Текст книги "Архитектура и устройство крыши"

При невозможности прикрепления диагональных стропильных ног к основным стропилам (например при легких дощатых стропилах в среднем пролете) их опирают в коньке на стойку, которая передает давление на балку, уложенную на продольные прогоны.

В случае опирания диагональной стропильной ноги на стойку (бабку) треугольной фермы, на бабке нарубается шип, на который и насаживается диагональная стропильная нога с выбранным в ней гнездом. Помимо этого, диагональная нога скрепляется со стойкой хомутом. Затяжка фермы опирается на стены ниже мауэрлата.

Подкосы с бабкой соединяются врубкой, при этом в бабке долбится гнездо, а в подкосе вырубается шип. Такое соединение в висячих стропилах укрепляется дополнительно болтами или хомутами.

(Рис. 19) Соединение врубкой подкосов с бабкой. 1 – затяжка, 2 – болт, 3 – подкос, 4 – бабка, 5 – скоба, 6 – хомут.

Висячие стропила

Висячие стропила используются в том случае, когда пролет крыши составляет 7-12 м при отсутствии промежуточных опор, когда устройство наслонных стропил практически невозможно или экономически невыгодно, а также в домах со стенами из сырцовых материалов применяют висячие стропила. Висячие стропила можно заменить на стропильные фермы. Простейшие висячие стропила состоят из стропильных ног (верхнего пояса) и затяжки (нижнего пояса), соединенных между собой врубками, поковками и гвоздями. Для предупреждения прогибов стропильных ног (при недостаточной их толщине) между ними вводят ригель. При пролетах более 6 м висячие стропила делаются со стойкой (бабкой) посредине, к которой на стальном хомуте подвешивается затяжка. Висячие стропила изготовляют из бревен, брусьев или досок. Подстропильные лежни (мауэрлаты), лежни под стойки и другие части стропил, соприкасающиеся со стенками из каменных и сырцовых материалов, изолируются от них посредством осмолки, прокладки толя и т. п. Для мауэрлата, который устраивается с целью равномерного распределения веса от крыши по всей стене, отбирают бревна толщиной не менее 18 см. В местах прохождения дымовых труб расстояние от стропильных ног до дымового канала должно быть не менее 40 см.

Висячие стропила устанавливают при устройстве двускатной крыши. При этом нижние концы их опираются на стены, а верхние сходятся в коньке друг с другом.

Стропильная ферма состоит из системы стержней (верхний пояс, нижний пояс, стойки, раскосы), шарнирно (теоретически, условно) соединенных между собой по концам. Места соединений (шарниров) называются узлами ферм.

При пролетах более 7–8 м балки перекрытий должны иметь чрезмерно большое сечение и сложные стыки по длине, так как стандартная длина лесоматериалов не превышает 6,5 м. Избежать этих неприятностей можно путем подвески этих балок в пролете к нижнему поясу стропильной фермы в узлах примыкания к нему стоек или «подвесок».

Стропильные фермы экономически целесообразно располагать с шагом 3–5 м, над узлами верхнего пояса располагать прогоны, а по ним – устанавливать наслонные стропила с шагом 0,8–1,2 м.

Висячие стропила изготавливают в основном из дерева в виде досок, брусьев, бревен. Растянутые элементы могут быть выполнены из стальных стержней.

В редких случаях, для перекрытия больших пролетов (спортивные залы и т. п.) используют стальные фермы со стержнями из спаренных уголков или стальных труб.

Применение стропильных ферм имеет ряд преимуществ по сравнению с наслонными стропилами. Во-первых, они могут быть изготовлены полностью на земле (на верстаке или на стеллаже) и в готовом виде подняты на крышу и установлены в проектное положение. Во-вторых, они образуют жесткий треугольник с затяжкой у основания (нижний пояс фермы), связывающий между собой наружные стены, на которые фермы опираются. В третьих, висячие стропила дают возможность устройства мансардных помещений в пределах чердачного пространства.

