Fundamenty i ściany fundamentowe z drewna

1. HISTORIA

Pierwsze badania nad drewnianymi fundamentami rozpoczęto w 1937 r. w Stanach Zjednoczonych przez Forest Products Laboratory, budując dwa doświadczalne budynki. Budynki stoją po dzień dzisiejszy.

W Kanadzie w 1961 r. National Home Builders Association we współpracy z Central Mortgage and Housing Corporation zbudowało budynek z pustką podpodłogową oparty na fundamentach drewnianych. Budynek nazwano Mark III. W 1964 r. zbudowano drugi budynek z pełnym podpiwniczeniem, nazywając go Marka IVa. Oba domy były zbudowane w R.C.A.F. Station, Rockcliffe, Ottawa, Ontario. Ściany fundamentowe obu budynków były zbudowane z elementów o przekroju 38 x 89 mm z poszyciem wykonanym ze sklejki  grub. 18 mm, na pióro i wpust. W pierwszym budynku, Mark III, elementy ściany fundamentowej był zaimpregnowane ciśnieniowo środkiem z kreozotem w ilości ok. 12 kg na metr sześcienny drewna, natomiast elementy konstrukcji drugiego budynku zaimpregnowano środkiem z pięciochlorofenolem. Ściany Mark III oparto na elementach o przekroju 38 x 184 mm, który spoczywał bezpośrednio na ziemi, natomiast ściany Mark IV oparto na ławie betonowej. Dotychczas, mimo upływu 40 lat, nie stwierdzono żadnych uszkodzeń i budynki po dzień dzisiejszy stoją na oryginalnych drewnianych fundamentach. Fundamenty te stały się podstawą do opracowania Systemu Trwałego Drewnianego Fundamentu (Permanent Wood Foundation System)

W 1965 American Wood Preservers Institute, National Forest Products Association (dziś American Forest & Paper Association) i Marketing and Economic Division of the United States Forest Service na zlecenie National Association of Home Builders Research opracowali system Permanent Wood Foundation System w Stanach Zjednoczonych.

Od 1969 drewno impregnowane ciśnieniowo, jest dostępne w powszechnym obrocie handlowym stosowane do budowy fundamentów pod budynki jedno i wielorodzinne, biurowce, kościoły i centra handlowe.

Do dziś, tylko w Stanach Zjednoczonych, zbudowano ponad 300.000 domów i innych obiektów na fundamentach drewnianych.

Typowa konstrukcja fundamentów z drewna

 2. MATERIAŁ

2.1. Drewno konstrukcyjne

Na elementy drewnianej konstrukcji fundamentu – podwaliny, słupy, nadproża czy oczepy należy stosować drewno klasy II i III bez wizualnych uszkodzeń. Zalecanym gatunkiem drewna jest sosna południowa (Southern Pine), która jest łatwa do obróbki, a wśród drzew miękkich posiada większą wytrzymałość. Budowa sosny południowej pozwala na łatwą penetrację środków impregnacyjnych w strukturę drewna.

Po procesie impregnacji drewno poddawane jest procesowi suszenia do wilgotności poniżej 19%.

Drewno musi spełniać wymagania Southern Pine Inspection Bureau, Timber Products Inspection, Inc., Renewable Resource Associates Inc., lub innych organizacji akredytowanych przy American Lumber Standard Committee, Inc.

2.2. Sklejka

Na zewnętrzne poszycie ścian stosowana jest sklejka odporna na oddziaływanie atmosferyczne i działanie wody – zgodnie z wymogami American Plywood Association – Exposure 1 oznakowana jako APA Series V-600 lub Exterior oznakowana jako Series V-611 lub sklejka produkowana zgodnie z wymogami U.S. Product Standards PS1, PS2 lub APA Standard PRP-108.

2.3. Środki impregnacyjne

Zalecanym środkiem do impregnacji ciśnieniowej elementów konstrukcji i sklejki jest środek CCA (Chromate Coppper Arsenate). Środek ten jest bezwonny i nie szkodliwy dla zdrowia, a zaimpregnowane nimi elementy można malować.

