Cкатные крыши. Часть 1. Какие бывают крыши: виды и конструкции

Крыши домов всегда воспринимаются как завершающий элемент дома и кроме чисто технических функций являются частью архитектурно — декоративного оформления здания. Крыша дома - это сложное инженерное сооружение, и от того, как она правильно обустроена, зависит комфорт и уют в доме. Для четкого понятия «крыша» и «кровля» обратимся к справочнику строителя:

• Крыша. Это верхнее покрытие дома, которое защищает его от дождя, снега, низких и высоких температур, солнечной радиации. В общем, от отрицательных воздействий природы на жизнедеятельность человека. В широком понятии она состоит из несущей части — воспринимающей ветровые, снеговые, весовые нагрузки и наружного слоя (собственно кровли).
• Кровля. Представляет собой верхний элемент крыш (покрытие), предохраняющий дом от всех видов атмосферных воздействий. Она выполняет как технические, так и декоративные функции, играя роль своеобразного красивого и надежного зонта.

Крыша бывает плоской или наклонной, что в последнем случае внешняя поверхность крыши имеет скат (уклон) к наружным стенам. По форме скатов наклонные крыши бывают: односкатная, щипцовая и шатровая. Скаты могут образовывать самые разнообразные формы, например пирамидальные, конические, шпилевые и т.д. Исходя из наших климатических условий и исторических традиций крыши со скатами, или «скатные крыши», являются наиболее популярными при строительстве загородных домов. Именно этому виду крыш посвещена данная статья, уделив основное внимание техническим вопросам с целью помощи индивидуальному застройщику в правильном выборе концепции конструкции скатной крыши и грамотному контролю при ее возведении. Конструкция крыши и выбор кровельного материала определяется на стадии проекта и зависит от дизайна фасада здания и технологии настила кровли.

Скатные крыши

Итак, скатными называются типы крыши с наклонными поверхностями кровли к наружным стенам, что позволяет обеспечить естественный сток дождевых и талых вод. Угол наклона ската к горизонту называется уклоном крыши и выражается в градусах. Скатные крыши имеют уклон более 5°, а порой угол наклона ската крыш на отдельных участках может достигать даже 90°. Выбор уклона зависит главным образом от климатических условий, архитектурных требований и от материала кровли. Так, например, в районах с большим количеством осадков и при неплотном кровельном материале (металлочерепица) скаты кровли должны быть крутыми. В местностях с сильными ветрами устраивают более пологие кровли, чтобы уменьшить давление ветра на них. Правильный выбор требуемого уклона способствует снижению стоимости здания. Для покрытия крутых крыш, например, требуется больше материалов, трудовых затрат и следовательно они обходятся дороже.

Скатные крыши весьма разнообразны. Форма и вид крышы зависит от назначения здания и очертания его в плане, но во всех случаях она должна обеспечивать хороший отвод дождевых и талых вод. Скатные крыши могут выполняться с чердаком или без него, или мансардного типа в виде жилого помещения.

Виды скатных крыш

• Односкатные крыши являются простейшими по форме, они отводят воду в одну сторону. Такими крышами покрывают небольшие домики, хозяйственные постройки, пристройки к дому, крыльцо, временные сооружения. Эти постройки, как правило, делают бесчердачными или с антресолями в подкрышном пространстве.

• Двускатная крыша чаще всего устраивается на малоэтажных зданиях; она имеет два ската (наклонные плоскости) прямоугольной формы. Боковые (треугольные) части стен применяемые для устройства двускатной крыши называются фронтонами.
• Четырехскатные, или шатровые, крыши образуются из двухскатных крыш. Их фронтоны срезаются наклонными плоскостями на всю высоту. Треугольные скаты шатровых крыш называются вальмами.
• Полувальмовые крыши отличаются от четырехскатных тем, что наклонными плоскостями у них срезаются лишь часть фронтонов.
• Мансардные крыши устраиваются в случаях, когда чердачные помещения используются для жилья или имеют служебное назначение.
• Пирамидальные крыши устраиваются в зданиях, имеющих в плане форму квадрата или правильного многоугольника. Высокие, вытянутые вверх пирамидальные крыши называются шпилями.
• Конические и купольные крыши перекрывают здания, имеющие в плане форму круга.
• Четырехщипцовые крыши образуются от соединения четырех двускатных плоскостей.

