Как построить крышу

Расчет конструкции крыши в загородном доме — вопрос достаточно нелегкий, и гораздо лучше, если в этом примет участие специалист-конструктор. Но мы постараемся рассказать о самых важных определениях и принципах расчета крыш, без которых почти невозможно разобраться в этом сложном вопросе.

Итак составные элементы крыш.

1. Скат – это попросту наклонная плоскость крыши. Естественно, что в разных домах наклон крыш определяется конструктивными особенностями и дизайном зданий. И вообще – крыши рассчитываются на стадиях проектирования домов. Крыши, в зависимости от угла наклона плоскости, бывают:

– скатные, если уклон плоскости составляет более 5 % от линейного размера ската (попросту говоря, —  от расстояния от нижней точки крыши до верхней – конька).

— малоуклонные – при уклоне от 2,5 до 5 %;

—  и плоские – при уклоне до 2,5 %.

Здесь, нужно понимать, что уклон крыши – это не просто прихоть заказчика, а результат учеты множества факторов, таких как климатические особенности данного района, роза ветров, материал будущего покрытия крыши и т.д.

Простейшие крыши – это односкатные и двускатные, наверное, все представляют, что это такое.

2. Ребро крыши – это пересечение скатов, которое образует выступающие углы.

3. Конек крыши – верхнее горизонтальное ребро, можно сказать другими словами: конек – это самый высокорасположенный внешний угол крыши.

4. Ендова, иногда ее называют – разжелобок – пересечение скатов крыши, образующих внутренние углы.

5. Стропила, стропильная конструкция, стропильная система. Это конструкция мощных балок, которые поддерживают кровлю и передают нагрузку на несущие стены, равномерно распределяя ее. Именно от конструкции стропильной системы зависит число скатов и углы их наклона.

Таким образом, расчет конструкции крыш начинается с конструирования стропильной системы. Согласно требованиям, стропильная конструкция, независимо от веса кровельного покрытия (черепица, шифер и т.п.) должна выдерживать нагрузку не менее 200 кг на один квадратный метр.

Стропила бывают наслонные – те, которые опираются концами и средней частью (в одной или нескольких точках) на стены здания и промежуточные опоры, и висячие, опирающиеся только концами на так называемую затяжку, а она, в свою очередь — на несущие стены дома без промежуточных опор. Второй тип стропил на практике встречается значительно реже, чем наслонные.

6. Мауэрлат — это мощный брус, уложенный сверху по периметру наружной стены, он служит крайней нижней опорой для стропил.

7.  Обрешетка – настил из досок, которые крепятся к стропилам и являются основой для укладки кровельного материала. Обрешетка может быть и сплошной, когда  составляющие ее доски вплотную расположены и закреплены,  а также и разряженной, когда составляющие доски расположены и закреплены на стропилах с промежутками.

Выбор того или иного вида обрешетки делается конструктором в зависимости от материала будущего кровельного покрытия.

Не так давно самым распространенным кровельным материалом был обыкновенный шифер. Однако в наше время рынок строительных материалов предлагает широчайший ассортимент покрытий для устройства кровли, в котором мы попытаемся разобраться.

Основных видов кровли можно насчитать пять: это рулонные, мастичные, пленочные (мембранные), листовые и наборные (штучные). Их классифицируют по типу водоизоляционного слоя, внешнему виду и размеру составляющих элементов. Профессиональные строители также делят все разнообразие кровельных материалов на две большие группы (с некоторой степенью условности): кровли для городского строительства и кровли для коттеджей и дач.

Рассмотрим основные виды кровельных материалов.

Рулонные кровли

Основу рулонных кровельных материалов составляют битумные и битумно-полимерные материалы с армирующей прокладкой. Армировка рулонных кровельных материалов может быть синтетической, картонной или пленочной. Самыми распространенными и сравнительно недорогими рулонными кровлями были и все еще остаются пергамин, толь и рубероид. Они изготавливаются из специальных видов картона с водоотталкивающими пропитками, однако такие покрытия относительно недолговечны и не выдерживают низких температур.

Основу рулонных битумно-полимерных кровель составляют полиэстер, стеклоткань или стеклохолст, которые делают материал кровли гораздо более долговечным. Всевозможные полимерные добавки придают таким материалам способность противостоять высоким и низким температурам, тем самым увеличивая их срок службы.

