Устройство крыши

Крыша здания имеет несущую и ограждающую части. Несущая часть состоит из деревянных или железобетонных стропил, деревянных, стальных строительных ферм или железобетонных панелей. Несущая часть передает нагрузку от снега, ветра и собственного веса крыши на стены и отдельные опоры. Ограждающая часть крыши состоит из следующих элементов: кровли – верхней водонепроницаемой оболочки крыши, и основания под кровлю в виде обрешетки из деревянных брусков, дощатого настила или цементного слоя по железобетонной основе.

Кровли в зависимости от материала устанавливают деревянные, из глиняной черепицы, металлочерепицы, кровельной листовой стали. Кровли из волнистых асбестоцементных листов (шифера), плоских асбестоцементных плиток, рулонных материалов – толи и рубероида в настоящее время применяются редко.

Несущая часть крыши должна обладать необходимой прочностью и устойчивостью, ограждающая часть – легкостью, устойчивостью к химическим и атмосферным воздействиям, водонепроницаемостью, малой теплопроводностью.

Крыши в домах устраивают бесчердачные и чердачные. Для проветривания и освещения чердака в крыше устраивают чердачные окна.

При устройстве бесчердачной крыши элементы чердачного покрытия и крыши совмещают в одной конструкции – покрытии, предохраняющем здание от охлаждения в зимнее время и атмосферных осадков.

Для обеспечения стока атмосферной воды поверхность из разных материалов должна иметь соответствующий уклон, который выражается отношением высоты подъема h к половине перекрываемого пролета L или в градусах угла наклона крыши к горизонту L. Например, при L=27 отношение H: L=1:2. При пологих крышах уклон иногда выражают в процентах, для этого отношения H: L умножают на 100.

В зависимости от уклона крыши бывают плоские и скатные. Плоские крыши имеют малый уклон – не более 3 %. Скатные крыши представляют собой системы пересекающихся наклонных плоскостей – скатов. Пересечения скатов крыши образуют двухгранные углы, из которых обращенные кверху называются ребрами, а обращенные книзу – разжелобками или ендовами. Верхнее горизонтальное ребро пересечения скатов крыши называется коньком.

Уклон скатных крыш принимают в зависимости от вида кровли, например, для глиняной черепицы уклон крыши составляет 1:1–1:2, для кровельной листовой стали 1:3,5 (L=16).

Скатные крыши с уклоном до 15° называют пологими, с уклоном более 15° – крутыми.

В строительстве применяют разнообразные формы крыши, которые выбирают с учетом общей конфигурации здания в плане, возможного направления отвода воды, а также индивидуальных архитектурных возможностей. Односкатные крыши в настоящее время применяются редко, их устраивают над зданиями сравнительно небольшой ширины и в случаях, когда отвод воды можно организовать только к одной из продольных стен.

Двускатная, или щипцовая крыша состоит из двух скатов, направленных в противоположенные стороны. Образующиеся треугольники в верхней части торцовых стен называют щипцами или фронтонами.

Четырехскатная крыша имеет скаты на четыре стороны. Скаты, направленные к торцовым стенам, называются вальмами, отсюда название крыш – вальмовые. Щипцовые стены в этом случае отсутствуют.

Вариантом вальмовой крыши является полувальмовая или полущипцовая крыша. Боковые скаты срезают только часть щипца и имеют вследствие этого по линии уклона меньшую, чем основные скаты, длину. Полувальма, расположенная вверху, имеет форму треугольника.

Выбор материала и типа конструкции крыши зависит от расположения в здании внутренних опор, величины перекрываемых пролетов, уклона кровли и требований, предъявляемых к крыше: огнестойкости, теплотехнических свойств и долговечности.

Простейшим типом несущей конструкции скатных крыш являются наклонные деревянные стропила. Наклонные стропила двускатной крыши опирают нижними концами на подстропильные брусья – мауэрлаты, а верхними – на горизонтальный брус, называемый верхним коньковым прогоном. Верхний прогон поддерживается стойками, установленными на внутренние опоры. Расстояние между стойками, несущими коньковые прогоны, принимают от 3 до 5 м.

Для увеличения продольной жесткости конструкции стропил и уменьшения сечения коньковых прогонов укрепляют парные продольные подкосы, расположенные у каждой стойки или через одну при небольших пролетах. Для уменьшения свободного пролета стропильных ног устанавливают поперечные подкосы, опираемые на лежень внизу и подпирающие стропильные ноги вверху. В случае смещения внутренней опоры от центральной оси здания не более, чем на 1 м, стойку, поддерживающую прогон, устанавливают наклонно.

При имеющихся в здании двух капитальных продольных стен или двух рядов внутренних столбцов укладывают два верхних прогона. Стропильные ноги в этом случае по длине могут быть составными. Для увеличения жесткости конструкции необходимо устанавливать ригели.

В четырехскатных вальмовых крышах в местах пересечения скатов необходимо располагать диагональные накосные стропильные ноги (рис. 1), в некоторые врубают укороченные стропильные ноги – нарожники.

