Самый теплый дом: что строить в северных регионах?
Загородное жилье в Ленинградской области становится настолько популярным, что впору рассматривать его как равноценную (во всех смыслах) альтернативу многоквартирным домам. Вместе с тем, строительство загородных объектов в нашем регионе далеко не так просто, как может показаться на первый взгляд. Климатические условия, особенности почв, необходимость работать с постоянной оглядкой на погоду — это лишь некоторые моменты, которые следует учесть. И естественно, самым важным фактором остаются теплоизоляционные характеристики дома.
Надежность, хорошая теплоизоляция и демократичные цены — таковы главные требования, которые предъявляют жители Санкт-Петербурга к строительству загородных домов. И если первый критерий — «надежность», — зависит от добросовестности и квалификации строителей, то теплоизоляция дома и стоимость возведения определяются технологией строительства.
Дома из бруса: так ли хорош естественный материал?
Один из самых дорогих вариантов — кирпичный дом, еще и не слишком теплый. Как и любой другой камень, кирпич быстро нагревается, но также быстро остывает. Поэтому, чтобы кирпичный дом обладал достаточной для северных регионов теплоизоляцией, нужно строить стены толщиной не менее метра. Стоит ли говорить, что такую «крепость» могут позволить себе далеко не все? Еще одна востребованная у питерцев технология строительства — дома из бруса. Петербург (а точнее, его окрестности) все больше напоминает пейзаж времен 19 века: поселки эконом-класса пестрят брусовыми домами.
Преимущества таких строений очевидны: они недороги, экологичны и быстро строятся. Именно поэтому, запросы в поисковике «Дома из бруса СПб», «Дома из бруса Петербург» «Купить брус в Спб» и «брус Ленобласть» — одни из самых популярных. И если мы выедем за черту Питера, то увидим, что брус действительно становится все более востребованным материалом. А спрос, как известно, рождает предложение, и сегодня брус в Санкт-Петербурге продают многие десятки фирм, причем это могут быть как строительные компании, так и производители пиломатериалов, не занимающиеся возведением домов.
Возможность быстро обзавестись собственным загородным домом действительно очень соблазнительна. Но насколько дома из бруса подходят именно под условия нашего региона? Давайте разберемся.
Брус — это дерево естественной плотности. Во влажном климате оно имеет свойство намокать и трескаться. Что говорить о Питере, который омывается Финским заливом? Чтобы брус в Санкт-Петербурге выдержал перепады климатических условий, материал нужно покрыть несколькими слоями специального защитного состава, хотя и это не гарантирует долговечность такого «капризного» материала, как брус. Ленобласть с ее ветром, влажностью и холодом может погубить даже самый качественный материал. К тому же у домов из бруса очень много уязвимых швов, которые формируют, так называемые, «мостики холода» — участки, через которое тепло «утекает» наружу.
Именно поэтому затраты сил и денег на брус в Ленинградской области большинство экспертов считают неоправданными. И то, что дома из бруса Санкт-Петербург все больше завоевывают, — скорее, сиюминутное веяние времени, чем оправданная необходимость.
Поэтому, если вы уже решили построить загородный дом и собираете достоверную, объективную информацию о различных технологиях строительства, то наряду с запросами «дома из бруса СПб» и «купить брус в СПб» обязательно озадачьте поисковую систему фразой «недостатки домов из бруса». И ради любопытства поинтересуйтесь еще одной, смежной технологией строительства: домами из клееного бруса.
Клееный брус: дерево, которое «распускается»
Строительство из клеенного бруса — еще одна современная вариация технологии деревянного строительства, на равных конкурирующая с каркасными домами. И это объяснимо: такие строения достаточно быстро возводятся и обладают приемлемым уровнем теплоизоляции. А это, пожалуй, главные требования петербуржцев к загородным домам.
Однако немногие жители Санкт-Петербурга, заинтересованные в строительстве загородной недвижимости знают нюансы этой популярной технологии. Что же такое «клееный брус» и оправдывают ли себя построенные из него дома?
Производство клееного бруса — сравнительно новая технология, пришедшая к нам из Финляндии, где эту технологию совершенствуют вот уже четверть века. И заключается она в том, что массив бревен предварительно расщепляют на отдельные доски — ламели. Затем их обрабатывают, тщательно подгоняют друг к другу и склеивают в специальных прессах. Получившийся брус имеет крайне высокую прочность, обгоняя по этому показателю все известные аналоги.
Однако при всех своих достоинствах, строительство из клееного бруса требует определенных условий: сухой погоды и отсутствия атмосферных осадков. В противном случае даже самый высококачественный финский клееный брус может испортиться еще на стадии строительства. А сколько дней в году стоит такая погода в Санкт-Петербурге и Ленобласти?
Впрочем, клееный брус имеет и другие недостатки: разные части дерева имеют разную воздухопроницаемость и плотность. И если при строительстве такого дома влажность была выше допустимого уровня, то дерево может деформироваться, значительно осложняя строительство.
Но, пожалуй, главный недостаток строительства домов по технологии «клееный брус» — цена. Стоимость услуги «дом из клееного бруса под ключ» порой зашкаливает и колеблется от 2,5 миллионов рублей до восьмизначных цифр. Но стоит признать, если вам посчастливилось найти качественные материалы и надежную фирму, дающую продолжительную гарантию на клееный брус, то цена строительства вполне окупится комфортом проживания в доме.
Канадский комфорт
Из другой северной страны, очень похожей по климатическим условиям на Россию — Канады, — пришла еще одна перспективная технология строительства: канадские каркасные дома. Заинтересовать она может в первую очередь тех, кто хочет получить все преимущества жизни в деревянном доме за меньшие деньги. Цены на канадский каркасный дом действительно очень демократичны. Для сравнения: при равной площади и прочих условиях клееный брус под ключ обойдется в среднем в 1,5-2 раза дороже.
Преимущества у канадских домов — те же, что у домов из бруса: они экологичны, недороги и быстро строятся (реализация даже самого масштабного жилого проекта занимает не больше четырех месяцев). Но в отличие от построек из бруса, каркасные дома не столь уязвимы для различных атмосферных явлений. И если клееный брус обнаруживает свои недостатки еще на стадии строительства, то канадский каркасный дом даже без специальной обработки может десятилетиями сопротивляться атмосферным явлениям.
Секрет заключается в том, что стружечные плиты, которые формируют стены канадских деревянных домов, имеют большую плотность по сравнению с брусом, а значит в меньшей степени подвержены воздействию влажности и дольше сохраняют тепло. Надо заметить, что в плане теплоизоляции с канадскими домами не может конкурировать ни одна другая технология. Для примера: 15-сантиметровая стена каркасного дома по способности удерживать тепло заменяет кирпичную стену в 1,5 метра толщиной. Во многом это достигается благодаря так называемым сэндвич-стенам, внутри которых под давлением приклеен слой утепляющего материала, плотно закрывающего все швы. Именно поэтому дома, сделанные по канадской технологии, наибольшую популярность обрели в северных странах. Как считают эксперты, у канадских домов есть только один недостаток: плохая звукоизоляция внутри помещения. Но эта проблема легко решается применением современных обивочных материалов.
Согласитесь: если вы житель северной столицы, то возможность быстро получить теплый надежный дом оправдывает небольшие усилия по его благоустройству.
ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА В УСЛОВИЯХ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО СЕВЕРНОГО КЛИМАТА
АННОТАЦИЯ
Автором рассмотрены факторы, препятствующие активному освоению территории распространения многолетнемерзлых грунтов. Представлена информация об основных принципах и методах проектирования и строительства на вечномерзлых грунтах, а также о мероприятиях для обеспечения высокой несущей способности оснований и фундаментов зданий и сооружений. Описаны часто применяемые типы фундаментов и материалов для утепления ограждающих конструкций в условиях северных широт. Приведены модульные здания из блоков-контейнеров, как отдельный вид строительных объектов для Крайнего Севера.