Чтобы крышу не подняло ветром, стропила обязательно скрепляют со стеной. Если стены выполнены из камня, кирпича и т. д. на стропила надевают хомут из проволоки толщиной 4–6 мм или вьют из тонкой проволоки тросики и закрепляют концы за штырь или ерш, вбитый в стену.

Конструктивные решения крыш зависят, в основном, от применяемых материалов. Использование для устройства крыш круглого леса, хотя и имеет многовековую историю, в современных условиях не является эффективным. Обработанная древесина в виде досок и брусьев позволяет не только применять более совершенные и экономичные конструкции крыш, но и значительно упрощает процесс их устройства, сокращает сроки строительства. На рис. 4 показаны варианты наиболее часто применяемых дощатых двускатных крыш.

В одноэтажных однопролетных домах шириной до 6 м крыши можно возводить с использованием простейших стропильных ферм из досок сечением 60х150 мм. Такие фермы легко изготовить, накладывая одну на другую, а затем установить на место, раскрепив диагональными ветровыми связями с внутренней стороны. Стропила и нижний пояс (затяжку) соединяют между собой на гвоздях с помощью двусторонних накладок из досок толщиной 25 мм.

При пролетах более 6 м, а также при больших снеговых нагрузках или при тяжелой кровле (черепица) стропильную ферму необходимо усилить дополнительными внутренними раскосами. По конструктивным соображениям ее удобнее делать с двойными нижним и верхним поясами. В этом случае все элементы фермы (стропила, затяжку, подкосы, концевые вставки) можно делать из досок одинаковой толщины. Места примыкания подкосов к верхнему и нижнему поясам (к стропилам и к затяжке), а также стык досок затяжки следует усилить дощатыми накладками. Соединение отдельных элементов ферм лучше выполнять на болтах или шурупах.

Использование стропильных ферм (а не наслонных стропил) позволяет отказаться от устройства средней несущей стены (вместе с фундаментами) и получить в здании свободную внутреннюю планировку. Но изготовление таких ферм требует грамотного конструирования и тщательного выполнения заготовочных и монтажных работ. Поэтому фермы могут быть рекомендованы лишь при гарантии соблюдения этих требований.

Для одноэтажных двухпролетных зданий (со средней несущей стеной) двускатную крышу обычно делают, используя наслонные стропила, опирающиеся одним концом на наружную стену (через мауэрлат), а верхним концом – на прогон или на средние стойки. В коньке стропила соединяют между собой гвоздями внахлест или с помощью дощатых накладок. При длине стропильных ног более 4 м устраивают подкосы. Нижние концы наслонных стропил опирают на подкладной распределительный брус (мауэрлат) сечением не менее 100х100 мм. Для удобства опирания снизу стропильной ноги прибивают упорный брусок.

Крыши в домах с мансардами при отсутствии средней опоры (стены, столбов) конструктивно решают так же, как крыши со стропильными фермами. Своеобразной затяжкой таких ферм являются балки перекрытия, в которые упираются стропила. Простейшая конструкция мансардной крыши – треугольная ферма прямолинейного очертания, применяемая при устройстве мансарды в однопролетных домах шириной до 6 м. Учитывая, что нижний пояс такой фермы одновременно является полом мансарды, его конструкцию принимают в виде двух параллельных балок сечением не менее 50х150 мм каждая. Горизонтальные связи (схватки) и вертикальные стойки также лучше делать спаренными из более тонких досок – это упрощает в дальнейшем облицовку стен и потолков мансарды.

Конструкция мансардной крыши с изломанными стенами более сложная в изготовлении и может быть оправдана при недостаточной ширине здания, когда габариты мансардного помещения трудно вписать в простую треугольную форму крыши.

В зданиях со средней стеной крышу над мансардой тоже делают по принципу стропильных ферм, однако ее нижний пояс, имеющий опору в середине, может быть более легким.