Мастичные кровли

Мастичная, или наливная кровля формируется прямо на крыше. В простейшем случае, мастичная кровля – это полимерная мембрана, внешне немного похожая на сплошную резиновую поверхность, которая образуется при нанесении на основание крыши (чаще всего – это плоское бетонное основание)  синтетической смеси, которая при полимеризации и высыхании образует сплошную эластичную пленку. Такие материалы обладают хорошей адгезией к бетонным перекрытиям, металлическим конструкциям. Мастичными материалами можно покрывать также рассмотренные выше рулонные кровли. Такие материалы очень удобны при герметизации узлов примыкания на крышах.

Мембранные кровли

Мембранные покрытия представляют собой полотнища, сделанные из очень прочного эластичного полимерного материала. Такими материалами очень часто покрывают промышленные и общественные здания и сооружения с плоскими или малоуклонными крышами и бетонными основаниями.

Мембранные покрытия очень удобны в установке: полотнища просто разворачиваются прямо на крыше и укладываются на ее основание. Стык материалов выполняется специальными самовулканизирующимися лентами.

Листовые кровельные материалы

Листовые кровельные материалы – это те, о которых упоминалось в начале нашей статьи: шифер, т.е. асбоцементные листы. В наше время появились также волнистые листы из оцинкованной стали и алюминия. Также к листовым кровельным материалам можно отнести современные битумно-картонные гофрированные листы и металлочерепицу.

Недавно на нашем сайте были опубликованы материалы, в которых были рассмотрены некоторые виды битумно-картонных гофрированные листов, или еврошифера.

Штучные кровельные материалы

К таким материалам относятся это традиционные деревянные конструктивные элементы, например, дранка, гонт и тес, которые в наше время применяются очень редко, а также керамическая черепица и природный сланец.

Натуральная керамическая черепица очень эстетична, надежна и долговечна. Она не боится солнца, холода, дождя, однако большой вес относится к существенным недостаткам и для ее укладки требуется мощная стропильная конструкция.

В последние время на строительных рынках появилась так называемая мягкая, или гибкая черепица – это разноцветные тонкие прямоугольные или шестиугольные плитки. Они сделаны из стеклянного волокна, специального картона, который пропитывается битумными смесями и покрыты минеральной крошкой.

Укладывать такую черепицу очень удобно, особенно если крыша – сложной конфигурации: нижняя поверхность представляет собой самонаклеивающийся слой из резинобитума.

Кроме рассмотренных видов кровельных материалов на строительном рынке можно найти еще много разных видов многих производителей.

С точки зрения проектировщиков крыша любого сооружения относится к несущим конструкциям.  А также, крыши, помимо защитного назначения, несут и декоративные функции: даже правильно сконструированная крыша может изменить внешний вид, архитектуру здания в ту или иную сторону. На крышу приходится самые большие нагрузки: ветер, дождь, перепады температур, снеговая нагрузка и т.д.

Поэтому конструкция крыши должна отвечать целому «букету», часто противоречащих друг другу требований: по прочности, тепло- и гидроизоляции, морозостойкости… Соответственно, грамотная конструкция крыши стоит не так дешево, как хотелось бы многим застройщикам, которые стремятся сэкономить на каждом гвозде и ведре цемента.

Существует множество признаков, по которым можно составить ту или иную классификацию крыш. Некоторые, наиболее распространенные виды классификации крыш мы рассмотрим ниже.

Классификация крыш по архитектурно-конструктивному решению.

С этой точки зрения крыши можно разделить на два больших класса: чердачные  крыши и совмещенные.

Чердачная крыша.

Что такое чердачная крыша, видимо, долго объяснять не нужно. Конструкция чердачной крыши, с первого взгляда очень проста: балки (стропила), расположенные под определенным углом к горизонтальным перекрытиям здания и наружное покрытие – кровля. На стропила, в зависимости от конструкции, крепится или обрешетка или это может быть сплошной настил. Уклон крыши также зависит от многих параметров, в частности, от материала кровельного покрытия и климатического пояса.

Если климат данного района преимущественно влажный, с большим количеством атмосферных осадков, крыша делается по д углом 45° и более. Если же в районе, где строится дом, преобладает сухая ветреная погода, тогда, чтобы не создавать сильного сопротивления ветровым нагрузкам, угол наклона крыши не должен быть больше 30°.

Совмещенная крыша.

По сути дела, — это плоская крыша, которая очень часто встречается в типовых многоэтажных домах.