Aby drewno spełniało wymagania drewna stosowanego do budowy fundamentów, zużycie impregnatu wynosi ok. 10 kg na 1 metr sześcienny drewna.

2.4. Łączniki

Wszystkie łączniki metalowe –  gwoździe, złącza – muszą być odporne na korozję. Wielkość gwoździ, w zależności od przeznaczenia określa się według opracowanej tabeli.

3.  KONSTRUKCJA

3.1. Konstrukcja ściany fundamentowej

Konstrukcja ściany fundamentowej jest typowa, jak dla konstrukcji ścian budynku wznoszonego w systemie lekkiego szkieletu drewnianego – rama ściany złożona z podwaliny, słupków i oczepu pokryta poszyciem ze sklejki. Przekroje elementów konstrukcji przyjmuje się z gotowych tablic uwzględniających wysokość podpiwniczenia, wysokość i szerokości budynku, a także gatunek drewna.

Typowy układ konstrukcji ściany – przekrój

Podstawowe założenia konstrukcji ścian są następujące:

– przy wysokości gruntu do 150 cm na słupki ściany przyjmuje się elementy 38 x 140 mm przy osiowym rozstawie 40 cm,

– przy wysokości gruntu do 180 cm słupki j/w należy zagęścić do rozstawu 30 cm osiowo,

– gdy wysokość gruntu przekracza 180 cm przekrój słupków zwiększa się do 38 x 185 mm,

Ponadto, gdy wysokość gruntu przekracza 180 cm, każdy słupek łączy się dodatkowo z oczepem ściany przy pomocy metalowych złączy kątowych.

Tabele określające wymagania dla konstrukcji ścian fundamentowych

Na poszycie ściany stosuje się sklejkę grubości od 12 do 18 mm, na podstawie opracowanych tabel, które uwzględniają rozstaw słupków w konstrukcji ściany i wysokości gruntu wokół budynku. Sklejkę mocuje się do podwaliny, słupków i oczepu ściany za pomocą gwoździ lub zszywek odpowiedniej wielkości, odpornych na korozję.

Typowy układ konstrukcji ściany – widok

Ściany piwnic można izolować i wykańczać tak jak ściany zewnętrzne budynków, tj, między słupki montować izolację cieplną, a na ściany montować płyty gipsowo-kartonowe. W ścianach można także montować wszelkie niezbędne instalacje. Zasady montażu są identyczne jak dla ścian budynków o konstrukcji szkieletowej.

3.2. Posadowienie

Fundamenty i ściany fundamentowe drewniane mogą być stosowane po budynki o różnorodnym przeznaczeniu, wznoszonych w technologii lekkiego szkieletu drewnianego lub stalowego i o różnym systemie posadowienia – posadowionych na płycie betonowej na gruncie, ze stropem drewnianym nad pustką podpodłogową, lub z pełnym podpiwniczeniem.

Typowy wykop pod fundament drewniany

Tabela określająca wielkość podwaliny pod ścianę fundamentową

Detal mocowania podwaliny

3.2.1. Budynek posadowiony na płycie betonowej

Typowe rozwiązanie fundamentu drewnianego

Konstrukcja fundamentu musi spełniać wymagania statyczne dla przeniesienia obciążeń z budynku. W zależności od wymagań ścianę zewnętrzną można ocieplić np. warstwą styropianu. Materiał docieplający montowany jest do słupków ściany pod warstwą sklejki. Takie rozwiązanie zapewnia ochronę izolacji przed uszkodzeniami.

3.2.2. Budynek z pustką podpodłogową

     

Posadowienie na warstwie żwiru

W budynkach o lekkiej konstrukcji drewnianej lub stalowej popularnym rozwiązaniem posadowienia budynku jest drewniany strop nad pustką podpodłogową („crawl space”). Rozwiązanie takie, między innymi, zapewnia przestrzeń dla rozprowadzenia wszelkich instalacji pod podłogą parteru.