Оптимальное сечение для стропил любых крыш 50х150 мм. Среднее расстояние между стропилами 1 м. При большой снеговой нагрузке и полой крыше или тяжелой кровле (черепица) это расстояние следует уменьшить до 0,6–0,8 м, а на крышах с большим уклоном (более 45º) его можно увеличить до 1,2–1,4 м. Если крышу возводят со стропильными фермами, нижний пояс которых используется как балки перекрытия, на которых устраивается пол мансарды, то расстояние между фермами (соответственно и между балками перекрытия) следует принимать с учетом конструкции поля (600–750 мм). Более индустриальным видом наслонных стропил являются сборные дощатые стропила заводского изготовления, состоящие из стропильных щитов с обрешеткой. Пример сборной дощатой стропильной системы крыши кирпичного здания шириной 12 м (6+6) приведен на рис. 4.

2. Металлические стропила

Для перекрытия больших пролетов применяются стальные стропильные фермы. При приложении нагрузок только на узлы ферм в отдельных стержнях возникают сжимающие или растягивающие усилия (изгиб в стержнях отсутствует).

В жилых и общественных зданиях со скатной крышей наиболее часто применяются стропильные фермы треугольного очертания. Уклон верхних поясов зависит от типа кровли (асбестоцементные листы, профилированный настил, плоские стальные листы, стальная черепица и др.). Унифицированные фермы имеют пролет (длину), кратный 6 м. Расстояние между узлами фермы (горизонтальная проекция) принимается кратным 1,5 м. Для восприятия нагрузок от кровли в узлах верхнего пояса фермы устанавливаются погоны (из стальных шевеллеров, реже – деревянные брусья). Сечения стержней фермы чаще всего состоят из двух уголков, соединенных с помощью фасонок из стального листа толщиной 8-16 мм в зависимости от нагрузок. Соединения стержней в узлах фермы выполняют на фасонках, размеры которых определяют по требуемой длине сварных швов. Между узлами по длине стержней устанавливаются стальные прокладки той же толщины, что и фасонки.

Для передачи нагрузки от фермы на опорную конструкцию предусматривают стальную плиту толщиной не менее 20 мм с ребрами по центру узла. Если фермы опираются на кирпичные стены, под опорными узлами ферм предусматриваются железобетонные опорные подушки. Опорные подушки равномерно распределяют нагрузки от ферм на кирпичную кладку. Кроме того, опорная подушка имеет стальную закладную деталь, к которой крепится (анкеруется) ферма на сварке или на болтах.

Для обеспечения устойчивости стропильных ферм необходимы горизонтальные и вертикальные связи, образующие вместе с фермами жесткую пространственную конструкцию. Связи в большинстве случаев принимают крестовые, из одиночных уголков, рассчитанных на восприятие только растягивающих усилий. Горизонтальные связи выполняют в плоскости верхних поясов, вертикальные – по средней стойке. В гражданских зданиях связи рассчитываются на ветровые нагрузки, сейсмические воздействия, монтажные нагрузки.

Глава III
Кровельные работы и материалы

Кровля – это верхний покров крыши, а поэтому она является самой основной частью постройки, которая предохраняет внутреннюю ее часть от внешних воздействий. В связи с этим кровля, прежде всего, должна быть водонепроницаемой и соответствовать противопожарным требованиям. Большой объем кровельных работ условно можно свести к трем основным группам:

Работы по подготовке основных материалов для строительства кровли. К ним относятся отбор, сортировка и очистка всех видов материала, а также раскройка рулонных материалов. Если в качестве материалов используются листы стали или асбестоцемента, то их также необходимо раскроить. Кроме того, необходимо приготовить все виды мастик, которые будут применяться в процессе работы;

Далее следуют работы по подготовке основания под кровлю;

И, наконец, к основным кровельным работам относятся: укладка кровельных материалов, крепление их к основанию, послемонтажный уход за ними.

Кровельные материалы

Кровлю следует изготавливать из материалов, способных выдержать периодическое и длительное увлажнение, противостоять резким перепадам температур, агрессивным веществам, содержащимся в атмосфере, способных не подвергаться коррозии. Крыши больше, чем другие элементы дома, подвергаются атмосферным воздействиям, и расходы по их содержанию и ремонту значительно отражаются на стоимости эксплуатации всего дома. Поэтому конструкции крыш должны обладать прочностью и долговечностью, соответствующей классу здания.