Классификация по уровню теплоизоляции.

По таким признакам крыши также на два больших класса: теплые и холодные.

Теплые крыши.

Теплыми крышами считаются чердачные крыши, которые обеспечивают определенную теплоизоляцию за счет воздушной прослойки между перекрытием и кровлей. Впрочем, владельцам частных домов и дач мы настоятельно рекомендуем обустроить грамотную паро- и теплоизоляцию чердачных помещений, что позволит усилить эксплуатационные характеристики здания.

Холодные крыши.

Отсутствие чердака в загородных постройках – это признак хозяйственных помещений, таких как, разного рода сараи, конюшни и т.д. В этом случае на первый план выступает главная функция такой крыши – обычная защита от дождя и снега. В конструкции таких холодных крыш важно предусмотреть водоотводящие системы: водосточные трубы, водоотводящие  лотки и т.п. Иначе внутри таких сооружений будет наблюдаться повышенная влажность, грибковая плесень и прочие прелести, которые зачастую наблюдаются в многоквартирных домах с плоской крышей

Классификация крыш по форме

Из вышеизложенного ясно, что, с точки зрения архитектурной формы, крыши можно классифицировать как скатные (чердачные) и плоские. При пересечении скатов образуются двугранные углы, геометрия и количество которых образует множество сочетаний и вариантов крыш, из которых мы рассмотрим самые распространенные для домов, строящихся в сельской местности.

Односкатные крыши.

В таких крышах несущая конструкция (стропильная система) опирается на противоположные разновысокие стены.

Двускатные (щипцовые) крыши.

В двускатных крышах несущая конструкция (стропильная система) опирается на противоположные стены равной высоты. Щипцом называется верх торцевой стены, которая ограничивается двумя скатами.

Шатровые крыши.

Эти крыши представляют собой дальнейшее развитие двускатных крыш – такая конструкция имеет четыре ската, представляющих собой одинаковые треугольники, сходящиеся в одной верхней точке.

Вальмовые крыши

Это рассмотренная выше четырехскатная крыша, однако, с такими изменениями, как наличие двух скатов  виде трапеции, соединяющихся в оставшимися двумя торцевыми скатами. Конструкция вальмовой крыши сравнительно сложна и дорога, однако с точки зрения сопротивления ветровым нагрузкам, она значительно лучше других типов крыш.

Полувальмовые крыши.

Из самого названия понятно, что это – урезанный вариант рассмотренной вальмовой крыши. Такая конструкция характерна наличием срезанных, в виде треугольников (вальм), вершин  над торцевыми стенами здания.

Существует также множество других, самых разных по форме, конструкций крыш – например, сводчатые, куполообразные, складчатые, крестовые своды, шпилеобразные и  т.д. Однако, такие крыши более характерны для использования в промышленном и гражданском строительстве и довольно редко используются при постройке индивидуальных домов. Правда, крыши таких форм можно встретить в элитных загородных поселках, где хозяева домов не считаются с расходами. Впрочем, наше мнение таково: индивидуальные проекты, заказанные у модных дорогих  архитекторов, никак не гарантируют качества

При постройке дома из любого материала, деревянного, кирпичного и т.д. несущая способность наружных стен рассчитывается как бы сама собой,  и обычно с большим (двойным или тройным) запасом. Мы, конечно же, не будем рассматривать «японские домики» из рисовой бумаги и прутиков, а также случаи, когда строители крадут половину стройматериалов, после чего дома падают при сильных порывах ветра.

С крышами дело обстоит совершенно иначе. Ее нельзя просто так построить без предварительного расчета конструкции. Опыт «соседей по даче», построивших дома силами неких «комплексных бригад», не годится. При строительстве добротного загородного дома нельзя пренебрегать строительными расчетами, которые должен выполнять конструктор-профессионал, в противном случае, эксплуатация крыши, возведенной «на глазок», можно  обернуться очень большими неприятностями.

Стропильные конструкции.

Рассмотрим скатные крыши, как наиболее часто встречающиеся в загородных постройках. Основой крыш, как уже говорилось, являются стропильные конструкции, и именно с их расчета начинается весь процесс конструирования крыш.

Для односкатных и двускатных крыш практически всегда применяются наслонные стропила, схематическое изображение и составляющие элементы которых представлено ниже.

