Крыша дома. Чердачная скатная крыша - устройство и конструкция.

Главной задачей для человека решившего построить дом является «получить крышу над головой». В данной статье пойдет речь о скатных крышах в частном строительстве.

Основные понятия о скатных крышах при строительстве частного дома

Скатная крыша получила свое название благодаря тому, что состоит из скатов (наклонных плоскостей крыши, с уклоном больше 10%). По конструктивному решению крыши могут быть чердачными (раздельными) и бесчердачными (совмещенными). В чердачных крышах между кровлей и чердачным перекрытием находится нежилое помещение называемое чердаком. В бесчердачных крышах несущие элементы служат перекрытием верхнего этажа здания.

Схема чердачной и бесчердачной кровли

Крыша состоит из конструктивной части (несущий остов крыши, воспринимающий нагрузки от крыши и осадков) и самой кровли (облицовочный материал кровли — защита от внешнего воздействия). Уклон кровли способствует удалению с крыши атмосферных осадков. Выражается он в градусах или процентах.

Уклон скатов крыши определяется различными факторами:

1. Величина снегового покрова данного района. Чем больше угол наклона, тем меньше снег задерживается на крыше и не перегружает ее конструкции. Также различают разные по количеству снега районы. К примеру, на территории Украины величина снегового покрова колеблется от 80 кг/м2 в Крыму до 180 кг/м2в Северных областях (Черниговская, Сумская и т.д.).
2. Материал кровли. Для разных видов материалов существуют разные виды уклонов (подробнее в 3 разделе статьи).
3. Архитектурные особенности здания. Часто именно кровлей решается архитектурный объем. Например, заказчик принял решение крыть крышу керамической черепицей и при этом сделать ее плоской, архитектор же в данном случае обязан либо доказать заказчику, что это невозможно или дать такое архитектурное решение крыши чтобы сохранить материал кровли.

Виды и количество скатов у крыш различных домов

• односкатные крыши (крыша с одним уклоном от стены до стены). Односкатная крыша применяется для зданий расположенных на городских улицах, на которых не разрешены водоотвод (водосточные трубы) и сбрасывание снега. Применим для простейших построек (сарай, гараж);
• 2-у скатные крыши (крыша с 2-мя скатами). Наиболее распространенный вариант кровли, применяется в любых видах зданий;
• 4-х скатные или полувальмовые крыши (крыша с 4-мя скатами). Полувальмовые крыши применяются как архитектурная форма преимущественно в дачном и сельском строительстве;
• мансардная крыша дома(ломанная крыша, предназначена для устройства над жилыми помещениями). Также применима для дачных строений и зданий для экономии материалов (при использовании чердака для жилья или для хозяйственных помещений);
• шатровая 4-х скатная крыша дома(вершины каждого ската сходятся в одной точке). Применяется для зданий с квадратным или многоугольным планом;
• шпилеобразная крыша дома состоит из нескольких крутых треугольников-скатов, соединяющихся в вершине. Перекрывает только часть крыши — эркеры, башни, круглые стеновые конструкции.

Виды скатных крыш

Конструкции чердачных скатных крыш домов

Выбор конструкции крыши зависит от:

• Величины перекрываемых пролетов. Чем больше перекрываемый пролет, тем более массивное сечение стропильной ноги необходимо для того, чтоб они выдержали нагрузку от кровли. К примеру, чтоб перекрыть односкатной кровлей строение с пролетом 5 метров будет достаточно стропила с шагом 1-1,2 м и сечением 150х50 мм, а для того чтоб перекрыть пролет 10 м потребуется сечение из 2 досок 150х50 мм и шаг стропил будет 0,6 м или же нужно применить клееную балку высотой ориентировочно 30 см.О
• Уклона крыши дома. Логично предположить, что на крышах с большим уклоном кровли (от 50 градусов) снег не будет скапливаться, а будет падать на землю под действием силы притяжения Земли, соответственно нагрузка на конструкции будет меньшей, благодаря чему уменьшится сечение стропил (Пример для Киева - нагрузка на 1квадратный метр кровли будет составлять только вес конструкции крыши 40-50 кг/м2 без учета веса снега). В случае если Вы выбрали пологую крышу (уклон до 20 градусов) то сечение стропил увеличится в несколько раз из-за того что крыше теперь придется воспринимать еще вес скопившегося снега. 

