Преимущества скатных крыш

16.07.2018

Скатные крыши формируются несущим каркасом - стропильным набором. В качестве стропильной балки используется деревянный брус или металлопрокат (двутавр, швеллер или уголок). Конструктивно стропила принято считать висячими или наслонными.

Конструктивные исполнения скатных крыш

Висячие стропила сходятся попарно, образуя коньковую линию верхними своими концами. Как правило, дополнительных поддерживающих опор не имеют. Снеговая нагрузка, действующая на противолежащие скаты, распирает стропильные балки, поэтому в основании они удерживаются «затяжкой». Такая конструкция подобна треугольнику, стороны которого имеют постоянную величину. Такой треугольник обеспечивает жесткость стропильному набору. Затяжка воспринимает растягивающие усилия, и на стены действует только вертикальная составляющая снеговой нагрузки.

Стропила наслонные - названы так от слов «наслонить» или «наслать». Суть их заключается в том, что они укладываются на стены разной высоты, образуя, таким образом, скат. В двухскатных крышах такого типа стропила нижним своим концом лежат на наружной стене, а верхним - на высокой внутренней стене. Нижняя часть стропильных ног упирается в мауэрлат своею горизонтальной врубкой. Мауэрлат в такой конструкции жестко скрепляется со стеной.

Иногда балки укладывают параллельно коньковой линии с опиранием на фронтоны стен. Такие крыши получили название бесстропильных. Наиболее часто такая конструкция применялась в деревянном зодчестве. Современные слеги (несущие балки бесстропильных скатов) выполняются из металлопроката с опиранием на стены из мелкоштучных материалов либо на стеновой несущий каркасный набор здания.

Рассмотренные конструкции «представлены» в чистом виде, на практике же очень часто применяют комбинированные решения. К примеру, коньковая балка опирается на фронтоны наружных стен, в нижней части этих же фронтонов уложена нижняя «слега». В свою очередь стропильные ноги опираются на коньковую балку верхними своими концами, а нижними - на нижнюю слегу. Конструктивных вариаций может быть много. Особенности построения зависят от конкретной скелетной схемы крыши.

В строениях, стены которого выполнены из кирпича, пеноблоков и (или) других материалов, поглощающих атмосферную влагу, для опорного каркаса крыши используют промежуточный материал - деревянный мауэрлат, гидроизолированный от стен рубероидом, гидроизолом и подобными материалами. Для улучшенной вентиляции подкрышного пространства стены «поднимают» на 25 - 30 см выше перекрытия. Но более 50 см подъем стены отрицательно сказывается на стоимости строения. В конструкции бревенчатых коробок стропила, как правило, соединяются врубками или монтажными скобами с балками («переводами»), врубленными в стеновой набор между предпоследним и последним венцом.

Часто для опирания верхних концов наклонных стропил используют поперечную балку (или ферму), которая опирается при помощи стоек на горизонтально уложенную балку (лежень). Мауэрлаты и лежень укладываются горизонтально, но при этом могут иметь различные высотные отметки. В частности, лежень укладывается на высоте не более 40 см от уровня перекрытия.

Учет снеговой нагрузки

Правильно спроектированная и смонтированная крыша с несущим каркасом служит долго - в течение всего срока эксплуатации здания (естественно, при периодическом освидетельствовании и профилактическом ремонте).

Как правило, несущий каркас крыши рассчитывается на прочность и жесткость при всем спектре внешних нагрузок с учетом коэффициентов запаса прочности. Методика расчета апробирована практикой и узаконена нормативно-технической документацией. К характерным нагрузкам относятся снеговые, ветровые, а также собственный вес конструкции крыши.

При расчете по предельным параметрам определяется несущая способность крыши. То есть по прочности, устойчивости и выносливости определяются максимально допустимые нагрузки, превышение которых вызовет разрушение конструкции. Следовательно, предельно допустимые напряжения должны быть всегда меньше максимальных фактических напряжений, на которые рассчитана несущая конструкция.