1 – Стропильная нога

2 – Мауэрлат

3 – Подкос

4 – Стойка

5 – Прогон

6 – Лежень

7 – Распорка

8 – Затяжка

Проектирование стропильных конструкций начинается с расчета стропильных ноги расстояния между ними. Это расстояние называется «шагом». Сечение и шаг стропил определяются из предполагаемых эксплуатационных нагрузок на конструкции. Сюда входит собственная тяжесть конструкции, вес кровли, ветровые и снеговые нагрузки, действующие на крышу, а также угол наклона кровли.

Такими расчетами должен заниматься только профессиональный конструктор, однако для понимания цифр, которые фигурируют в основе расчетов, мы приводим таблицу зависимости длины стропильных ног, их толщины и расстояния между стропилами.

Кроме того, существует «железное» правило: наслонные стропила могут быть построены без промежуточных опор (стоек) при расстоянии между нижними концами ног, не превышающем 6 м. Если ставится одна дополнительная опора, расстояние между ними может быть увеличено до 10-12 метров, а если же две опоры – то расстояние увеличивается до 15 метров. И только конструктор может решить, какую конфигурацию должна иметь стропильная конструкция, нужны ли затяжки, стойки и т.п.

Также конструктор может определить, какие меры по гидроизоляции нужно применить для защиты всей постройки и крыши,

Например, при применении в качестве кровли натуральной черепицы и с уклоном от 16 до 22° под черепицу прокладывается дополнительный слой гидроизоляции.

При уклоне ската крыши от 10 до 16°, под кровельный материал монтируется сплошная обрешетка, затем на ней укладывается наплавляемая кровля, которая образует сплошной влагостойкий слой.

В предыдущих материалах нашего цикла было показано несколько принципиальных  схем наслонных стропил. Кроме того, коротко был упомянут такой важнейший элемент стропильных конструкций, как мауэрлат.

Мауэрлат

Даже малоискушенным в строительном деле людям должно быть понятно, что стропила, (грубо говоря – система деревянных балок, служащих основой крыши дома) не могут так просто лежать на несущих стенах. Должен существовать какой-то связующий элемент между капитальными стенами и стропилами. Вот таким элементов как раз и является, так называемый, мауэрлат – мощный опорный брус, или балка, которая располагается по всей длине здания.

Здесь возможны два варианта: если дом из кирпича, тогда все проще – верхний сруб, верхняя балка стены играет роль мауэрлата, т.е. сама по себе служит опорой стропил. Но если дом кирпичный, тогда в обязательном порядке заподлицо с внутренней поверхностью несущей стены устанавливается опорный брус (опорная балка) – мауэрлат.

Иногда встречаются такие варианты конструкций, когда укладывается не сплошной опорный брус, а только отдельный бруски, подкладываемые под каждую стропильную балку (ногу). По нашему мнению, этот вариант не очень хорош: происходит потеря стропильной конструкции (чем больше звеньев, тем больше слабых мест).

Далее, между несущими стенами и мауэрлатом в обязательном порядке должна быть проложен слой гидроизоляции: чаще всего, прокладывают один, а лучше — два слоя рубероида.

Стропила и мауэрлат могут соединяться между собой самыми различными способами, однако наиболее распространены два способа – «зубом» и «шипом».

В тех случаях, когда дом площадь строящегося дома достаточно велика и стропильная конструкция делается, соответственно, усиленной, мощной, тогда применяется способ соединения с мауэрлатом, называемый «двойной зуб».

Безусловно, одного только соединения «зубами» и «шипами» недостаточно, поэтому требуются таrже дополнительные соединительные элементы и крепления- различные хомуты, болты, скобы, скрутки из проволоки, толщиной не менее 6 и даже 8 миллиметров и т.д.

Ниже приводится принципиальная схема стандартного крепежного комплекса стропильной конструкции.

1 – Стропила

2 – Мауэрлат

3 – Скрутка

4 – Наружная стена

5 – Врубка

6 – Лежень

7 – Внутренняя стена

8 – Гидроизоляция (рубероид)

Неотъемлемой частью стропильной конструкции является коньковый прогон – это балка, лежащая на ее вершине, которая соединяет между собой стропила в верхней точке крыши. На нем, на коньковом прогоне, устанавливается конек крыши.

При проектировании стропильной конструкции необходимо иметь ввиду несколько важных деталей: если в местности, где строится дом, господствуют сильные ветры, тогда для того, чтобы выдерживать ветровую нагрузку, в каждом скате крыши нужно установить сетка из диагональных связей. Это – брусья или доски, толщиной 30-40 мм, которые прибиваются к основанию крайнего стропила одним концом, а второй конец прибивается к середине соседнего стропила, затем то же повторяется соседней парой стропил и т.д.

