|
Форма и конструкция крыши
Современных кровельных материалов, пригодных в той или иной мере для покрытия загородных домов существует множество. Использование кровельных материалов должно осуществляться в строгом соответствии с инструкциями завода-изготовителя. Но даже для одних и тех же кровельных материалов в зависимости формы и конструкции крыши конкретного загородного дома будут предъявляться к монтажу разные технологические требования.
Крыша предназначается для защиты здания от атмосферных воздействий и состоит из верхнего водонепроницаемого слоя кровли, деревянного настила — обрешетки, стропил (стропильных ферм), передающих нагрузку от собственного веса крыши, снега, ветра и т.п. на стены и внутренние опоры.
Очертания крыши определяются контуром здания, архитектурными соображениями и свойствами используемых кровельных материалов. В зависимости от числа скатов и геометрической формы различают односкатные, двускатные со щипцами или фронтонами, четырехскатные, шатровые, мансардные с изломом ската, конические и другие крыши.
В общем случае крыша состоит из скатов — наклонных плоскостей, расположенных под углом к горизонту. Горизонтальная линия пересечения скатов в виде выступающего угла называется коньком, наклонная — ребром. Линия пересечения скатов в виде входящего угла называется ендовой, или разжелобком.
Наклон скатов определяется отношением подъема крыши к ширине здания или перекрываемому пролету и зависит не только от климатических условий и материала, но и от архитектурных требований. Можно заметить, что чем круче скаты (чем больше подъем кровли), тем больше их поверхность и соответственно больше расход материалов и т. д. Желательно всем скатам придавать такой одинаковый наименьший уклон какой допускает материал и конструкция кровли.
Форма и конструкция крыши должны быть максимально упрощены. Следует максимально ограничить количество ендов, являющихся наименее надежным элементом кровли. Односкатная крыша применяется для зданий, на которых обычно нет организованного водостока.
Двускатная, или шипцовая, крыша состоит из двух скатов, направленных в противоположные стороны. Треугольные торцовые стены, образующиеся при этой крыше, называются щипцами, или фронтонами. В небольших крестьянских избах издревле кровли поддерживали иногда щипцовыми стенами вырубленными в виде треугольника, по уклонам которых врубаются горизонтальные бревна, поддерживающие кровлю. Крыли такие избы обычно соломой, усушка бревен стен и щипцов существенного влияния на целостность соломенной кровли не оказывала.
Четырехскатная крыша имеет скаты на четыре стороны. Ее иногда также называют шатровой, или вальмовой, а скаты со стороны торцовых стен — вальмами. Четырехскатные крыши в отличие от двускатных не требуют устройства щипцовых стен, но конструкция их стропил получается более сложной. Если скаты срезают только часть щипца (т.е. имеют по линии уклона меньшую длину, чем основные скаты), то такие четырехскатные крыши называют полувальмовыми. Полувальма может быть расположена вверху в виде треугольника, причем образуется трапециевидный щипец, или внизу в виде трапеции, и тогда вверху образуется небольшой треугольный щипец, лежащий вне плоскости стены.
У шатровой крыши все скаты представляют собой равнобедренные треугольники, которые сходятся вершинами в одной точке. Кроме зданий с квадратным планом, такие крыши можно применять для любых многоугольных зданий. Четырехщипцовая крыша образуется пересечением двускатных крыш под прямым углом. Для многощипцовой крыши характерно наличие большого количества ендов.
Мансардные крыши применяются при использовании чердака под жилье или хозяйственные помещения. В этом случае для увеличения объема чердака крыша выполняется со скатами различных уклонов: нижним — более крутым и верхним — пологим. Мансардные помещения имеют ряд ограничений по размерам, кроме того, для обеспечения комфортных условий пребывания их необходимо защищать от перегрева летом и от переохлаждения зимой.
Высота чердака в местах прохода должна быть не менее 1,9 м, а в нижней части ската — не менее 0,4 м, чтобы обеспечить возможность осмотра конструкций крепления стропил.
Стропила
Стропилами - это конструкция, поддерживающая кровлю и передающая давление от нее и временной нагрузки (снег и ветер) непосредственно стенам.
Для бревенчатых и брусчатых домов могут устраивать стропила из бревен, диаметром не менее 130 мм, подкосы и стойки - диаметром не менее 120 мм, прогоны – диаметром не менее 150 мм. Расстояние между стропилами обычно составляет как правило от 1,5 до 2 м.