Условие жесткости конструкции регламентирует предельные деформации под действием внешних силовых факторов. Эти деформации не должны выходить за предельно допустимые нормы. В числовом значении это условие представляется величиной относительной деформации, равной 1/200, т.е. фактический прогиб балки длиной L не должен быть больше величины L/200. Если длина представлена в сантиметрах, то и прогиб исчисляется в сантиметрах.

Расчет стропильного набора проводится по двум показателям, т.е. проверяется несущая способность и жесткость конструкции. Снеговая нагрузка учитывается, как распределенная нагрузка от нормативной массы слоя снега. Нормативная нагрузка - суть среднестатистическая величина нагрузки снегового покрова для данного снегового района. При расчете на жесткость масса снегового покрова учитывается с поправочным коэффициентом, равным 0,7.

При расчете учитываются условия нагружения, т.к. роза ветров для конкретного места застройки может вносить коррективы в распределение снегового покрова. Снежинки, подхваченные ветром, могут переноситься и опадать в подветренной зоне, перераспределяя фактическую нагрузку на несущий каркас, т.е. с одной стороны крыши (в наветренной стороне снега ложится меньше, а в подветренной стороне - наоборот, больше). Неравномерность снегового покрова учитывает поправочный коэффициент µ.

В частности, ендовы (область пересечения плоскостей соседних скатов, образующие впадину) накапливают снеговой покров. В таких местах формируется «снеговой мешок». Естественно, несущий каркас в таких местах усиливают установкой дополнительной стропильной ноги. Кроме того, в этих местах кровельную подложку выполняют сплошной. Усиливают влагостойкость укладкой дополнительного слоя гидроизоляционной пленки и монтажом кровельного покрытия из оцинкованного стального листа. Для кровельного покрытия типа битумной черепицы разработаны специальные элементы (битумные листы ендовы).

Снег имеет свойство постепенно сползать по скату, особенно в подтаявшем состоянии (снег насыщается влагой и становится тяжелее). При выходе снегового «мешка» на край крыши (ее свес) напряжения в теле свеса возрастают и могут достичь критических значений, поэтому свес делают определенного размера. В частности, для кровли из асбоцементного шифера свес рекомендуется выполнять в пределах 10 см.

Ориентация стропильного набора по отношению к розе ветров позволяет набор на наветренной стороне выполнять с обычным шагом расположения стропильных ног, а на подветренной стороне с уменьшенным шагом или стропила стравить сдвоенные (при постоянном шаге). Если роза ветров неизвестна, то конструкция рассчитывается по максимуму, т.е. учитывается максимально возможная снеговая нагрузка на любом скате крыши.

Угол ската оказывает свое влияние. С увеличением ската снеговая нагрузка уменьшается, при угле ската равном или больше чем 60°, снег практически полностью сходит с крыши. Это влияние угла ската учитывается при расчете несущей способности стропильного набора поправочным коэффициентом.

Влияние веса конструкции

При расчете и обосновании размеров поперечного сечения стропильных ног в обязательном порядке учитывается собственный вес несущей конструкции и кровельного ковра.

На стадии формирования архитектурных решений проявляются все видимые особенности скатных крыш. Крутизна скатов влияет на материалоемкость конструкции и, собственно, на ее вес. В климатических районах с повышенным уровнем атмосферных осадков крыши закладываются с большими углами подъема (45° и больше). Такие углы скатов обеспечивают прекрасные условия для схода снега, не говоря уже об осадках в виде дождя. Но материалоемкость конструкции для угла подъема в 60° в 2 раза больше, чем для плоской крыши. К тому же, при больших углах подъема ската возрастает ветровая нагрузка на несущий скелет крыши, поэтому в районах с повышенными ветровыми факторами угол ската стараются выбирать небольшим, а в районах с незначительными ветровыми нагрузками крыши делают с более крутыми скатами. И, как следствие, в лесных зонах с обильными снеговыми осадками (среднерусская равнина, особенно, ее северная часть) строения характерны своими остроугольными крышами, а степные районы юга России - наоборот, пологими крышами.

