книги / Основы проектирования скатных крыш и мансард

При использовании многих материалов атмосферные осадки при небольших уклонах кровли, особенно при сочетании неблагоприятных погодных условий (дождь или снег, сопровождаемые сильным ветром), могут проникать под кровельное покрытие. В этих случаях под кровлей устраи-

вают дополнительный гидроизоляционный слой, являющийся вторым ру-

бежом защиты от атмосферных осадков.

В Западной Европе в эпоху Возрождения в качестве кровельного материала применяли свинец, листы спаивались оловом [9]. Таким образом, кровля могла быть практически горизонтальной, так как становилась совершенно непроницаемой для проникновения влаги. Однако применять такую кровлю можно было только в южных районах, где не было необходимости очищать ее от снега.

2.2. ВЕТЕР

Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его. В результате вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления.

Величина возникающего отрицательного давления, оказывающего на крышу отрывающее действие, зависит от многих факторов. Наиболее неблагоприятен в этом плане ветер, дующий на здание под углом 45°. Отрывающая сила ветра может оказаться достаточной для повреждения кровли: отрыва части покрытий, вздутий. Особенно она возрастает, когда усиливается давление внутри здания из-за проникновения воздуха через открытые двери и окна с подветренной стороны.

Поэтому, чтобы исключить риск повреждения крыши, делают дополнительное механическое крепление кровельного материала к основанию. В районах со значительной величиной ветрового напора (более 5 м/с) высокие крыши нерациональны. При крутой крыше приходится делать стропила более надежными, способными воспринимать ветровой напор, что, в свою очередь, ведет к большему расходу материала, а следовательно, и к удорожанию всей конструкции крыши. При проектировании крыши важно учитывать, что любые выступающие над плоскостью кровли элементы существенно увеличивают парусность крыши. Прослеживается закономерность: чем положе крыша, тем меньшее влияние выступающие кровельные элементы оказывают на ее сопротивление ветровому воздействию.

11

2.3. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ

Различные кровельные материалы обладают разной чувствительностью к солнечной радиации. Так, например, солнечное излучение практически не оказывает влияния на керамическую и цементно-песчаную черепицу. Рулонные кровли с мастиками на основе битумных материалов очень чувствительны к солнечной радиации. Под палящими лучами битум нагревается, увеличивается его текучесть, изменяются его линейные расширения, что отрицательно сказывается на герметичности кровли. В южных районах, где значительная солнечная радиация, не рекомендуется пологая кровля темных тонов. Такую кровлю следует защищать светоотражающими материалами: минеральные посыпки, щебень белых цветов.

Пример расположения здания с учетом преобладающих ветров и солнечной радиации показан на рис. 2.2: глухую стену и более крутой скат крыши следует располагать в сторону преобладающих холодных ветров. Это позволяет сохранить немало тепла в ветреную погоду. Крутой скат в данном случае следует оборудовать увеличенным свесом, что позволит защитить стены дома от атмосферных осадков.

2.4. ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Чердачные скатные крыши, как правило, не утеплены. Как известно, те-

плый воздух, будучи легче холодного, всегда поднимается вверх, поэтому температура воздуха под потолком в среднем на 2 °С выше, чем посредине высоты помещения. При одинаковой теплоизоляционной способности стен и чердачного перекрытия потери тепла через перекрытие всегда будут больше. В связи с этим к теплозащите чердачного перекрытия предъявляются более жесткие требования, чем к наружным стенам. Недостаточная или неправильная теплоизоляция такого перекрытия приводит к быстрому и постоянному образованию сосулек на свесах крыши. Снег, подогреваемый снизу теплом, проходящим через плохо утепленное перекрытие, подтаивает, и вода, стекающая с крыши, превращается в сосульки.

Воздух на чердаке в зимнее время переувлажняется вследствие паров влаги, проникающей из внутреннего помещения через неплотности чердачных перекрытий. Зимой в пределах чердака температура воздуха вследствие поступающего снизу тепла выше у перекрытия и более низкая под кровлей. В результате на конструкциях покрытия возможно выпаде-

12

ние конденсата (при t > 0 °С) или инея (при t < 0 °С). Капая, конденсат увлажняет чердачное перекрытие, ухудшая его теплозащитные свойства. Поэтому необходимы меры по интенсивному проветриванию чердака и защите утеплителя. Качественное устройство пароизоляции со стороны внутреннего помещения позволит практически исключить переувлажнение воздуха.