Стропила из пиленого леса (дощатые) обычно для брусчатых и каркасных домов. Их соединение осуществляется на гвоздях, без врубок. Необходимую пригонку делают посредством запилов. Сечение дощатых стропил обычно составляет - 50х100, 50х50, 25х100 мм. Расстояние между такими стропилами обычно не превышает 1 м. Подкосные системы продольной несущей конструкции не рекомендуются.
Форма деревянных стропил зависит от конфигурации кровли, а их конструкция от положения опор и величины перекрываемого пролета. Исходя из этого, стропила могут быть разделены на следующие две группы: наслонные и висячие. Наслонными стропилами называют системы, в которых каждая стропильная нога опирается ее концами или близкими к ним частями на неподвижные опоры.
Висячими стропилами называют системы, в которых верхние концы стропильных ног упираются друг в друга и поддерживаются на весу, а нижние - опираются на неподвижные опоры.
При этом главное отличие состоит в том, что наслонные стропила не вызывают распора, тогда как ноги висячих стропил дают распор, воспринимаемый затяжкой.
Строго говоря, висячими стропилами являются только несколько видов стропил.
Большинство стропильных систем, которых относят к висячим, являются стропилами комбинированными, в них используются различные поддерживающие элементы, такие как подкосы, бабки, стойки и подобные элементы, хотя верхние концы стропильных ног упираются друг в друга и поддерживаются на весу.
К основным конструктивным элементам стропил можно отнести: стропильные ноги, представляющие собой брусья, находящиеся в плоскости скатов и на которые непосредственно опирается кровля; подкосы и стойки, поддерживающие ноги, ригель и затяжки, погашающие распор в конструкциях висячих стропил, бабки, к которым подвешиваются затяжки и мауэрлаты, или прогоны (брусья), укладываемые под нижние концы стропильных ног.
Таким образом, стропильные системы включают в себя перечисленные элементы, которые связывают между собой при помощи врубок, металлических креплений, гвоздей, болтов, накладок.
При устройстве крыши для малоэтажных домов начинают широко использоваться стропильные фермы – системы элементов, конструктивно связанных между собой и расположенных в одной плоскости.
Стропильные фермы могут быть полностью собраны на заводах и используются в готовом виде типовых размеров под конкретные нагрузки. Элементы ферм, расположенные по верхнему контуру, составляют верхний, по нижнему – нижний пояс. Вертикальные элементы (стойки) и наклонные (раскосы) между верхним и нижним поясами составляют решетку. Места соединений элементов фермы называю узлами. Участок пояса между узлами – панелями фермы.
Наиболее целесообразно использовать стропильные фермы для крыш с относительно малыми уклонами – 15-25о для крупноразмерных волнистых асбестоцементных и стальных листов и других подобных материалов. Следует отметить, что чем меньше уклон крыши, тем меньше ветровая нагрузка на конструкции крыши, но больше нагрузка от снега. Для районов с большой величиной снежного покрова необходимо уклон крыши делать больше. При изготовлении стропильных ферм в месте постройки необходимо определять размеры элементов фермы расчетом нагрузок. Фермы, изготовленные в заводских условиях, как правило, более надежны, благодаря техническому контролю используемых материалов. Стропила и стропильные фермы при перекрытии зданий располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы обрешетка кровли под нагрузкой не ломалась и не вызывала значительных прогибов. Для изготовления стропильных дощатых ферм используют пиломатериалы небольшой толщины (30-50 мм), но устанавливают их чаще, чем стропила из бруса и бревен.
Прочность стропил из бревен и бруса позволяла выдерживать вес не только конструкций подвесного потолка, но и массивных кирпичных печей верхнего этажа. Тяжелые конструкции крыш в большинстве случаев играют положительную роль, они придают необходимую устойчивость даже легким каркасным конструкциям малоэтажных домов, намного увеличивая сопротивляемость сильным ветрам. Такое сочетание тяжелых крыш и легких стен характерно для жилищного строительства и в сейсмически опасных районах, например в Японии.
Наслонные стропила односкатных крыш - наиболее простые, при величине перекрываемого пролета до 5,0 м состоят из ряда стропильных ног, расположенных наклонно на расстоянии 1,8—2,0 м друг от друга.