Крепление всей конструкции (стропила и мауэрлат) с несущими стенами должно быть выполнено очень тщательно и надежно, иначе крышу может сорвать сильным ветром. Имеются несколько видов креплений – Например, это могут быть специальные закладные элементы, заранее укрепленные в несущих стенах, к которым прикручивается вся конструкция стальной проволокой диаметром, не менее 6 мм, но лучше 8 или 10 мм.

Нагрузки на стропила.

Нагрузки на стропильную конструкцию конструкторы делят на два вида: временные и постоянные.

Очевидно, что постоянные нагрузки – это собственный вес материалов кровли и всех элементов стропильной конструкции.

Временные нагрузки, это практически всегда – сезонные: ветер, снеговая нагрузка и т.п. Стропила должны выдерживать, как минимум, 200 кг/м² плюс вес кровельных материалов. Однако, учитывая сезонные нагрузки, проектировщики должны закладывать в этот показатель цифру в 400-500 кг/м²

Если крыша имеет уклон более 60°, тогда снег на крыше почти не задерживается и поэтому его вес во внимание не принимается.

Согласно ДБН В.1.2-2:2006, существует средняя расчетная для ветровых нагрузок на крыши в средней полосе Украины – 45 кг/м².

Конструкторы, производящие расчеты стропильных конструкций, крыши, учитывают два параметра – прочность стропильных ног и расчет их деформации.

Во-первых, стропила не должны ломаться при первом же ветре, и, во-вторых, — они не должны прогибаться больше расчетной величины. Например, существуют нормативы для чердачных крыш: прогиб стропил при нагрузках, временных или постоянных, не должен быть больше, чем 1/250 ее длины. Это означает, что при длине стропильной ноги в 6 метров, прогиб не может превышать величину 2 см.

В заключительной статье на эту тему, мы предлагаем несколько простых советов, которые должны помочь на заключительном этапе – изготовлении стропильной конструкции.

Как изготовить деревянные стропила.

В недавнем прошлом, в условиях дефицита строительных материалов, в качестве стропил очень часто использовались обычные бревна, а иногда, в целях экономии – полубревна: те же бревна, но распиленные по длине.

В наше время дефицита стройматериалов нет, поэтому целесообразно использовать готовые брусья, у которых сечение (от сечения бруса зависит его несущая способность) должно соответствовать расчетным нагрузкам на вашу крышу. Очень часто используется хвойная древесина – сосна, ель и т.п., хорошо высушенная, с влажностью внутри бруса, желательно, не более 20 %.

Иногда, при больших размерах прогонов, жесткость стропильной конструкции повышают с помощью металлических конструктивных элементов,  например, могут устанавливаться дополнительные опоры под коньковые прогоны.

Такая конструкция, безусловно, имеет преимущество в прочности, однако, вследствие  суточного перепада температур, на поверхности металла может образовываться конденсат, из-за которого деревянные элементы стропильной конструкции могут загнивать. Поэтому, при любой конфигурации стропильной конструкции, все деревянные составляющие (брусья, бревна и т.п.) в обязательном порядке следует покрывать влагозащитной пропиткой.

Собственно, процесс изготовления стропил, чаще всего,  сводится к двум вариантам: это — заказать в их специализированной фирме или на заводе, или изготовить самому.

В первом случае, конструктор-проектировщик вашего дома доложен передать изготовителям стропильной конструкции все расчеты, касающиеся всех ее элементов — балок, размеров, конфигурации, спецификацию монтажных и крепежных элементов  и т.п.

А при получении готовой продукции вам необходимо самому тщательно проверить качество исполнения заказа и его комплектность.

Если выбираете второй вариант – изготовление на месте, здесь нужно быть уверенным в собственном мастерстве и умении обращаться с деревом. Кажущаяся легкость в обработке древесины очень обманчива – поэтому, все-таки изготовление стропильной конструкции лучше доверить опытным мастерам.

Традиционный способ крепления элементов конструкции между собой – это «шип-паз» или гвозди, скобы, болты, хомуты и т.п. При использовании подобных крепежных элементов, нужно учитывать, что, например, креплении гвоздями и скобами, по мере высыхания дерева, подобного рода соединение может потерять определенную прочность.