Россия – северная страна, почти 2/3 которой находится в области вечной мерзлоты. Грунты и горные породы здесь находятся в постоянно мерзлом состоянии, оттаивая лишь на небольшую глубину летом (примерно на 1-3м) [1]. Исключительностью Российского Севера являются суровые климатические условия, которые становятся существенными преградами для строительства. Строительная инфраструктура здесь активно развивается с 30-х гг. XX в., со времени начала добычи полезных ископаемых в этом регионе. В сооружениях, возводимых на вечномерзлых грунтах без принятия особых, отличных от обычных условий, мер и методов, возникают совершенно недопустимые деформации, затрудняющие эксплуатацию сооружений и приводящие к их полному разрушению. Известны случаи обрушения неправильно построенных домов в Чите, а в Канаде, например, жителям пришлось покинуть целых два небольших города, построенных в годы войны: их дома вечная мерзлота буквально вывернула из земли [2].
Инженерная геокриология, как отрасль геокриологии, занимается особенностями проектирования и строительства различных инженерных сооружений в зоне распространения вечномерзлых грунтов. Развитие ее началось в 20-х годах XX века благодаря стараниям таких ученых, как М.И. Сумгин, В.А. Обручев и В.И. Вернадский. Большой вклад внес Николай Александрович Цытович, который является основоположником инженерного мерзлотоведения, сформулировавший основные принципы механики мерзлых грунтов.
Рис. 1 Цытович Николай Александрович
Разработки, выполненные им в начале 30-х годов и позднее, привели к созданию нового научно обоснованного метода строительства с сохранением мерзлого состояния грунтов, усовершенствованный в дальнейшем учеными мерзлотоведами и конструкторами строителями. На основе этого метода в военное время, а особенно в послевоенные годы были возведены многие многоэтажные здания, промышленные предприятия в Якутске и в других местах. Так, благодаря Н.А. Цытовичу и другим ученым-мерзлотоведам были построены один из самых северных городов планеты Норильск и крупнейший в мире Норильский горно-металлургический комбинат. Под руководством этого выдающегося ученого кафедра механики грунтов, оснований и фундаментов МИСИ достигла больших успехов, и благодаря его работам и трудам других сотрудников она продолжает стремительно расти. [3]
При проектировании и строительстве зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах, выделяют 2 основных принципа использования этих грунтов в качестве оснований:
Как показывает практика, здания и сооружения в условиях Крайнего Севера строятся в основном по первому принципу, так как в мерзлом состоянии грунт имеет высокую несущую способность. В настоящее время при проектировании и расчете оснований и фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах применяют несколько методов [4]:
В качестве варианта, предлагается использование грунтов оснований в вечномерзлом состоянии, как способ обеспечения их эксплуатационной пригодности и долговечности [5]. Технология метода заключается в организации мероприятий по уменьшению температуры грунтового основания до расчетных значений:
Основным типом фундаментов для вечномерзлых грунтов являются свайные фундаменты. Возможно использование свай следующих типов:
Но и они подвергаются разрушению под действием многих конструктивных и природных факторов: 1) неправильная планировка подполий и окружающей территории, не обеспечивающая отвода поверхностных, надмерзлотных и аварийных вод от фундаментов; 2) напорное давление надмерзлотных вод при промерзании грунта в начале зимнего периода; 3) образование трещин в сваях под действием температурных деформаций ростверков; 4) превышение расчетных напряжений в бетоне, значительно снижающее его морозостойкость.
Это привело к исследованию альтернативного типа фундаментов поверхностных вентилируемых пространственных фундаментов- оболочек. Они обладают рядом преимуществ, среди которых: совместимость функции несущей и охлаждающей грунт конструкции, что осуществляется посредством отсыпаемого на мерзлом основании промежуточного слоя; выполняемый из непучинистого материала промежуточный слой под пространственным фундаментом, значительно снижающий интенсивность криогенных процессов при тепловом и механическом взаимодействии зданий с мерзлым основанием; возведение фундаментов без нарушения мерзлотно-грунтовых условий на строительных площадках, что позволяет ликвидировать временной технологический разрыв, который необходим при устройстве свайных фундаментов.