Выбор кровельного материала тоже оказывает влияние на формирование угла ската. В качестве кровельных материалов используют натуральную черепицу, оцинкованные листы, металлочерепицу, битумную черепицу, асбоцементный и битумный шифер. Чем мельче элемент кровельного покрытия и, соответственно, больше стыков, тем круче вздымается крыша. Вес покрытия тоже влияет на выбор угла ската - чем тяжелее кровля, тем больше угол ската.

Учет веса обрешетки

Обрешетка, как элемент конструкции, вносит свою лепту в общий вес кровли. Обрешетка может быть выполнена сплошным ковром (такая применяется для битумной черепицы), а может быть разреженной с произвольным шагом (под битумный шифер) или со строго регламентированным шагом (черепица и металлочерепица). На смену деревянным решетинам приходит обрешетка из оцинкованного профилированного листа. Жесткость металлических решетин выше и несущая способность, естественно, тоже. Шаг расположения решетин зависит от кровельного материала. Если для металлочерепицы шаг равен 350 мм, то для битумного шифера он должен быть 200 - 250 мм. Жесткость металлочерепицы по сравнению с битумной черепицей выше, поэтому шаг обрешетки может быть меньше при одной и той же нагрузке.

Для обрешетки под асбоцементный восьмиволновой шифер достаточно укладывать по 3 решетины на один лист шифера, т.е. для листа длиной 1,3 м шаг обрешетки равен 60 см. Сечение деревянной решетины порядка 60 х 60 мм. При сечении 40 х 60 общее количество решетин должно быть увеличено, по меньшей мере, в полтора раза.

Обрешетка под ондулин - рекомендуется шаг обрешетки выдерживать порядка 45 см для скатов с уклоном в диапазоне от 1:4 до 1:6. При уклоне меньше 1:6 обрешетку рекомендуется выполнять сплошной.

Обрешетка под натуральную черепицу должна подчиняться непреложному правилу - каждая черепица должна опираться на 2 бруска. Шаг такой обрешетки предпочтительнее делать в пределах до 40 см. Обычно шаг выдерживают ~33 см. Вес кровли определяется после того, как все элементы конструкции внесены в спецификацию. К примеру, черепица при однослойной укладке должна опираться на обрешетку из бруса 50 х 60 мм, допускается использовать брус 50 х 50 мм. Для тяжелой черепицы используют брус 60 х 60; при двухслойном покрытии следует применять брус такого же поперечного сечения.

Мягкие кровли укладывают на сплошную обрешетку, в качестве которой в последнее время стали широко применять плиты OSB или влагостойкую фанеру. Но нередко сплошную обрешетку выполняют из бруса. Начальные и конечные решетины укладывают сплошным ковром, а срединные - с зазором от 2 до 5 см. Практически это делается следующим образом. Монтажники укладывают два бруса одновременно, но «пришивают» нижний, верхний после этого вынимается и снова укладывается в паре со следующим брусом. Таким образом, выдерживается зазор 5 см.

Кроме того, получила распространения технология наложения контробрешетки. По сути своей это вторичная обрешетка, уложенная к первому слою под углом порядка 45°. Контробрешетка усиливает пространственную жесткость и позволяет на такую основу укладывать практически все виды кровельных материалов, кроме натуральной черепицы.

Обрешетка под фальцевую кровлю выполняется брусом 50 х 40 с шагом 200 - 250 мм. В местах расположения фальцевых замков выстилают доску толщиной 40 мм (если использовался брус 50 х 50, то и доска должна быть толщиной 50). Коньковый гребень «сшивают» из 2-х досок шириной порядка 20 см.

Каким бы ни было кровельный материал, перед его укладкой по нижнему свесу стропильного набора монтируют кронштейны водоотливной системы. После установки всех элементов водоотливной системы крыша принимает законченный вид.

Перейти в раздел: Кровля