Нижние концы стропильных ног в деревянных строениях нарубают при помощи врубки в верхний венец стены, а при каменных стенах соединяют с мауэрлатом, представляющим собой бревна, диаметром 18—22 см, стесанные на два канта и уложенные по внутреннему обрезу стены. Назначением мауэрлата, кроме равномерной передачи давления на каменные стены, является обеспечение удобной связи стропильных ног, предохраняя последние от действия влаги, содержавшейся в растворе стен.
С увеличением пролета, т. е. когда свободная длина стропильной ноги превышает 5—5,5 м, во избежание прогиба в описанную конструкцию вводят подкос или стойку с прогоном.
Подкос, как правило, присоединяется к стропильной ноге врубкой, в пределах средней трети ее длины, причем угол подкоса с горизонтальной линией не должен быть меньше 45°.
В этом случае свободная длина стропильной ноги от верхнего конца до подкоса не должна превышать 3—4 м, однако, если бревна стропильных ног кладутся комлевой частью вниз, длина нижнего пролета может быть несколько большей до 5,0— 5,8 м,.
Если расстояние превышает указанные пределы, то в целях уменьшения пролета подкосы необходимо устанавливать и с другой стороны стены. Данной системой наслонных стропил можно перекрывать пролеты, несколько большие по сравнению с первыми, т. е. до 8—10 м.
Наслонные стропила двухскатных крыш применяют при наличии в здании продольной внутренней стены, опор в виде столбов, колонн или недалеко расположенных друг от друга поперечных стен, которые используются для поддержания конькового бруса.
Коньковый прогон, в свою очередь, поддерживается стойками, которые опираются на долевую стену. Для уменьшения свободной длины стропильные ноги поддерживаются симметричными подкосами, сопрягаемыми при помощи врубок одним концом с венцами внутренней стены, а другим со стропильной ногой, причем место присоединения обусловливается с одной стороны углами наклона, а с другой — чтобы наибольший пролет не превышал предела 5,5 м.
В том случае, если внутренняя продольная стена расположена не по середине, а ближе к одной из наружных стен, схема наслонных стропил может быть осуществлена следующим образом.
Стропильные ноги одного ската опирают на прогон, уложенный по столбам, а ноги другого ската поддерживают подкосами. При этом, если прогон и опора подкоса расположены не далеко от вершины (конька) кровли, то в целях увеличения перекрываемого пролета стропильные ноги необходимо связывать между собой ригелем - обычной парой схваток из досок или пластин толщиной 6 см.
Элементы ригеля сопрягают со стропильными ногами при помощи врубки полусковороднем на болтах.
Данная схема стропил дает возможность перекрывать пролеты от 10 до 15 м.
При наличии в здании двух симметрично расположенных внутренних стен наиболее выгодной будет конструкция наслонных стропил, в которой стойки, поддерживающие прогон, ставят на обе стены. В случае больших расстояний между стенами эту конструкцию стропил усиливают подкосами и ригелем, что позволяет довести перекрываемый пролет до 18,0 м.
В этом случае, стропильные ноги в силу большой их длины необходимо сращивать при помощи накладного замка, располагая последний над подбалкой, уложенной по прогону.
Висячие стропила устраивают только при двухскатных кровлях в зданиях, которые не имеют внутренних продольных стен или других промежуточных опор, необходимых для поддержания конькового бруса.
Существенное отличие висячих стропил от наслонных заключается в том, что, для погашения распора в систему фермы вводится дополнительный элемент — затяжка, которая в наслонных стропилах отсутствует.
Стропильные ноги врубаются в затяжку и через последнюю погашают возникающий распор.
Висячие стропила подразделяют на простые стропила, из стропильных ног затяжки или ригеля, и сложные - из стропильных ног, затяжки, бабок, подкосов и подмог.
Обычно, для облегчения устройства сопряжений висячие стропила выполняют из лесоматериала брусчатого сечения.
Простые висячие стропила для перекрытия пролета до 7,5 м состоят из двух стропильных ног и затяжки. Стропильные ноги в верхней части соединяются между собой прорезным шипом, а нижние концы врубаются в затяжку зубом.
При данной схеме висячих стропил ноги последних находятся в сжатом состоянии и подвержены поперечному изгибу от веса кровли, а затяжка, воспринимающая распор, - всегда в растянутом положении, что необходимо иметь в виду при расчете и конструировании.
