Лёгкий каркас - история возникновения и развития

Источник: M Williams (PDF). The Innovation OF Light Frame Construction. wdsc.caf.wvu.edu. http://www.wdsc.caf.wvu.edu/otherwebs/WDSC100-12.pdf. Retrieved 2007-03-03 (Новаторство в конструкции легкого каркаса)

В колониальной Америке дома в основном строились  из крупноразмерных деревянных деталей по традиции с Европой – традиционный каркас – “Timber Frame” или фахверк.

После 1833 года технология строительства деревянных домов радикально изменилась.

С тех пор и по настоящее время технология индивидуального жилищного строительства относительно не менялась. Сейчас мы проходим следующую революцию в технологии строительства каркасных домов, причины которой те же самые, что и в 1833 году.

Причины технологического прорыва в строительстве индивидуальных жилых домов

Рост населения США. Население Америки быстро росло в промежутке между Войной за независимость (1775-1783) и Гражданской войной (1861-1865). Увеличение численности населения и активная пропаганда концепции «Manifest Destiny» двигали экспансию на Запад, к Миссисипи и далее. Первая перепись населения в 1790 году показала численность американского народа 3 894 000 человек в 16-ти штатах. В 1832 году в 24-х штатах числилось 12 786 000 человек. Перед началом Гражданской войны в 1861 году в 34 штатах проживало 31 184 000 человек.

Освоение безлесных районов – прерий «Великих равнин». Экономика новых штатов на западе США была аграрной, но северные штаты становились все более и более индустриальными. Леса активно вырубались для нужд как промышленности, так и нового строительства. Кроме того, с началом освоения «Великих равнин» возникла ситуация, когда места лесозаготовки и потребители лесоматериалов стали все больше и больше отдаляться друг от друга. Как результат, древесина стала дорогим товаром.

Развитие технологий. Некоторые технологические новинки. (Предлагаю вспомнить, что было в России в указанные годы):

- 1795 год - Jacob Perkins запатентовал машину для изготовления гвоздей резанием из стального листа.

- 1811 год ‑ первая паровая лесопилка.

- 1825 год - создан обрезной станок (edger).

- 1828 год - создан строгальный станок (planer).

- 1850 год - в лес пришли паровые трактора для перевозки бревен.

Это привело к тому, что в 1833 году Augustine Taylor построил здание Церкви Святой Марии в Форт Дирборне, штат Иллинойс (St. Mary’s Church in Fort Dearborn, Illinois), используя революционную каркасную технологию. Вместо мощных (массивных) деревянных деталей, требующих больших трудозатрат для обработки, изготовления шипов и пазов, Taylor использовал меньшие по сечению 2”х4”(50x100 мм), 2”х8”(100x200 мм), 1”х10” (25x250 мм), расставленные на расстоянии от 16” (400 мм) до 24” (600 мм) друг от друга. Стойки (studs), лаги перекрытия (joists) и стропила (rafters) соединялись между собой гвоздями. Конструкция площадью 24х36 футов (7,3х11 м) обошлась в 400 долларов (около 10 000 современных).

Плотники смеялись над конструкцией Тэйлора, прозвали ее “balloon frame”, подразумевая, что она взлетит на воздух при первом же сильном ветре. Имя приклеилось.

Подобная конструкция дешевле в постройке, поскольку требует значительно меньших затрат труда. Кроме того, отходы при постройке также меньше – нет необходимости из цилиндрического бревна тесать прямоугольный брус. Резко увеличилась скорость строительства. Американская семья могла позволить себе построить дом за несколько сотен долларов. Конструкция «balloon framing» позволяла (и позволяет) американским архитекторам проектировать и строить дома в элегантном и искусном стиле Викторианской эпохи, в том стиле, в котором построены более старые дома соседей. И конечно, эти дома не уносило ветром.

В типовом каркасном доме по технологии Тэйлора, стойки были сечением 2х4 дюйма (50,8х101,6мм), расстояние между ними было от 16-ти до 24-х дюймов (406,4 – 609,6 мм), и длина (высота) стоек была равна высоте наружной стены дома. Лаги перекрытия имели сечение 2х8 (50,8х203,2 мм) или 2х10 дюймов (50,8х254 мм), и опирались на доску горизонтальной обвязки (“ribbon”) сечением 1х10 дюймов (25,4х254 мм), которая гвоздями крепилась к стойкам. Позднее сечение опорной доски уменьшили до 1х4 дюйма (25,4х101,6 мм), но она вставлялась в гнезда, сделанные в стойках.