Основные части скатной крыши

Крыша здания состоит из следующих основных элементов (см. рис.): 1. кровля крыши; 2. бордюр; 3. вентиляционный люк; 4. конек; 5. стропила (стропильная нога); 6. вспомогательные элементы; 7. контр-балка (контр-брус); 8. обрешетка крыши; 9. защитный элемент безопасности; 10. карнизный сточный желоб; 11. фриз (бордюр) стены; 12. разжелобок или ендова; 13. водоотводная сливная труба; 14. снегозадерживающее ограждение; 15. отдушины для вывода пара; 16. опорный мостик; 17. анкерная опорная пластина; 18. обвязочный элемент; 19. молниеотвод; 20. подсоединения технического оборудования из помещений; 21. воздуховод; 22. выход на крышу; 23. лежачее слуховое (чердачное) окно; 24. стоячее слуховое окно; 25. труба (дымоход печи); 26. наклонное перекрытие крыши; 27. чердачное перекрытие; 28. разделительная стена чердачного пространства; 29. теплоизоляция.

Основные части двускатной крыши

Скатные крыши состоят из двух основных конструктивных элементов — несущих и ограждающих (собственно кровли).

Несущие элементы крыши

Несущие элементы скатной крыши принимают нагрузку от массы снега, давления ветра, массы всей крыши передавая эти нагрузки на стены и отдельные опоры. Поэтому требования по прочности к несущим элементам достаточно жесткие.

К ним относятся такие элементы как:

• мауэрлат

• стропильная система двускатной крыши

Кроме того, в конструкции крыши присутствуют дополнительные крепежные элементы (ригели, стойки, подкосы, распорки и т.д.), служащие для придания жесткости стропильной ферме.

Мауэрлат — брус (в классическом случае 15х15 см в сечении и как правило не менее 10х10см), служащий опорой наклонных деревянных стропил и предназначенный для распределения нагрузки, создаваемой крышей дома. Он выполняет функции своеобразного фундамента для конструкции крыши.

Мауэрлат может располагаться по всей длине здания или подкладываться только под стропильную ногу. В том случае, если стропильные ноги в сечении имеют небольшую ширину, они могут со временем провиснуть. Чтобы избежать этого, необходимо применять специальную решетку, состоящую из стойки, подкосов и ригеля. Для изготовления стоек и подкосов используют доски шириной 150 мм и толщиной 25 мм или деревянные пластины, получаемые из бревна, диаметр которого должен быть не менее 130 мм. Мауэрлат укладывается на верхнем обрезе стены, как по ее оси, так и ближе к наружному или внутреннему краю, в зависимости от конструкции стены и крыши.

Не желательно укладывать мауэрлат ближе 5 см от грани наружной плоскости стены. Также его необходимо надежно крепить к стене, так как крыша представляет собой большой парус и ветер ее может если не сорвать, то передвинуть, что крайне не желательно. Мауэрлат традиционно изготавливается из дерева, однако, при строительстве металлического кровельного каркаса может применяться швеллер, двутавр и др. металлопрофиль.

Мауэрлат укладывается по прокладке гидроизоляционного материала (например, рубероида) на высоте не менее 40 см от верха чердачного перекрытия. Прогоны через каждые 3–5 м опираются на стойки, врубленные нижним концом в лежни. Необходимо, чтобы угол между подкосом и стропильной ногой был близок к 90°. При большой длине стропильной ноги — монтируют дополнительные опоры в виде подкосов, опирающихся на лежни. Каждое звено мауэрлата связывается с двумя соседними, что совместно с креплением к стропилам создаёт надёжную, устойчивую конструкцию по всему периметру кровельной системы. Мауэрлат может также отдельными сегментами подкладываться под стропильные ноги.

Стропильная система крыши — это несущие конструкции скатной кровли, состоящие из наклонных стропильных ног, вертикальных стоек и наклонных подкосов. Стропила могут быть деревянные, железобетонные, металлические или смешанного типа. Стропила с помощью крепежных элементов (ригелей, стоек, подкосов, распорок и т.д.), соединяются в стропильные фермы (системы).

Главной геометрической фигурой в стропильной конструкции является треугольник. Он представляет собой наиболее устойчивую, жесткую геометрическую фигуру.

Сечение бруса, используемого для стропил, зависит от длины стропильных ног, шага установки стропил и расчетной величины нагрузок (снеговой, ветровой) для данных регионов. Эта величина может колебаться от 40*150мм до 100*250мм (рекомендуемые для простых конструкций крыши).