Для перекрытия пролета от 7,5 м до 9,0 м применяют новую схему, в состав элементов которой, кроме стропильных ног и затяжки входит еще бабка. Затяжку в этом случае делают составной, сращивая посредине накладным замком и затем подвешивают к бабке при помощи хомутов, что предохраняет ее от провисания. Устанавливать вместо бабки стойку, которая опирается на затяжку в середине пролета, является самой распространенной и грубейшей ошибкой. Отсутствие провисания затяжки обеспечивает устранение распора стен от висячих стропильных систем. Провисание затяжки может проявиться в процессе эксплуатации строения за счет изменения размеров деревянных конструкций, поэтому необходимо предусмотреть возможность регулировать натяжение (например, винтовым соединением) хомутов бабки, поддерживающих затяжку. В стропильных фермах с жестким креплением в узлах гвоздями или болтами такой возможности нет. Поэтому в первоначальном варианте стропильные фермы московского Манежа пришлось поддерживать столбами уже через год после его строительства.
При пролетах, достигающих 9,0 —11,0 м прибегают к более развитой схемеc симметричными подкосами. Подкосы поддерживают длинные (более 5 м) стропильные ноги и тем самым предотвращают их от прогиба.
Следующий вид висячей стропильной фермы позволяет перекрывать пролет до 15,0 м. В этом случае стропильные ноги поддерживаются шпренгелем, состоящим из двух бабок, подмог и распорки или ригеля. Для предупреждения бокового смещения и создания общей работы всей конструкции между подмогой и стропильной ногой делают шипы или вводят деревянные шпонки.
Ввиду значительного веса ферму на опорах рекомендуется крепить на парные мауэрлаты, устанавливаемые под врубкой в затяжке. Такая система сложной фермы носит название Палладиевой, по имени итальянского архитектора XVI в. Палладио.
С возрастанием пролета до 17,0—18,0 м, конструкцияю висячих строительных ферм дополняют тремя бабками, подмогами и подкосами, она широко применяется при устройстве подвесных потолков, прикрепляемых непосредственно по затяжкам.
Опорные узлы также желательно в целях лучшего распределения давления устанавливать по двум мауэрлатам, стыки затяжки делают в местах присоединения бабок, сопрягая элемент затяжки при помощи накладного натяжного замка. Во избежание провисания затяжку подвешивают при помощи хомутов к бабкам конструкции.
Конструкция стропил подвержена действию постоянных нагрузок, к которым относятся вес обрешетки кровли и собственный вес стропил, и временных нагрузок - вес снега и давление ветра. Поэтому размеры отдельных элементов стропильных ферм должны определяться статическим расчетом на прочность и устойчивость, с выбором наиневыгоднейшей комбинации действующих нагрузок.
Однако, практикой для ферм несложной схемы и пролетом, не превышающим 15,0 м, установлены не требующие подтверждения расчетом следующие правила.
1. Расстояние между стропильными фермами не должно превышать 1,8 — 2,0 м.
2. При конструкции наслонных и висячих стропил, где свободная длина ног не превышает 6,0 м, отдельные элементы выполняют из бревен (не отесанных в брусья) диаметром 18 — 20 см.
3. В конструкциях, где свободная длина ног равна от 6,0 до 8,5 м элементы стропильных ног, затяжки и бабки делают из бревен диаметром 22 —25 см, а остальные элементы фермы из бревен диаметром 20—22 см.
4. При тех же схемах, но где свободная длина ног от 8,5 до 10,5 м стропильные ноги, затяжки и бабки изготавливают из бревен диаметром 27— 29 см, а другие элементы из бревен диаметром 25—27 см.
При этом следует отметить, что во избежание уменьшения сопротивляемости элементов стропил используемые бревна не следует отесывать в брусья, за исключением стропильных ног, которые отесывают на один кант (верхний) что облегчает установку элементов кровли, ( подрешетки, настилы и т.п.).
Кроме того, рекомендуется отесывать все элементы стропил в местах их присоединения друг к другу, так как в этом случае в значительной мере упрощается вопрос расчерчивания и выполнения сопряжений (врубки).
Как правило, все элементы, соприкасающиеся с кирпичной кладкой, к которым можно отнести мауэрлаты, прогоны, концы стропильных ног в целях предохранения от возможного загнивания должны быть защищены от воздействия влаги (осмаливаться и т.п.).
С увеличением перекрываемого пролета, что может иметь место в перекрытиях больших помещений, выгодно использовать при устройстве стропил дощатые фермы.
|
|
Возражения заинтересованных лиц
|
Комментарий редактора
|
|
|