Кровля может быть выполнена из черепицы, волнистых и плоских асбестоцементных листов, тонколистовой стали, рулонных материалов. Среди большого многообразия кровельных материалов, которые предлагает современная строительная индустрия очень важно не потеряться и не совершить ошибку, а сделать оптимальный выбор.

Все многообразие существующих кровельных материалов подразделяется на четыре основные группы: листовые асбестоцементные изделия, мягкие кровельные материалы, штучные материалы и мастики.

Рассмотрим основные характеристики наиболее распространенных кровельных материалов. Прежде всего, это шифер. Шифер – это кровельный материал, представляющий собой плитки, получаемые раскалыванием слоистых горных пород (в основном глинистых сланцев). Форма шифера близка к квадратной (со стороной 20–40 см). Цвет – темносерый. Шифер очень долговечный материал; многие памятники архитектуры сохранили шиферные кровли до нашего времени. Шифер является дешевым материалом, а потому он продолжает пользоваться в нашей стране высоким спросом. Но выпуск это материала с 1990 года сократился почти в четыре раза, и в коттеджном строительстве он применяется очень редко.

Следующий вид материала – это битумно-волокнистые и ПВХ-листы, которые представляют собой пропитанные битумом листы из синтетического волокна (целлюлозного или другого). Наиболее распространена в России продукция французской фирмы «ОНДУЛИН». Ондулин – гибкие волнистые листы, отформованные из целлюлозных волокон и пропитанные битумом. С лицевой стороны листы покрыты защитно-декоративным красочным слоем различных цветов. Ондулин внешне напоминает асбестоцементные листы, но значительно легче их и лишен хрупкости. Размер листов 940х2000 мм, толщина – 2,7 мм, вес – 5,8–6,0 кг. Крепление листов осуществляется гвоздями с пластмассовыми прокладками. Долговечность кровли, выполненной из этого материала приблизительно 30 лет.

Также широко распространены рулонные кровельные материалы. Традиционным видом такого материала является рубероида на картонной основе, укладываемый в трех-, четырех– и пятислойные ковры с помощью кровельных мастик. Кровельный и подкладочный виды рубероида используются как на плоских, так и на скатных крышах. Но постепенно эти материалы все-таки становятся данью прошлого.

Битумные рулонные материалы подвержены определенным внешним воздействиям: они очень чувствительны к перепадам температуры и различным атмосферным воздействиям, особенно к ультрафиолетовым лучам. Недостатком таких материалов является низкая морозостойкость, в связи с чем срок службы такого кровельного покрытия значительно снижается. Для склеивания битумных рулонных материалов используют мастики, которые в процессе воздействия на них прямых солнечных лучей теряют свою пластичность. Средний срок службы такой кровли 5–7 лет. И хотя затраты на возведение такой крыши самые низкие, все-таки если учесть, что средний срок службы любой постройки должен быть в пределах 40–50 лет, то крыша из битумных рулонных материалов обойдется вам совсем не дешево.

Более высококачественными рулонными битумными материалами являются металлоизол и фольгоизол. В конструкцию этих современных материалов входит слой фольги. Это позволяет использовать их для устройства гидро– и пароизоляции. Кроме того эти материалы используются в качестве кровли на плоских крышах.

Но, пожалуй самыми современными и наиболее популярными в настоящее время являются рулонные материалы, в состав которых входят битумные и полимерные (не более 12% объема) компоненты на нетканой основе из полиэстра или стеклохолста; стеклоткани: стеклобит, гидростеклоизол, бикрост, линокром, рубемаст, бикрост, стекломаст, рубестек. Наличие в составе материала полимерного компонента придает изделиям из него большую (по сравнению с традиционными битумными) пластичность, а также препятствует образованию трещин. Метод, с помощью которого укладывают полотнища кровельного материала называют методом наплавления на основание, которое может быть как из бетона, металла, так и слоем из мастики. Но при использовании этого метода, главное – не перегреть кровельный лист, так как это приведет к ухудшению его технических свойств.