Ze względu na niższą wysokość ściany fundamentowej, brak konieczności montażu izolacji cieplnej ścian i brak konieczności drenażu powierzchni podpiwniczenia, dla ścian fundamentowych budynków z pustką podpodłogową przyjmowane są mniejsze wymagania niż dla budynków z pełnym podpiwniczeniem.

Podstawę posadowienia stanowi podwalina drewniana impregnowana ciśnieniowo, kładziona bezpośrednio na podsypce żwirowej spełniającej rolę drenażu odprowadzającego wodę z obrębu budynku. Wielkość podwaliny przyjmowana jest według specjalnych tabel, w zależności od długości ściany i przyjętych obciążeń.

Wielkość podsypki uzależniona jest od jakości gruntu, warunków wodnych i wielkości budynku. Generalnie przyjmuje się, że podsypka żwirowa winna być o szerokości dwukrotnie większej niż elementy podstawy posadowienia, przy czym grubość posypki żwirowej nie powinna być mniejsza niż ¾ szerokości podstawy. Dla budynków mieszkalnych powyższe wynosi od 25 do 50 cm na szerokości i od 10 do 20 cm na grubości.

W zimnym klimacie, gdzie występuje głębokie przemarzanie gruntu, podsypka żwirowa winna być ułożona na głębokości poniżej strefy przemarzania.

W przypadku złych warunków geotechnicznych jako podstawę budynku można wykonać ławy betonowe lub żelbetowe. Dla budynków jednokondygnacyjnych szerokość ławy przyjmuje się w granicach 30 cm, a dla dwukondygnacyjnych – do 40 cm. Ławy winne być posadowione poniżej strefy przemarzania.

Posadowienie na ławie betonowej

3.2.3. Budynek z pełnym podpiwniczeniem

 Ściana piwnicy na całej wysokości z drewna impregnowanego

Ściana piwnicy z drewna impregnowanego w dolnej części

 Wielkości elementów posadowienia – podsypka żwirowa lub ława fundamentowa przyjmowane są według tych samych założeń co dla budynków z pustką podpodłogową. Większym wymaganiom, że względu na przenoszenie większych nacisków poziomych z gruntu, podlega konstrukcja ściany fundamentowej. Jednak i tu założenia przyjmowane są na podstawie gotowych tablic uwzględniających wysokość i szerokości budynku a także wysokość podpiwniczenia.

W przypadku niskiego terenu wokół gruntu możliwe jest wykonanie jedynie dolnej części ściany z drewna i sklejki impregnowanej ciśnieniowo. Takie rozwiązanie można stosować celem obniżenia kosztów fundamentów.

3.3. Posadzka piwnicy

Posadzkę piwnic można wykonać jako podłogę drewnianą lub płytę betonową bądź żelbetową.

Konstrukcję podłogi montuje się na ruszcie drewnianym leżącym bezpośrednio na podsypce żwirowej. Dla ograniczenia migracji wilgoci z warstwy żwirowej do pomieszczenia na warstwie żwirowej rozkłada się polietylenową folię budowlaną.

Poszycie podłogi stanowić może odpowiedniej grubości, w zależności od rozstawu belek, impregnowana sklejka lub impregnowane deski. Ze względu na poziomu napór gruntu na ścianę, drewnianą podłogę można układać w budynkach, wokół których wysokość gruntu nie przekracza 180 cm.

Posadzkę betonową, grub. 7-10 cm układa się na warstwie żwirowej odprowadzającej ewentualną wodę, mogącą się gromadzić pod budynkiem. Posadzkę należy odizolować od warstwy żwirowej polietylenową folią budowlaną. Posadzka, kładziona na poziomie podwaliny ściany, stanowi zabezpieczenie przed przesunięciem się ścian pod naporem gruntu.

