коробление бывает двух видов: в форме выгиба (по длине) и в форме перекручивания (винтовая поверхность). Первый вид коробления, как правило, вызывается разницей в усушке вдоль волокон между двумя зонами древесины. Это может произойти, например, если с одной из сторон бревна слой заболони больше, чем с противоположной. Второй вид коробления, как правило, вызывается так называемым косослоем, например, неравномерностью распределения заболони и ядра по длине.

Такие дефекты могут возникать при любом виде сушки, но сушка собранного сруба приводит к дополнительным факторам возникновения дефектов – наличие внешних нагрузок на сохнущие бревна и их неравномерность, а также различие температурно-ветрового режима внутри и снаружи сруба. Так летом наружная часть бревен будет прогреваться солнцем, а внутренняя будет затенена. Зимой разница температур внутри и снаружи сруба также может достигать существенных величин. Причем ранняя установка оконных и дверных блоков только усугубит эту разницу температурно-ветровых режимов. А если зимой начать протапливать сохнущий сруб, то удивляться наличию трещин и прочих дефектов не стоит.

Вывод 4. Для предотвращения возникновения дефектов при сушке сруба важно обеспечить равномерное перераспределение всех нагрузок и отсутствие колебаний температурно-ветровых режимов как во времени, так и в пространстве.

Как правильно построить сруб?

Вооружившись теорией давайте попытаемся ответить на извечный вопрос: «Что делать?». Как строить сруб, чтобы не растерять всех преимуществ такого экологического материала как древесина?

Сразу же необходимо отметить, что использование любой массивной древесины, даже камерной сушки, не может застраховать брёвна и брусья от постепенного спонтанного появления трещин различных размеров, начиная от микроскопических, до трещин шириной 15-20 мм, глубиной до 40 мм и более. Чем массивнее конструктивный элемент, тем более вероятно появление трещин. И здесь важно понять, что важнее: конструкционная прочность сооружения или идеальный внешний вид? Все как в известном анекдоте о такси – мужчина вам шашечки или ехать?

Для сруба важно обеспечить равномерную естественную вертикальную нагрузку на венцы и минимизировать факторы, вызывающие деформацию брёвен (брусьев) при их интенсивном высыхании в период усадки сруба, а затем и фазе начала активного протапливания дома.

Как это не парадоксально, начинать это делать надо на этапе разработки проекта! Увы, к проекту дома часто подходят по принципу «нарисуем – будем жить». А ведь на стадии возведения сруба ошибки в проекте практически неустранимы. Любой грамотный проектировщик знает, какие элементы конструкции будут склонны к деформациям и постарается либо избежать их использования, либо предусмотреть элементы для компенсации деформаций. Конечно, стена с большим свободным пролетом может смотреться красиво, но лишь до тех пор, пока бревна не начнут деформироваться. Все конструктивные решения, закладываемые в проект, должны учитывать возможности и особенности используемых материалов! Поэтому в проекте кирпичного дома не стоит заменять кирпич на бревно и полагать, что проблем не будет. На самом деле даже проекты из клееного бруса и оцилиндрованного бревна имеют свою специфику!

Проект дома должен представлять собой не просто набор красивых картинок, а иметь все полагающиеся инженерные расчеты и обоснования проектных решений.

Правильный проект – это как фундамент строения, но на хорошем фундаменте можно возвести и плохой дом. Поэтому следующей составляющей успеха является соблюдение технологий возведения сруба.

Существуют классические способы, уменьшающие вероятность появления трещин на поверхности оцилиндрованного (и строганого) бревна:

  • обработка торцов брёвен составами, замедляющими выход влаги из бревна, что выравнивает скорость сушки по длине бревна (торцы сохнут быстрее);
  • пропиливание компенсационного паза вдоль бревна, что позволяет сконцентрировать большинство трещин именно в месте расположения этого паза.
Использование нагелей при возведении сруба

Для обеспечения жесткости стен и предотвращения смещений и перекручивания отдельных бревен сегодня, как и много столетий назад, используют нагели.

Нагель (по сути – гвоздь) – это специальный стержень, который соединяет соседние венцы между собой. В современных условиях в качестве материала для изготовления нагелей используются дерево или металл, а по форме поперечного сечения различают цилиндрические, пластинчатые или квадратные нагели.

Основной функцией нагелей является предотвращение горизонтального сдвига и кручения бревен, но при этом они не должны препятствовать вертикальной усадке венцов сруба.

Мы рекомендуем использовать деревянные нагели и не потому, что сомневаемся в прочности металлических, – просто дерево и металл имеют разную теплопроводность, что приводит к конденсации влаги на металлических нагелях и их коррозии. Кстати, совершенно варварским является использование в качестве нагелей рифленых арматурных прутков. За счет своей неровной поверхности они при вбивании деформируют структуру древесины, а в дальнейшем, при естественной усадке, бревна зависают на них, образуя довольно широкие щели, справиться с которыми не помогает даже самая тщательная конопатка.

Деревянные нагели показывают себя на практике с гораздо лучшей стороны: прекрасно работают на изгиб, не боятся усадки и меняют влажность вместе с бревном. Для их производства используют древесину твердых пород, из которых наибольшую популярность получила береза, за свою доступную цену и прекрасные эксплуатационные характеристики. Наибольшее распространение получили нагели круглого сечения, поскольку для них проще сделать посадочные отверстия в бревне.