Рулонные полимерно-битумные материалы используются на плоских и скатных кровлях с уклоном до 25º. Так как такие кровли как правило состоят из нескольких слоев материала, причем часто с дополнительным слоем гравия и каменной крошки снаружи, то их использование на крышах с большим уклоном чревато опасностью оползания, вследствие того, что пластичность покрытия в жаркую погоду резко повышается. Данный недостаток отсутствует в современных битумно-полимерных материалах на не гниющих основах, которые модифицированы термопластами, эластомерами, резиновой крошкой, термоэластопластами. Срок службы таких покрытий – 15–20 лет.

Среди новых видов мягких кровельных покрытий присутствуют и однослойные, изготовленные на основе каучука или нефтеполимерных смол, не содержащих битума. Данные материалы можно использовать на крышах любой крутизны.

Еще одним распространенным видом современного кровельного материала являются кровельные материалы и мембраны на основе синтетического этилен-пропилендиенового каучука. Этот вид материала получается в результате вулканизации и представляет собой высококачественный кровельный и гидроизоляционный материал, отличающийся высокой атмосферо– и озоностойкостью, устойчивостью к окислению и воздействию ультрафиолетовых лучей, прочностью, эластичностью и морозостойкостью. Способ устройства такой мембраны достаточно прост: ее укладывают на крыше с использованием или без клея или горячего битума. В последнем случае мембрану нагружают слоем щебня или закрепляют механически. Причем вести монтажные работы можно в любое время года, так как технические характеристики материала этому способствуют. Использование данного вида материала является экономичным относительно финансовых (по сравнению с битумной кровлей затраты на устройство и содержание 1 м² битумно-полимерной кровли ниже почти в два раза, полимерной – в четыре раза) и временных затрат, при высокой скорости и качестве монтажных работ. Кроме того, различный метраж ширины этого вида материала (от 1 до 15 м), позволяет устраивать кровли с минимальным количеством швов. Срок службы таких кровель – более 25 лет.

И, наконец, нельзя обойти вниманием материал, обеспечивающий монтаж рулонных кровельных материалов – это мастики. Мастика – легкий кровельный материал. Мастики для соединения битумно-полимерных и полимерных материалов применяются как в строительстве новых бесшовных кровель, так и для ремонта всех видов старых крыш. Мастики позволяют создавать специальный эластичный тип кровли. Мастика представляет собой одно– или двухкомпонентный состав, который наносится способом налива на поверхность крыши.

Как используются мастики? Они наносятся в жидком виде на поверхность кровли. Такой способ нанесения мастики способствуют образованию гидроизоляционной пленки, отличающейся отсутствием швов и стыков. Эластичность этой пленки позволяет сохранить герметичность кровли при деформации крыши.

После отвердения покрытие выглядит как монолитный, похожий на резину цветной материал. Данный вид кровли обладает высокой морозоустойчивостью, а также повышенной прочностью. Мастикам присущи стойкость к агрессивным средам, окислению и ультрафиолетовому излучению, а также антикоррозионная стойкость в диапазоне температур от – 40 до 100ºС, высокая прочность, эластичность, легкий вес (масса 1 м² кровельного ковра в зависимости от его вида и количества слоев составляет 2-10 кг).

Перед использованием мастики важно максимально выровнять основание, на которое будет наноситься мастика, иначе слой мастики будет неравномерным. В случае наличия небольшого уклона ската крыши, а также высокой средней температуре воздуха (выше 25ºС) в мастику желательно добавлять различные наполнители (загустители, цемент и др.), повышающие ее вязкость.

Среди многообразия видов мастик, самыми долговечными являются бутилкаучуковые мастики. Срок службы мастики – от 10 до 25 лет.