Рис. 1. Наклонные стропила в зданиях (в плане): а – с одной внутренней опорой; б – с двумя внутренними опорами; в – общий вид шпренгелей для опирания накосных стропильных ног: 1 – прогон; 2 – стропильная нога; 3 – подкос под прогон; 4 – нарожники; 5 – накосная (диагональная нога)

Диагональные стропильные ноги имеют большую длину и несут значительную нагрузку. Поэтому их поддерживают в пролете промежуточной опорой в виде подкоса или поставленной в углу здания шпренгельной конструкцией. Нижним концом диагональную стропильную ногу опирают на подстропильные брусья в углу, в месте их сопряжения или на балку, уложенную наискось на подстропильные брусья на некотором расстоянии от угла. При наличии одного прогона верхний конец диагональной ноги опирается на его консоль, а при двух прогонах – на пробоины, прикрепленные гвоздями к концам стропильных ног. Консоли прогонов используют как промежуточные опоры на косых ногах. На рис. 2 показаны детали узлов деревянных брусчатых стропил. В местах сопряжения стропилы усиливают металлическими креплениями: гвоздями, болтами, скобами.

Рис. 2. Конструктивные схемы деревянных наклонных стропил: а – общий вид; б – для двускатных крыш: 1 – чердачное перекрытие; 2 – кобылка; 3 – обрешетка; 4 – лежень; 5 – стропильная нога; 6 – верхний прогон; 7 – стойка; 8 – подкос; 9 – мауэрлат; 10 – верхний прогон; 11 – ригель; 12 – распорка

Рис. 3. Детали узлов деревянных брусчатых наклонных стропил А – Е

В зданиях, не имеющих внутренних опор, невозможно устраивать наклонные стропила. Поэтому в качестве несущих конструкций крыши применяют строительные фермы, к которым подвешивается чердачное перекрытие. Расположенные по верхнему контуры фермы, стержни образуют верхний пояс строительной фермы, по нижнему контуру – нижний пояс. Стойки – вертикальные стержни и раскосы – наклонные стержни, расположенные между верхним и нижним поясами, образуют решетку фермы. Стропильные фермы изготовляют деревянные, стальные и железобетонные. В продольном направлении фермы устанавливают на расстоянии 4–6 м друг от друга. Простейшим видом деревянной строительной фермы являются шпренгельные фермы. Шпренгельные фермы для пролетов от 10 до 12 м изображены на рис. 4. Фермы состоят из стропильных ног, затяжки, воспринимающей распор, вертикальной подвески – бабки, к которой подвешена затяжка, и подкосов.

Рис. 4. Деревянные шпренгельные фермы: а – со стальными подвесками; б – с деревянными подвесками; в – детали узлов: 1 – бабка; 2 – гвозди; 3 – стропильная нога; 4 – затяжка; 5 – аварийный болт; 6 – болты; 7 – болтовые нагели

Рис. 5. Детали узлов подвесного чердачного перекрытия: 1 – прогон; 2 – балка подвесного перекрытия; 3 – затяжка; 4 – болты; 5 – уголки 60x60; 6 – уголки для прогонов; 7 – балка; 8 – хомут для прогонов

Ввиду большой ширины здания при установке шпренгельных и строительных ферм чердачное перекрытие недопустимо перекрывать балками, опирающимися на стены. Конструкцию чердачного перекрытия подвешивают на стальных хомутах к затяжке стропил или к нижнему поясу фермы, образуя подвесные перекрытия.

При наличии подвесного чердачного перекрытия подвески или бабки висячих стропил, работающие на растяжение, иногда выполняют из стальных тяжей. На рис. 1 изображены детали узлов подвесного чердачного деревянного перекрытия. К затяжке деревянных висячих стропил подвешены в перпендикулярном к ней направлении на хомутах из полосовой стали деревянные прогоны. Перпендикулярно к прогонам подвешены деревянные балки, между которыми уложено облегченное межбалочное заполнение. Для уменьшения нагрузки на висячие стропила или стропильную ферму следует выбирать конструкцию для подвесного перекрытия, имеющую небольшой собственный вес.

В стальных фермах подвесное чердачное перекрытие изготовляют несгораемым по стальным балкам. Между балками укладывают сборные железобетонные плиты, по ним – легкий утеплитель и армопенобетонные или армопеносиликатные плиты. При устройстве утепления подвесного чердачного перекрытия необходимо предусмотреть защиту стальных балок от охлаждения, поскольку вследствие конденсации водяных паров будет происходить ржавление нижней полки балок, и возможно образование нежелательных желтых полос. В целях повышения огнестойкости и долговечности несущие конструкции скатных крыш целесообразно выполнять из железобетона, а железобетонные несущие конструкции скатных крыш рекомендуется выполнять бесстропильными из крупноразмерных панелей заводского изготовления.

Кабельная система против обледенения крыш заключается в том, что по периметру крыши протягивают электрический кабель, который работает при температурном режиме воздуха от 0 °C до -15 °C и при наличие воды или льда на крыше. Система снабжена температурным и влажностным датчиками, которые устанавливают по краю крыши с южной стороны. С помощью датчиков регулируют включение и отключение кабельной системы.

Более дорогие системы управления позволяют не только включать и отключать нагрев, но и задавать время работы в зависимости от температуры: крыша прогревается тем дольше, чем сильнее мороз.

Перед установкой системы следует обратить внимание на качество кабеля. Кабель должен иметь мощную внутреннюю оплетку и надежный слой изоляции из стойкого материала для обеспечения механической прочности кабеля и электробезопасности системы.