Сечение и длину нагеля выбирают в зависимости от диаметра бревна в срубе так, чтобы он надежно соединял 2-3 венца в срубе. Нагели устанавливаются в шахматном порядке. Отверстия под нагели следует сверлить строго вертикально, иначе нагель, забитый под углом, будет мешать равномерной усадке сруба. Забивают нагели, не прикладывая больших усилий, деревянной киянкой, оставляя при этом соответствующий зазор от конца нагеля до дна отверстия. Этот зазор необходим для того, чтобы при дальнейшей усадке нагель не оказывал давления на венец, ведя к образованию трещин и препятствуя усадке венцов.

Компенсатор усадки сруба

При сборке сруба также необходимо учитывать, что проект может предусматривать не только горизонтальные венцы сруба, но и вертикальные опорные столбы. А как мы помним – продольная усушка очень мала. В конечном итоге это приведет к «зависанию» венцов сруба, опирающихся на опорные столбы, и не только появлению недопустимых щелей между венцами, но и искажению геометрии сруба!

Для того, чтобы избежать процессов препятствующих естественной усадке сруба, а также возможных перекосов, используется установка на вертикальных столбах компенсаторов усадки и их периодическая регулировка.

Принцип действия компенсаторов усадки схож с работой домкрата. Домкрат позволяет точно регулировать процесс опускания и поднимания объекта, точно также устроены и компенсаторы усадки. Правильная установка компенсаторов предполагает качественное сверление отверстий под резьбовые шпильки, а также надежное крепление удерживающих пластин к деревянным конструкциям.

Также важно понимать, что установка компенсаторов усадки, даже выполненная по всем правилам, не устраняет проблем усадки. Без регулярного осмотра сруба и регулировки компенсаторов специалистами – они не более, чем простые железки!

Компенсаторы усадки, как технология, не современное изобретение. Наши предки использовали в качестве компенсаторов пакет из обрезков доски определенной толщины. Горизонтальная балка и вертикальный столб соединялись с помощью нагеля, а в соединение закладывался этот пакет прокладок. По мере усадки сруба отдельные прокладки выбивались, а горизонтальная балка при этом опускалась, скользя по нагелю.

Скользящее крепление стропил

Еще одной проблемой является кровля. Оставить сруб без кровли – значит существенно затруднить его равномерное высыхание и усадку за счет негативного влияния осадков. Следовательно, кровлю необходимо устанавливать. Здесь то и кроется проблема – при усадке сруба жесткое крепление стропильной системы к срубу приведет к ее разрушению, а если ее не крепить, то ветровая нагрузка может также привести к ее разрушению!

Поэтому используется скользящее крепление стропильной системы к срубу, которое позволяет устранить негативные последствия его усадки. На сегодняшний день разработано множество вариантов соответствующих креплений, которые позволяют успешно решить все проблемы.

В базовом варианте часто используется временная кровля с использованием специальной армированной пленки. Но современные технологии позволяют сразу же установить проектную кровлю. Мы рекомендуем именно этот вариант по следующим соображениям.

Во-первых, способность выдерживать высокие ветровые нагрузки (а зимой и снеговые) у временной кровли низкая, что, особенно при открытых фронтонах, может привести к ее разрушению.

Во-вторых, масса временной кровли ниже проектной, поэтому при ее замене на проектную будет происходить дополнительная усадка сруба.

Устройство обсады

Многих застройщиков также интересует вопрос: «Устанавливать ли окна и двери сразу после сборки сруба?». Этот вопрос связан с тем, что существует технология, которая позволяет это сделать – установка окон и дверей в специальных элементах, так называемых обсадах или обсадных коробках.

Для оконных и дверных проемов изготавливаются обсады, специальные коробки из бруса со скользящей посадкой относительно сруба и верхним зазором под усадку, который заполняется уплотнителем. При усадке венцов они скользят вдоль этой коробки, уменьшая верхний зазор, а пространство внутри коробки, в которое и монтируются окна и двери остается неизменным.

Многие строительные компании имея в виду все эти технологии даже утверждают о возможности заселения в сруб сразу же после его сборки. Дескать придется только немного подождать с окончательной отделкой пока закончится основная усадка.

Мы не рекомендуем так торопиться, как, впрочем, и устанавливать окна и двери сразу после сборки сруба. Да, технологически это возможно. Но вспомним о таком факторе, провоцирующем появление дефектов в сохнущем срубе, как неравномерность температурно-ветрового режима. Заделав оконные и дверные проемы мы фактически и создаем такую неравномерность снаружи и внутри сруба! А если мы еще и начнем протапливать сруб?!

В этом случае не стоит искать виновных в появлении многочисленных дефектов – мы сами и спровоцировали их появление!

Резюме

Каждый кузнец своего счастья, а не знание не освобождает от ответственности. Конечно, хочется иметь прекрасный, экологический дом по сходной цене и как можно быстрее. Но строительство дома – это не та ситуация, когда необходимо торопиться и экономить. Любая попытка сэкономить без тщательного анализа возможных последствий может стать фатальной. Но при правильном подходе и планировании вы действительно получите дом, которым можно гордиться.