Podłoga drewniana na gruncie

Posadzka betonowa na warstwie żwiru

4. ZABEZPIECZENIA ŚCIAN PRZED WODĄ I WILGOCIĄ

 Zabezpieczeniu ścian, przed wilgocią z gruntu i napływem wody opadowej, podlegają ściany fundamentowe pustki podpodłogowej jak i ściany fundamentowe pełnych piwnic. Ponadto, w przypadku piwnic pełnych wymagane jest wykonanie drenażu  całej powierzchni piwnicy stosując odpowiednie w tym zakresie rozwiązania.

4.1. Szczelność ścian

Szczelność ścian fundamentowych budynków w pustką podpodłogową jak i pełnych piwnic, zapewnia się poprzez uszczelnienie miejsc łączenia płyt sklejki w miejscu słupków i na dolnych krawędziach opartych na podwalinie. Do uszczelnienia stosuje się wysokiej klasy masy uszczelniające oparte na bazie akrylu, lateksu lub poliuretanu. Dodatkowo całą powierzchnię ścian osłonia się polietylenową folią budowlaną grub. 0,15 mm. Folia winna pokrywać całą powierzchnię ściany, od poziomu gruntu do podwaliny, tak by woda gruntowa spływała bezpośrednio do warstwy żwirowej. W górnej części, tuż pod poziomem terenu, folię zabezpiecza się paskiem impregnowanej sklejki mocowanej gwoździami do słupków ściany.

Sposób zakładania folii na poszycie ścian

4.2. Drenaż

Budynki z pełnym podpiwniczeniem wymagają zdrenowania całej powierzchni piwnicy. W tym zakresie stosowane są dwa rozwiązania uwzględniające jakość gruntu.

Drenaż dla gruntu łatwiej odprowadzającego wodę

Drenaż dla gruntu trudniej odprowadzającego wodę

5. ZALETY

Dowolność zastosowania

Fundamenty drewniane mogą być zastosowane w budynkach o lekkiej konstrukcji – budynkach mieszkalnych, biurowych, kościołach itp. i przy różnych systemach ich posadowienia – na płycie betonowej, z pustką podpodłogową, z pełnym podpiwniczeniem.

Możliwość montażu w różnych warunkach atmosferycznych

Fundamenty drewniane mogą być montowane o wszystkich porach roku, bez względu na warunki atmosferyczne.

Prosty, łatwy i szybszy montaż

Fundamenty drewniane są łatwe w montażu – nie wymagają szalunków, betonu, zbrojenia itp., tym samym znacznie skracają czas montażu w stosunku do fundamentów tradycyjnych. Ponadto fundamenty można prefabrykować co może przyspieszyć montaż.

Zapewniają lepszy komfort pomieszczeń piwnicznych

Ściany piwnic wykonane z materiałów przyjaznych człowiekowi – drewno, gips – zapewniają lepszy komfort dla mieszkańców, niż ściany wykonane z betonu.

Zapewniają energooszczędność

Ściany wykonane w technologii lekkiego szkieletu drewnianego zapewniają większą izolacyjność cieplną ścian, niż tradycyjne fundamentowe ściany betonowe. Według amerykańskich obliczeń oszczędność energii może wynieść do 62%.

Łatwiejsze w wykończeniu

Montaż izolacji cieplnej w konstrukcji ściany i montaż płyt gipsowo-kartonowych na ścianach jest łatwiejszy w wykonaniu, niż docieplanie ścian tradycyjnych i ich tynkowanie.

Gwarantują większą powierzchnię użytkową piwnic

Cieńsze ściany drewniane zapewniają większą powierzchnię użytkową piwnic.

 

LITERATURA

[1]       Pastoret J.: Permanent Wood Foundations for Homes and Building. School of Natural Resources, University of Missouri-Columbia, 1993

WYKORZYSTANE MATERIAŁY

[1]       Permanent Wood Foundation. Design & Construction Guide, Southern Forest Products      Association,

 

Wojciech Nitka

Referat przygotowany na VI Konferencję Naukową „Drewno i materiały drewnopochodne w konstrukcjach budowlanych”

Międzyzdroje, 27 – 29 maja 2004

You may also like...

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *