Возведение каркаса скатных мансардных крыш
Крыша защищает дом от атмосферных осадков, солнечных лучей и колебаний температуры на улице. Она должна быть прочной, водонепроницаемой, устойчивой и долговечной, экономичной, доступной для ремонта и обслуживания в процессе эксплуатации и соответствовать противопожарным нормам. Форма крыши зависит от плана дома, уклона скатов, характера несущей конструкции, вида кровельного материала и архитектурного решения здания в целом.Крыша воспринимает все внешние нагрузки. Одновременно с этим конструкция крыши создает чердак, являющийся тепловым барьером между жилыми помещениями и наружным пространством. В крышах, где предусматривают мансардное помещение, устанавливают дополнительное утепление для защиты этих помещений от холода или палящих лучей солнца.?
Уклоны крыши могут колебаться от 10 до 60°. Их подбирают в зависимости от климатических условий местности, в которых ведется строительство, от вида кровельных материалов, а также из архитектурных и экономических соображений. Так, при обилии атмосферных осадков уклон крыши делают как можно большим, чтобы вода легко стекала по скатам, не проникая между стыками кровельного покрытия. В районах с обильным количеством осадков уклон крыши выдерживают 45° и более. В регионах с сильными и частыми ветрами большого уклона стоит избегать, так как ветровые нагрузки на здание могут оказаться значительными. В этих районах конструкции высоких крыш необходимо усиливать. Кроме того, уклон крыши во многом зависит от выбора кровельного материала. В снежных районах крыши желательно делать крутыми и простой формы. При уклонах крыши 45° и более снег на ней практически не задерживается. Однако следует учитывать, что на крутую кровлю расходуется больше строительных материалов, а это приводит к удорожанию строительства. Помним, что мы строим дешевый дом!
Кровля должна обеспечивать отвод дождевых и талых вод. В качестве кровельного покрытия могут быть использованы легкие кровельные материалы, мягкие кровли или более тяжелые, такие как черепица. Современный рынок располагает огромной номенклатурой кровельных покрытий.
Количество скатов в крыше может быть самым разнообразным. Односкатные крыши для жилых домов применяют крайне редко, в основном для хозяйственных построек или для пристроенных к дому помещений (веранда, крыльцо, терраса и т. п.). Двухскатная крыша является самым простым конструктивным решением из многоскатных конструкций и часто используется при строительстве садовых домиков и небольших жилых домов. Скаты таких крыш формируют из двух наклонных плоскостей и фронтонов с противоположных сторон. Уклоны скатов могут быть как равнозначными, так и неравнозначными, длина скатов тоже может быть различной.
Четырехскатные (вальмовые) крыши образуются от соединения двух трапецеидальных и двух треугольных торцевых скатов. По существу, такая крыша состоит из двух частей: двухскатной крыши, которая не полностью закрывает площадь дома по длине, и двух вальм, закрывающих незакрытые площади строения. Очень важно при этом выбрать правильное соотношение параметров двухскатной и вальмовой частей, так как именно от этого зависит облик всего строения. Разновидностью вальмовых крыш являются полувальмовые (датские) конструкции, у которых вальма занимает неполную высоту.
Многощипцовые крыши представляют собой более сложные конструкции, форма которых зависит от фантазии проектировщика. Как правило, такие крыши устраивают над престижными домами, владельцы которых пытаются уйти от так надоевших стандартов. При помощи многощипцовой крыши обычно стараются как можно рациональнее использовать подкрышное пространство для оборудования мансардных помещений. Такая крыша имеет большое число ендов и ребер, в связи с чем усложняются строительные работы и повышается расход материалов.
Несущая часть крыши, которая образуется системой висячих или наклонных стропил, воспринимает на себя все нагрузки и передает их на каркас здания. Основным элементом несущей части являются стропильные ноги, которые вместе с другими силовыми элементами (подкосами, раскосами и т. п.) образуют фермы. В домах каркасной конструкции стропила укладывают вдоль ската, опирая их нижними концами на балки перекрытия. Верхние концы стропильных ног опирают на балку-прогон, передающую нагрузку на внутренние стойки каркаса. Общая устойчивость и жесткость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями.
При узловой нагрузке в элементах фермы возникают только продольные сжимающие и растягивающие усилия. Нормальные напряжения как по длине стержней, так и по сечению распределяются равномерно, отчего несущая способность материала используется более полно. Чтобы обеспечить надежную работу ферм, применяемых в крышных системах капитальных зданий, необходимо свести к минимуму работу деревянных конструкций на растяжение. В нижнем поясе фермы этого достичь практически не удается, поэтому на лобовых врубках применяют наиболее качественную древесину 1-го сорта. Во избежание вредного влияния усушки древесины стыки и узлы ферм проектируют таким образом, чтобы усилия передавались вдоль волокон. В некоторых случаях (особенно в заводских фермах) для изготовления нижнего пояса используют профилированный металл, что позволяет устранить риск разрушения древесины при растягивающих нагрузках. Конструктивные схемы наиболее распространенных ферм для пролетов 12-24 м.
Постоянную нагрузку на ферму (кроме собственного веса) определяют в соответствии с проектным заданием по справочным данным и с учетом соответствующих поправочных коэффициентов надежности по нагрузке. Постоянную нагрузку считают равномерно распределенной по длине пролета фермы. Временную снеговую нагрузку определяют по СНиП или по значениям, рассчитанным для конкретного региона.
Достаточно прочные и хорошо выполненные конструкции отдельных частей каркасного здания еще не гарантируют надежность всего сооружения. Залогом надежности деревянного каркаса здания будет пространственная неизменяемость и устойчивость отдельных частей конструкции. В процессе эксплуатации на элементы крыши и всего каркаса здания могут действовать нагрузки, которые не совпадают с плоскостью несущих конструкций. Для восприятия этих нагрузок плоские конструкции должны быть закреплены в поперечном направлении специальными связями. Для этого может быть использована конструкция кровли в виде сплошного настила, образующего жесткую пластину, соединенную с прогонами. При отсутствии такого жесткого ската крыши устраивают специальные связи жесткости. На практике пространственную жесткость крыши обеспечивают комбинацией горизонтальных связей, настилами обрешетки и пола. Существенную роль в обеспечении жесткости крыши играют слуховые окна и другие архитектурные детали. Пример такой комбинации показан на конструкции двускатной крыши. Пространственная жесткость крыши значительно увеличивается в многощипцовых конструкциях.
Красота крыши и ее пространственная жесткость могут быть достигнуты при условии полной идентичности по форме стропильных ферм и узлов сопряжения. Технологически обеспечить эту идентичность в процессе возведения крыши можно «пакетной» обработкой однотипных изделий. Для этого технологические операции производят на целой серии одинаковых деталей или используют шаблон фермы, по которому изготавливают все детали. Разметка деталей по образцу и врубка узлов — дело хлопотное и трудоемкое. Любые допущенные при этом просчеты могут привести к порче отдельных деталей или фермы в целом. Поэтому врубку поручают специалисту, имеющему большой практический опыт.
Для нас — менее опытных строителей — существует целая серия накладных металлических элементов, при помощи которых стропильная ферма собирается без особого труда и с высоким качеством сопряжения элементов. Примером таких соединителей являются зубчатые пластины с выштампованными зубьями, которые забивают с двух сторон в узлах фермы, соединяя все сходящиеся элементы. В зависимости от сечения деревянных элементов и действующих в них усилий применяют пластины различных типоразмеров. Обычно таким технологическим приемом пользуются при изготовлении ферм в заводских условиях для домиков каркасно-щитовой конструкции.
В условиях строительной площадки при сопряжении деталей ферм чаще пользуются металлическими накладками с отверстиями, через которые заворачивают шурупы или забивают гвозди. При этом в каждую деталь фермы должно заворачиваться как минимум два шурупа или забиваться два гвоздя на глубину не менее 2/3 толщины деревянного бруска.
Основной недостаток стропильных ферм заключается в том, что их силовые элементы (стойки, раскосы, подкосы и т. п.) забирают значительную долю полезной площади подкрышного пространства. В этом случае большая часть чердака используется нерационально и площадь мансардных помещений уменьшается. Поэтому отечественные строительные технологии все больше используют зарубежный опыт сооружения крыш, у которых стропильные ноги опираются не на балки перекрытия, а на мауэрлаты, коньковые и подстропильные балки. Для домов каркасной конструкции вместо мауэрлатов используют бруски верхней обвязки.
При данной технологии стропильные фермы изготавливают только для фронтонов. В этом случае подкосы, растяжки и другие элементы фермы, которые предназначены для ее усиления, располагают в плоскости фронтона и полезную площадь подкрышного пространства они не занимают. В результате пространство чердака остается свободным. Эффективность использования полезной площади чердака в данном случае целиком и полностью зависит от крутизны крышных скатов. Недостатком такой технологии является ослабление несущей способности деревянных элементов в местах врубок. Для устранения этого недостатка места врубок усиливают металлическими накладками или скобами.