Для устройства металлической кровли используются оцинкованные или железные листы отечественного и импортного производства, защищенные специальным защитным слоем сплава, который предохраняет кровлю от коррозии. Толщина железных листов – от 0,6 до 1 мм, ширина. – 100-1000 мм. Этот вид покрытия достаточно долговечен, в зависимости от условий эксплуатации он обеспечивает сохранность кровли в течение 30-100 лет. Фальцованная кровля из чистой меди и малоуглеродистой нержавеющей стали – один из самых дорогих видов металлической кровли. Медь является древнейшим металлом, используемым для изготовления кровли. Данный материал представляет собой рулон прокатанной в ленту меди толщиной 0,6–0,8 мм и шириной 670 мм. Срок службы этой кровли – один из самых долговечных (не менее 100 лет).

Наиболее популярным среди современных материалов для металлической кровли является так называемая металлочерепица. Этот материал представляет собой разновидность штампованных стальных листов, имитирующих фактуру черепичной кровли самой разнообразной формы и покрытых защитным слоем цинка или цинкоалюминиевого сплава. Толщина каждого листа этого материала составляет 0,4–0,5 мм (масса 1 м² покрытия – 5,5 кг). Каждый лист обработан антикоррозионым составом и покрыт слоем полиэстра, пластизола и других полимеров, снизу – защитным лаком. Укладка этого материала не требует наличия сплошной обрешетки, а листы крепятся шурупами с уплотнителем. Долговечность металлочерепичной кровли – до 50 лет.

Несмотря на многие достоинства этого вида кровли, есть и некоторые недостатки в работе с металлическими кровельными покрытиями. Во-первых, пластичность металла ограниченна и профилированный лист вовсе не рассчитан на гибку. Во-вторых, использование этого материала очень неэкономично: много отходов при резке дорогого материала. Такие покрытия более пригодны для крыш простой формы, но с крутыми скатами (до 45–60º).

Конкурентом металлочерепицы в строительстве крыш являются профильные настилы. Они более просты в изготовлении, а, следовательно, более дешевы и доступны. Профильные настилы представляют собой оцинкованные стальные листы, подвергаемые холодной прокатке для получения гофров требуемой формы и часто покрываемые защитным слоем полимера. Самым оптимальным применением таких листов является устройство несложных кровель домов и хозяйственных построек. Долговечность этого вида покрытия определяется качеством и количеством нанесенных на него защитных слоев.

Одной из разновидностей мягкого кровельного материала является битумная черепица. Ее уникальность состоит в том, что она объединяет в себе свойства керамической черепицы, деревянного гонта (по фактуре и внешнему виду) и рулонных кровельных материалов (по пластичности, высокой клеящей способности). Использование битумной черепицы возможно в любых климатических условиях.

По своему строению битумная черепица представляет собой предварительно пропитанный битумом стеклохолст, покрытый с двух сторон модифицированным или окисленным битумом, на который сверху накатывается керамизированный гранулят или минеральная крошка, а снизу – кремниевый песок. Для удобства укладки листов битумной черепицы, они снизу точечно покрыты липким клеящим битумным слоем. Каждый лист имеет вид правильного или вытянутого шестигранника, пятиугольника или прямоугольника. Обычные габариты каждого листа составляют 100х34 см. Вес 1 м² такой кровли составляет 8,5-11 кг (в среднем это приблизительно 7 листов битумной черепицы). Достоинством этого вида материала является богатый выбор фактур и окрасок битумной черепицы. В отличие от металлической кровли, укладка битумной черепицы требует наличия сплошной и гладкой обрешетки, положенной на правильно рассчитанную и качественно сработанную стропильную систему. Для ее устройства необходимо прибить вплотную пиленую или обрезную доску водостойкой фанеры либо древесно-волокнистой плиты с продольно ориентированными волокнами. Влажность такой обрешетки не должна превышать 20%. Процесс установки обрешетки достаточно дорогой, но само кровельное покрытие дешевое. Срок его службы составляет 25–30 лет.

Традиционным в России продолжает оставаться керамическая черепица. Это покрытие очень тяжелое, масса 1 м² такого покрытия – 40–70 кг, поэтому угол ската крыши должен быть не менее 25º, иначе придется делать очень мощную стропильную систему. Долговечность черепичной кровли – более 100 лет.