Возможные сечения других элементов стропильной системы:

• для мауэрлата: брус 100х100мм, 100х150мм, 150х150мм.

• для диагональных ног и ендов: брус, сечением 100х200мм.

• прогоны: брус 100х100мм, 100х150мм, 100х200мм.

• затяжки: брус 50х150мм.

• для ригелей выступающих опорой для стоек: брус 100х150мм, 100х200мм.

• стойки: брус 100х100мм или 150х150мм.

• кобылки, доски карнизного короба, подкосы: брус 50х150мм.

• лобовые доски, подшивочные доски: 22–25х100–150мм.

Примеры стропильных ферм:

двухскатные фермы;

фермы с верхним поясом сложной формы;

фермы-ножницы;

мансардные фермы.

Типы и разновидности стропильных систем

Конструкционные особенности стропильных систем зависят от расположения и количества внутренних опор, от величины пролета между ними, от формы самой крыши, от действующих на обрешетку нагрузок и от прочих факторов.

Треугольная форма, лежащая в основе стропильной конструкции, придает ей дополнительную жесткость. Основным элементом стропильных ферм являются поддерживающие обрешетку стропильные ноги, которые в свою очередь укладываются вдоль кровельного ската.

В фермовой конструкции стропила делятся на два типа — наслонные, опирающиеся концами и средней частью на стены здания, и висячие, опирающиеся только концами на стены здания (без промежуточных опор).

• Стропила висячего типа передают нагрузку на две крайние опоры, которыми могут быть стены здания. Ноги висячих стропил работают на изгиб и сжатие. Более того, стропила такого типа создают существенное, распирающее горизонтально направленное усилие, передающееся стенам. Посредством металлических или деревянных затяжек можно в значительной степени снизить это усилие. Затяжки могут быть расположены у основания стропил, в том случае если они применяются в качестве балки перекрытия. Подобный вариант наиболее востребован в процессе возведения крыш мансардного типа. Чем выше располагается затяжка, тем мощнее она должна быть, независимо от материала послужившего основой для ее изготовления и тем надежнее и долговечнее должно быть соединение этого элемента со стропилами.

  Так как висячие стропила предусматривают опору лишь на две крайние опоры, затяжка призвана соединить стропильные ноги, препятствуя тем самым их разъезжанию. При пролетах до 8 м для уменьшения прогиба стропильных ног — параллельно затяжке врезают ригель (между затяжкой и вершиной стропил), более 8 м ставят бабку с подкосами. Висячие стропила применяют для зданий с легкими стенами. Одним из достоинств этих стропил является способность перекрывать длинные пролеты.

• Стропила наслонного типа устанавливаются в тех домах, где присутствует средняя несущая стена или столбчатые промежуточные опоры. Они применимы, если расстояние между опорами не превышает 6,5–7,0 м. Наличие дополнительной опоры увеличивает ширину перекрытия до 11,5–12,0 м, а двух опор — до 15–15,5 м. В деревянных брусчатых или рубленых домах стропильные ноги опираются на верхние венцы, в каркасных — на верхнюю обвязку. В каменных домах стропильные ноги опираются на мауэрлат.

  Таким образом, окончания стропил передают нагрузку на внешние стены постройки, в то время как средняя часть передает нагрузку на опоры или внутренние стены. Кровельная система на основе наслонных стропил, более легкая и простая в сборке, в сравнении с другими типами аналогичных систем, при одних и тех же параметрах. Использование наслонных стропил предполагает ограниченное количество необходимых пиломатериалов, что в свою очередь означает экономию финансовых средств.

Устанавливая висячие и наслонные стропильные фермы, сразу над несколькими пролетами, в рамках единой кровельной конструкции, может допускаться их чередование. При отсутствии промежуточных опор целесообразно применение висячих стропил, а там где есть возможность, устанавливаются наслонные стропила.

Существуют конструкции комбинированных стропильных систем, это когда наслонные и висячие стропильные фермы чередуются друг за другом. Чтобы повысить жесткость стропильных систем, под коньковый прогон ставят стойка с подкосами. Этот прием дает увеличение расстояния между боковыми опорами до 12 метров.

При монтаже стропильного каркаса на домах с печным отоплением или газовыми котлами необходимо соблюдать требования пожарной безопасности: наименьшее допустимое расстояние от деревянных элементов здания до внешних стенок каналов дымоходов и печных труб составляет 40 см.