В зоне, прилегающей к карнизу, утеплитель покрывается водозащитной пленкой или стяжкой, предохраняющей его от намокания стекающими каплями конденсата. Все пространство чердака должно обязательно проветриваться. Естественная вентиляция предохраняет утеплитель зимой от переувлажнения воздуха, а летом от перегрева. Предусматривают проветривание через жалюзийные решетки слуховых окон, равномерно размещенных вдоль здания так, что низ слухового окна находится на 1–1,2 м выше верха чердачного перекрытия. Наиболее рационально располагать вентиляционные отверстия под свесом кровли равномерно по периметру здания и в коньке крыши по всей длине (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема проветривания чердаков и подкровельного пространства:

а – через приточные и вытяжные отверстия 1 в чердаке крыши; б – через жалюзийную решетку 2 в слуховых окнах и подкарнизные вентиляционные отверстия 1;

в – проветривание подкровельного пространства через подкарнизные отверстия 3 и вентилируемый конек при устройстве мансарды 4

2.5. ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА,

СОДЕРЖАЩИЕСЯ В ВОЗДУХЕ

В больших городах или вблизи крупных предприятий в атмосфере наблюдается достаточно большая концентрация химически агрессивных веществ, например сероводорода и углекислого газа. Поэтому для всех элементов крыш и особенно для кровли в таких районах необходимо применять материалы, стойкие к химическим веществам.

13

2.6. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

НАСЕКОМЫХ И МИКРООРГАНИЗМОВ

Существенный ущерб деревянным элементам скатной крыши способны нанести различные насекомые и микроорганизмы. Среда с повышенной влажностью для них особенно благоприятна. Нарушение осушающего режима в процессе эксплуатации приводит к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций. Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности так называемых «домовых грибов», разрушающих целлюлозу древесины. В тех случаях, когда одними конструктивными мерами невозможно обеспечить защиту деревянных конструкций, их обрабатывают специальными химическими препаратами-антисептиками. Подробно данный материал представлен в работе [11].

14

3. ОСНОВЫ ТИПОЛОГИИ СКАТНЫХ КРЫШ И МАНСАРД

Выбор формы крыши зависит от объемно-планировочного решения здания, климатических условий, уклона скатов. Степень покатости крыши зависит не только от эстетических условий, но и от материала кровли. При устройстве мансарды уклоны скатов крыши возрастают, поэтому можно применять в качестве кровельного материала штучные материалы, чаще всего керамическую черепицу. При незначительных уклонах скатов такая кровля будет проницаема для воды.

Каждая плоскость крыши носит название ската, по числу скатов крыши подразделяются на односкатные, двускатные, четырехскатные и т.п. Односкатная состоит из одной наклонной плоскости, поэтому одна из стен, на которую опираются стропила, должна быть выше другой на величину подъема крыши (рис. 3.1). Шатровая крыша – частный случай четырехскатной крыши, покрывающей квадратное в плане здание. Два треугольных поперечных ската, которые короче двух других, называют вальмами.

Рис. 3.1. Основные формы чердачных скатных крыш

На сегодняшний день благодаря накопленному опыту и возможностям современных строительных систем мансарды устраиваются под крышами практически любых форм и очертаний (рис. 3.2). Однако не все формы крыш в равной степени удобны и пригодны для устройства в них мансарды.

Двускатная крыша состоит из двух наклонных плоскостей, спускающихся к карнизу здания и образующих при пересечении между собой верхнюю горизонтальную линию крыши, называемую коньком. По периметру дома устраивают свесы. Это часть кровли, выступающая за контур наружных стен, служащая для отвода воды от фасада. При двухскатной крыше

15

продольные стены будут ниже двух поперечных, образующих треугольники между скатами крыш. Эти треугольные части носят название фронтонов

или щипцовых стен (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Типы скатных крыш, пригодные для устройства мансарды:

а– двускатная; б – щипцовая: в – вальмовая с ломаным очертанием;

г– полувальмовая; д – четырехскатная (вальмовая)

Рис. 3.3. Типы и элементы двухскатных крыш:

а – крыша с фронтоном и вальмой; б, в – с полувальмой; 1 – скат; 2 – конек; 3 – накосное ребро; 4 – ендова; 5 – вальма;

6 – полувальма; 7 – свес крыши; 8 – фронтон; 9 – тимпан фронтона; 10 – слуховое окно; 11 – щипец

16

PNRPU

Она имеет большее количество ендов и ребер, гидроизоляция которых требует тщательного выполнения.

В русских церковных постройках встречаются особые крыши, представляющие поверхность тел вращения, например купола разных конструкций, небольшие по размерам, имеющие вид луковицы, носят названия главок (прил. А).