Пример: для Киева — нагрузка на 1 м2 кровли будет составлять: вес конструкции 40-50 кг/м2 плюс вес снега 155 кг/м2=195-205 кг/м2, то есть в 4 раза больше.

Выбор конструкции кровли в зависимости от уклона крыши

• Требований долговечности конструкций. В целом долговечность крыши должна быть такой же как и долговечность здания, то есть для частных домов или коттеджей это 100 лет. Долговечность работы конструкций крыши, при надлежащем уходе и правильной эксплуатации, такая:

1. Деревянные 20-30 лет (без капитального ремонта);

1. Металлические 30-50 лет;
2. Железобетонные 30-50 лет.

Это расчетные значения и существует много примеров когда деревянные крыши эксплуатировались не одну сотню лет в правильных условиях эксплуатации.

• Огнестойкости конструкции. Огнестойкость является неотъемлемым атрибутом стропильной системы. Для зданий малой этажности (1-2 этажа), согласно украинским строительным нормам, конструкции чердачных крыш должны не терять несущую способность (нести заданную на них нагрузку собственного веса, веса кровли и веса снег) и целостность при действии открытого огня на них от 15 минут (металл) до 45 минут (деревянные конструкции). Такой предел огнестойкости достигается при помощи оптимального сечения конструкции (чем больше сечение конструкции тем дольше она выдержит действие огня, но тем больше она стоит) и качественной огнезащиты (цементно-песчаной штукатурки, негорючих матов, антиперенов, защитных красок).
• Теплотехнических свойств кровли. Чем теплее кровлю необходимо получить, тем больше она будет весить и тем больше сечение конструкций кровли необходимо выбирать. К примеру вес минераловатных плит толщиной 100 мм разнится от 16 до 50 кг/м2, в тоже время такой же толщины пенопласт весит 6-12 кг/м2. Если Вы решили сделать теплый чердак, то вес утепления будет действовать на стропильную систему и его нужно включить в расчет стропил, если чердак у Вас холодный то весь утеплителя действует на чердачное перекрытие, тем самым снижая нагрузку на стропильную систему и уменьшая сечение стропил.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации крыши можно выделить на следующие виды конструкций скатных крыш: деревянные, металлодеревянные, стальные, железобетонные.

Деревянные конструкции крыши

Получили наибольшее распространения в малоэтажном строительстве. Обычно выполняются в 3 видах: наслонные и висячие стропила, деревянные фермы. Стропильные системы состоят из стропил или стропильных ног (деревянные балки непосредственно воспринимающие нагрузку кровли), мауэрлата (лежащий вдоль стены брус на который опираются стропила), стойки (вертикальные деревянные балки), стяжек (воспринимающие растягивающие усилия крыши), обрешетки (совокупность брусьев, перпендикулярно уложенных на стропильные ноги).

Наслонные стропильные системы

Наслонные стропила опираются нижним концом на мауэрлат, а вторым верхним концом на стену или стойку. Мауэрлат служит для того, чтоб передать и распределить нагрузку от стропил на стену. Стропила идут с шагом от 0,6 м до 2 м, в зависимости от нагрузки, вида и сорта дерева. Стропила изготавливают из бруса толщиной 150-200 мм или из составных досок толщиной от 50 мм. Стойки располагаются с шагом 2-3 м. Для увеличения жесткости стропильной конструкции устанавливают горизонтальные связи между стойками, в виде бруса шириной 150-200 мм. Также необходимо закрепить стропильную систему к дому, чтоб ее не унесло ветром, это делается при помощи проволоки (скрутки), которая заанкеривается в стену (пример крепления крыши скруткой на рисунке).

Пример крепления деревянной крыши скруткой

Такой вид стропильной системы наиболее распространен, так как имеет очень удобную схему и может быть легко изменен в зависимости от конфигурации дома. Применяется когда ширина дома больше 7 м и в доме есть одна или более продольных несущих стен (для опирания стоек). На схемах показаны наиболее распространенные поперечные сечения и планы зданий в которых целесообразно применение таких стропил.

Наслонные стропила для крыши дома

Схемы крыш для которых необходимо применять наслонные стропила

Схемы крыш для которых необходимо применять наслонные стропильные системы

Висячие стропильные системы

Висячие стропильные системы применяют в домах, где нет посредине несущей стены, на которую можно опереть крышу. Такая система применяется в случае, если ширина дома не превышает 6-8 м. Также, таким видом стропил перекрывают небольшие хозяйственные постройки. В данной схеме стропила нижними концам опираются на боковые стены (без промежуточных опор), чем создают большие горизонтальные напряжения для стен. Для увеличения жесткости конструкции устраивают стяжку (затяжку) стропил благодаря чему уменьшаются распорные усилия и защищаются стены от опрокидывания.

Висячие стропила

Чем выше находится стяжка тем более массивной она должна быть, так что эффективнее делать стяжку как можно ниже, но это в свою очередь мешает эксплуатации крыши. Все деревянные конструкции крепятся металлическими накладками, нагелями (гвоздями) и болтами.

Схемы крыш при которых можно применять висячие стропильные системы

 
Коньковый узел

 Деревянные фермы

Деревянные фермы наименее распространенный вариант кровли в частном строительстве, используется для перекрывания больших пролетов до 15-20 м в промышленном строительстве. Такие конструкции представляют собой сложные конструктивные системы из деревянной клееной доски или бруса, геометрически неизменяемую систему, состоящую из отдельных, связанных между собой элементов (брусьев, доски с сечением от 50х150 мм). Применяют такие виды конструкций в основном при реконструкции «отживших» себя кровельных систем, к примеру здания «сталинской» постройки, театры,общественные здания постройки прошлого века (чтобы не менять ни материал, ни конструкцию, ни вес крыши) или для деревянных одно и двух этажных сельскохозяйственных зданий для хранения урожая. Применять их в частном строительстве - это неоправданная трата денег и сил, так как в коттедже нет необходимости перекрывать такие большие пролеты (до 20 м) и вполне можно обойтись стропильной конструкцией, с опиранием на 2-3 продольные стены. Наряду с этим фермы приобрели популярность в так называемых «канадских домах» строящихся по типовым проектам полностью из древесины.

Ферма при строительстве дома по канадской технологии каркасного строительства

Положительными сторонами деревянных конструкций крыши можно назвать долговечность конструкций, при правильно эксплуатации и защите, относительную дешевизну, экологичность. Отрицательные стороны — вероятность гниения, порчи паразитами, легко воспламеняемость при неправильной защите.

Деревянные фермы для крыш частных домов

Металлодеревянные конструкции крыши

Представляют из себя комбинированные конструкции из металла и дерева в виде арок, ферм и рам. Перекрывают пролеты до 15-20 м. Обычно верхние пояса таких конструкций сделаны из клееной древесины, а нижний из арматуры (диаметры 16-25) или профилей периодического сечения (двутавр, тавр). Таким образом дерево работает на сжатие в таких конструкциях, а на растяжение работают металлические элементы. Мало применимы в частном строительстве из-за их отрицательной стороны - сложности и дороговизны технологии изготовления, хотя являются достаточно ходовым решением за рубежом из-за декоративной притягательности — они отлично смотрятся в интерьере. Такие конструкции характерны для бассейнов и промышленных предприятий с агрессивными условиями работы, в частном же строительстве такие конструкции скорее «исключение из правил» или эксклюзивное пожелание хозяина дома, так как можно заменить конструкции более простыми, распространенными и дешевыми — стропильными системами.

Ферма комбинированная из металла и древесины для крыш

Металлодеревянная ферма

Железобетонные конструкции крыши

В настоящее время также получили распространение сборные железобетонные стропила заводского изготовления. Такие стропила представляют из себя балки с узким деревянным бруском прикрепленным сверху, к которому специальными скобами или гвоздями монтируют обрешетку. Стропила имеют прямоугольное и тавровое сечение. Железобетонные стропила устанавливают на стены и коньковый прогон, соединив их между собой сваркой закладных деталей. Нет смысла применять железобетонные стропила при строительстве частного дома если рядом нет завода железобетонных конструкций, который их производит, или же при монтаже крыши решено не привлекать кран, который смонтирует такие стропила. Также сложно решаются узлы опирания таких стропил на кладку стен, необходимо предусматривать дополнительные закладные детали, чтоб к ним варить стропила. Эти конструкции больше характерны для сооружений сельскохозяйственного назначения (склады, здания для хранения урожая, техники). Положительные стороны таких видов конструкций: долговечность, высокая прочность, простота в обслуживании, отрицательные стороны — потребность крана для монтажа и доставки, большой вес (200-300 кг) , сложность сочетания дерева и бетона.

Сборные железобетонные стропила для крыши

Стальные конструкции крыши

Стальные конструкции кровли выполняются в виде стропильных ферм и предназначены для больших пролетов от 6 м до 30 м. Фермы представляют собой конструкции из профилей периодического сечения — спаренных уголков, гнутосварных труб прямоугольного и квадратного сечения. Фермы имеют двускатную треугольную форму с разными уклонами от 20 градусов. Опираются такие фермы на стены, через распределительные железобетонные подушки с закладными или колонны. На ферму при помощи сварки крепят прогоны из уголков и деревянного бруса, на которые в свою очередь набивают обрешетку. Для увеличение жесткости такой системы по нижним поясам ферм пускают горизонтальные связи из уголка. Металлические фермы редко применимы к частному домостроению, они являются более характерной чертой промышленного и гражданского строительства, такие строения как заводы, фабрики, ангары, склады,высотные общественные здания. Их применяют в частных домах со стальным модульным легким каркасом, так как весь дом состоит из легких металлических профилей и смысла вводить в несущий остов новый материал - дерево нет, в этом случае крыша решается очень просто по схеме «сварили ферму на заводе- привезли-смонтировали-готовая конструкция крыши».

Металлические фермы для крыши дома

Стальные фермы очень просты в производстве — сварить можно на любом заводе. К плюсам таких конструкций можно отнести высокую прочность, возможность перекрывать большие пролеты, высокую жесткость. Минусы такой конструкции состоят в том что для монтажа необходима спецтехника (вес такой конструкции 20-30 кг/м2 по сравнению с деревянными конструкциями -5-20 кг/м2), такие конструкции боятся огня (степень огнестойкости конструкций крыши 15-30 минут) и коррозии без соответствующей подготовки.

Сварные стальные фермы для крыш

Выбор типа конструкции крыши всегда остается за Вами и зависит от вашего вкуса и финансовых возможностей. В данной статье предоставлена лишь теоретическая информация о устройстве скатных крыш. Каким образом она может помочь Вам в строительстве дома? Есть два пути развития событий:

1. Вы находите себе грамотного архитектора и конструктора и они разрабатывают Вам проект, при этом Вы контролируете их работу и трезво оцениваете предложения, понимая суть дела.
2. Вы основываетесь на полученных знаниях проектируете и строите крышу самостоятельно (при помощи расчетных программ, которых много в интернете).

В любом случае, Вы можете воспользоваться этой статьей, как теоретической базой.