Так, опыт эксплуатации четырехэтажного здания каркасно-панельного административно-бытового комбината (АБК), возведенного на фундаменте-оболочке монолитной конструкции на сильнольдистых высоко-температурных грунтах показал, что произошло не только промерзание промежуточного слоя, но и понижение температуры грунтов ниже его подошвы.
Рис.3. Часть строящегося здания АБК на поверхностном фундаменте- оболочке в г. Норильск
Верхняя граница вечной мерзлоты установилась на глубине 1,8 м. Средняя осадка фундамента-оболочки составила 2,1 см, что является хорошим результатом. А значит и поверхностные фундаменты являются прекрасным решением для суровых условий наших северных регионов. [9]
Возведение фундамента – не единственная проблема, с которой сталкиваются инженеры при строительстве зданий в условиях Крайнего Севера. Аномально низкая температура, сильные ветры и суровые метели – еще одна особенность северного климата. Для обеспечения максимального комфорта кварталы городов в таком случае строят замкнутым контуром, с минимальным числом площадей и узкими разрывами между домами, что позволяет значительно снижать скорость ветра.
При строительстве на вечномерзлых грунтах основным типом возводимого здания является здание каркасного типа. Высокая скорость монтажа – вот главное его достоинство. В связи с этим, элементы каркаса выполняют из сборного железобетона и металла, причем металлические конструкции более эффективны и обладают рядом преимуществ перед железобетонными. Так, это отсутствие мокрых процессов, которое дает возможность вести строительство при низких температурах без устройства тепляков, также меньшая нагрузка на фундамент, так как при равных эксплуатационных условиях здание из стального каркаса будет легче железобетонного. Элементы здания из металлического каркаса можно демонтировать, усиливать несущие конструкции полосами стали, в случае необходимости, производить модернизацию здания под новые требования производства, а повторное использование металла после демонтажа позволяет использовать его гораздо экологичнее и эффективней. [10]
Что касается ограждающие конструкции и теплоизоляции стен, то выполняют их из облегченных, утепленных панелей. Наилучшим решением во многих случаях является сэндвич- панель, которая имеет трёхслойную структуру, состоящую из двух листов жёсткого материала (металл, ПВХ, ДВП, магнезитовая плита) и слоя утеплителя между ними. Принцип сэндвич-технологии был описан ещё в 1950-х годах, однако активное применение сэндвич-панелей в строительстве в России началось лет через 30. Появление в России изделий, в которых в качестве утеплителя используется плита из каменной ваты, позволило эффективно решить проблему сохранения тепла. Производство в России панелей по западным технологиям с принятыми за рубежом классами точности (и соответствующих нормативам для нашего климата) сделало этот материал оптимальным выбором для строительства в районах с суровым климатом. В настоящее время индустриальными методами возводится подавляющая часть городов и посёлков Сибири и Дальнего Востока. [11] Важным элементом является теплоизоляция не только фундаментов, стен и кровли, но и светопрозрачных конструкций, и конструкции оконных блоков с заполнением инертными газами находят сегодня широкое применение в практике строительства на российском Севере. В частности, специальная программа по внедрению энергосберегающих окон действует в Красноярске. [11]
Рис.4. Крепление сэндвич панелей
Они очень популярны в условиях Крайнего Севера в силу своих многочисленных достоинств, а именно:
Рис. 5 Модульное здание г. Чита
Сегодня в условиях крайнего севера действует несколько десятков различных полярных станций, все они построены из модульных быстровозводимых зданий на свайном типе фундамента. Самым знаменитыми объектами являются станция «Арктический трилистник» на острове Земля Александры архипелага Земля Франца-Иосифа и военная база «Северный клевер», размещенная на о. Котельный архипелага Новосибирские острова.
Основываясь на приведенных выше сведениях, можно сделать вывод, что динамика строительства городов на Крайнем Севере будет расти, что подразумевает дальнейшее изучение данных территорий и подталкивает к проектированию и созданию новых типов фундаментов, более технологичных и менее энерго- и материалоёмких. Как вариант, поверхностных фундаментов, совмещенных с несущими и ограждающими модульными конструкциями, в силу компактности и большой жесткости последних.