Наиболее рациональной организацией внутреннего пространства является устройство мансард под крышами ломаного очертания. Внешне ломаная крыша менее эффектна, однако она позволяет возводить в комнатах «нормальные» вертикальные стены.

Частным случаем обустройства чердачного пространства в виде мансарды является возведение дома типа «шалаш». Цоколь такого дома выводят не менее 45–60 см от уровня земли. На нем возводят совмещенные в одной конструкции стены и кровлю (рис. 3.5). Это расширяет дизайнерские возможности и позволяют уйти от классического «кубизма» помещений.

Рис. 3.5. Пример устройства мансарды в домах типа «шалаш» (от фр. Chalet – лесной домик)

Мансарды классифицируют:

по типу развития мансардного этажа:

♦мансардный этаж с формированием отдельного этажа в одном уровне (рис. 3.6, а);

♦мансардный этаж с двухуровневым развитием, угол наклона крыши от 60˚ (рис. 3.6, б);

♦мансардный этаж с пространственной организацией антресольного этажа (рис. 3.6, в);

♦мансардный этаж, объединенный с нижележащими этажами дома (такой вариант развития мансарды над многоэтажными жилыми домами позволяет получить «пентхаус»);

17

Преимущества устройства мансарды:

♦увеличение жилой площади за счёт использования чердачного помещения;

♦придание зданию завершенного вида, улучшение внешнего облика здания;

♦снижение энергопотребления всего дома в зимний период;

♦возможность создания необычных планировочных решений. Недостатки устройства мансарды:

♦скошенные потолки уменьшают высоту стен и влияют на комфортность помещения;

♦сложная и требовательная технология тепло- и гидроизоляции;

♦устройство мансардных окон существенно дороже традиционных;

♦скопление снега на мансардных окнах ухудшает освещенность помещений.

Мансарду можно оборудовать под крышей любой конфигурации, но эффективностьиспользованияполезнойплощадибудетразличной(рис. 3.8).

Рис. 3.8. Использование полезной площади в мансардных помещениях: 1 – ограничения полезной площади при прямом скате крыше; 2 – увеличение

полезной площади при ломаной крыше; 3 – неиспользуемые площади; а – варианты формирования пространства мансарды при различных формах крыши;

б– соотношение используемой и неиспользуемой площади при ломаной крыше;

в– увеличение используемой площади при щипцовой конструкции крыши

19

4. СТРОПИЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Скатная крыша состоит из несущей части, включающей стропила и обрешетку, и ограждающей – кровли. Обрешетка, как правило, набирается из брусков или досок, к которым и крепится кровля. В зависимости от способа передачи нагрузки от стропильных ног стропила делятся на наслонные и висячие. При наслонных стропилах нагрузка передается на наружные и внутренние стены (или колонны), в случае висячих – только на наружные стены.

Для восприятия и погашения нагрузок, действующих как на несущий остов здания, так и на стропильную систему в перпендикулярном направлении, в уровне последней устраивают горизонтальные связи, настилы, обрешетки и жесткую конструкцию пола (при висячих стропилах).

4.1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТРОПИЛЬНЫХ СИСТЕМ

Несущие конструкции чердачной крыши и мансарды выполняются из бревен, полубревен, бруса с сечением, соответствующим расчетным нагрузкам, досок с сечением 50 × 150 (50 × 200) мм, в том числе «сдвоенных» досок, металла, а также современных материалов. Например, из оцинкованной стали.

Элементы деревянной стропильной системы в большинстве случаев изготавливают из древесины хвойных пород – сосны, ели, лиственницы, без пороков, с влажностью не более 18–22 %. Применение деревянных конструкций мансард должно согласовываться со степенью огнестойкости здания, они должны быть защищены огнестойкими составами.

Конструкции из бруса и бревен цельного сечения просты в изготовлении, долговечны и надежны, если работают в условиях хорошо проветриваемого чердачного помещения. Соединяются элементы стропил, как правило, на врубках, шипах и скобах.

Стропильная система, запроектированная из досок, – наиболее легкий и экономичный вариант устройства стропильной системы. Элементы дощатых стропил можно устраивать из одной или двух досок, сбитых гвоздями непосредственно, или через дощатые прокладки (бобышки), которые устанавливаются через каждые 600–700 мм. Сопряжение (сплачивание) всех элементов стропил из досок производят с помощью накладок и гвоздей. Сопряжение стропил из бревен и бруса осуществляют как при помощи врубок, так и за счет использования накладных металлических элементов (прил. Б).

20