Ограждающие элементы крыши (кровля)

Ограждающими элементами являются:

• обрешетка;

• кровельный материал.

Обрешетка — решётчатая конструкция или сплошной настил (в зависимости от применяемого кровельного материала), устанавливаемый поверх стропил. Она является основой для крепления кровельного материала и участвует в усилении пространственной структуры крыши. Может изготавливаться из дерева (решетчатая — доски, брусья; сплошная — фанера, ДСП, доски) и металла (кровельные прогоны).

Примечание: Обрешетка из досок, брусьев или планок устанавливается поперек стропил.

Обрешетка несет всю нагрузку кровельного материала и передает ее на стропила. Обрешетка крепится к деревянным стропилам гвоздями или болтами. Необходимым условием для решетчатой конструкции является, чтобы стык брусков, досок находился над стропилами в разбежку. Между элементами разреженной обрешетки расстояние зависит от размера кровельного материала. Первый от конька обрешеточный брус необходимо выполнять выше других на 25 мм и больше.

Необходимо использовать доски для обрешеток из хвойных пород деревьев, не очень широкими (не более 140 мм), без сучков.

После установки стропильного каркаса по скатам крыши необходимо настелить обрешетку, к которой будет крепиться кровля. Техника выполнения этого этапа работ зависит от вида кровельного материала.

Сплошная обрешетка устраивается под мягкую кровлю. Фактически она представляет собой дощатый настил. Для обрешетки данного вида доски следует выбирать по возможности обрезные, без сучков и неровностей, шириной не более 140 мм. При таком способе обрешетки нужно учесть одну особенность: доски еще во время хранения начинают коробиться, образуя с одной стороны лоток — вогнутость, подобие желоба,  а с другой — горб (выпуклость). С учетом данного факта обрешетку следует настилать лотками вверх: при этом дождевая вода, проникшая через кровлю, будет попадать на лоток и стекать вниз. В противном же случае, попадая на горб, вода стечет на стыки досок и просочится на чердак.

Укладываются доски горизонтально, то есть параллельно коньку. Торцевые стыки досок должны располагаться в шахматном порядке и приходиться точно на стропила.

Под мягкую кровлю обрешетку желательно делать в два слоя: первый слой из досок или жердей, называемый рабочим настилом, кладется вразрядку с шагом 30–50 см, поверх него под углом 45° к рабочему настилу набивается второй сплошной слой из реек шириной 50–70 мм и толщиной 20–25 мм. Гвозди в доски обрешетки нужно забивать вблизи кромок, утапливая шляпку. К торцам свесов следует прибить лобовые доски с заранее закругленными кромками: эти доски обеспечивают плавный перегиб мягкого материала кровли.

Обрешетка под черепичную и металлическую кровлю, а также под кровлю из асбестоцементных листов (шифера) обычно выполняется из мерных брусков сечением 60х60 мм. Расстояние между брусками обрешетки под черепицу и шифер рассчитывается с учетом размеров черепков и листов шифера. Бруски обрешетки под металлическую кровлю располагают друг от друга на расстоянии 20–25 см, но через каждые 139 см вместо бруска прибивают доски такой же высоты, как и бруски (50 мм), и шириной до 140 мм для стыковки на них фальцев картин.

В обрешетке, настеленной под волнистые листы, четные бруски (они будут располагаться под серединами листов) должны иметь высоту 63 мм, что достигается подстилкой под них слоев толя, рубероида или планок нужной толщины. При настилке обрешетки под черепичную и металлическую кровлю такой разницы между брусьями делать не нужно.

Последний, или карнизный брусок должен быть выше рядовых на 25–35 мм, его можно заменить толстой доской с прибитой уравнительной рейкой.

Обрешетка должна оставаться ровной и жесткой при любой нагрузке на кровлю. С учетом толщины снегового покрова для наших регионов определена оптимальная толщина доски либо фанеры для обрешеток под мягкую кровлю.

Толщина обрешетки (мм)

Деревянные элементы стропильной конструкции и обрешетки выполняют из древесины хвойных пород с влажностью не более 20%, предварительно обработанной защитными составами в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии», глава 3 «Деревянные конструкции», а также требованиям СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы» п. 1.8.

По обрешетке укладывается кровельный материал. Это важный элемент крыши и к выбору материала для него стоит подойти не менее серьезно.

В настоящее время используется большое количество разных кровельных материалов.