Несущий каркас сооружения обшивался доской толщиной 1 дюйм (25,4 мм) и шириной от 6 (152,4 мм) до 10 (254 мм) дюймов. Обшивочная доска крепилась к стойкам каркаса диагонально, гвоздями и обеспечивала пространственную жесткость конструкции.

Легкая каркасная конструкция – “balloon framing” давала много преимуществ для лесопромышленников, строителей и заказчиков подобных домов:

- для строительства потребно меньшее количество лесоматериала.

- процедура погрузки-разгрузки и сама транспортировка материала значительно упрощается, и, соответственно, удешевляется.

- лесоматериал возможно высушить на лесопилке, значит, он будет намного легче при отгрузке покупателю и с ним проще работать на стройке.

Перечисленные качества каркасных домов стали причиной того, что были построены Чикаго и Сан-Франциско.

Более того, пресловутая американская предприимчивость создала немало компаний, нажившихся на этой идее, к примеру, фирма “Sears & Roebuck” в период с 1908 по 1940 года продала около 100 000 комплектов деталей для сборки домов.

«Легкий каркас» по сравнению с “Timber framing” революционизировал дизайн жилых (и нежилых) домов. Архитектура домов, построенных по принципу “Timber framing” ограничена геометрически прямоугольными структурами, создаваемыми из балок. «Легкий каркас» позволяет проектировать дом с большим количеством углов, с кривыми стенами и выступами (эркерами), что позволяет приблизить архитектурный стиль таких домов к классическим викторианским.

Самый большой недостаток легких каркасных домов – пожароопасность. Пожар в Чикаго в 1871 году, землетрясение и последовавший за ним пожар в Сан-Франциско в 1906 году показали, что каркасный дом не может противостоять огню. Пространство между двумя длинными стойками работает как дымовая труба, организуя тягу. Это приводило к тому, что при небольшом возгорании одного дома пожар очень быстро переносится на соседние здания.

Для сравнения, конструкция из массивной древесины (heavy timber frame) более устойчива к воздействию пламени, поскольку наружная часть детали под воздействием огня будет обугливаться, и слой угля в этом случае является изоляционным, предотвращающим возгорание всего массива древесины. Несущая способность деталей в этом случае изменяется незначительно.

Местные законодательные органы (муниципалитеты) стали требовать устройства “fire stops” – коротких отрезков доски сечением, равным сечению стоек, и устанавливаемых горизонтально между стойками на уровне межэтажных перекрытий. Это несколько увеличило стоимость строительства легкой каркасной конструкции.

Со временем, по мере вырубки лесов, стало все труднее изготавливать высококачественные длинномерные доски, идущие на вертикальные стойки. Стоимость строительства каркасных домов по технологии “balloon frame” стала возрастать. Со временем, в практику вошла поэтажная технология строительства каркасных домов – “platform framing”. После 1-й Мировой Войны она стала преобладающей.

Дом, построенный по технологии “platform frame”, имеет поэтажную конструкцию, высота этажа как правило, 8 футов (2 438,4 мм). Каркас стен выполняется из досок сечением 2х4 дюйма (50х150 мм). Балки (лаги) перекрытия устанавливаются поверх каркаса стен нижнего этажа. Каркасные стены второго этажа монтируются на конструкции перекрытия.

В ХХ веке с появлением плитных материалов – фанеры, ОСП, гипсокартона, строительство каркасных домов по технологии «платформа» получило дальнейшее развитие. Однако дома в «викторианском» стиле по этой технологии получаются дороже, чем по технологии “balloon framing”.

Manifest destiny” - Явное предначертание или предопределение Судьбы - крылатое выражение, которое используется для оправдания американского экспансионизма. Данный термин впервые использован демократом Джоном О’Салливаном в 1845 году в статье «Аннексия» с намёком на то, что Соединенные Штаты Америки должны простираться от Атлантического до Тихого океанов. Во время Американо-мексиканской войны и позднее термин использовался для обоснования аннексии западных территорий США (Орегона, Техаса, Калифорнии и т. д.). Накануне испано-американской войны 1898 года термин был возрождён республиканцами, чтобы придать теоретическое обоснование зарубежной экспансии США.