Крыши бывают плоские и скатные, а применительно к малоэтажному строительству – чаще всего скатные, т.е. с наклонными поверхностями кровли. Они традиционны для снежной и часто дождливой средней полосы России, рациональны по конструкции, хорошо защищают от непогоды и состоят из наружного покрытия – кровли и внутренней несущей части - стропильных конструкций.
Скатные крыши, покрытые различными кровельными материалами - от дранки до черепицы - придают неповторимый архитектурный облик отдельным зданиям и целым поселкам, определяют местный колорит, становясь характерной особенностью ландшафта.
Скаты крыши могут быть пологими (10-200) и очень крутыми (60-700), но в основном их уклон находится в пределах 30-450. На выбор того или иного уклона влияют разные факторы, важнейшими из которых являются климатические. В районах с большим количеством осадков предпочитают кровли с уклоном 450 и выше, а с сильными ветрами – более пологие, так как порывы ветра оказывают на скаты значительное давление. При уклоне ската в 600 снег на скате не удерживается, и снеговая нагрузка на стропила минимальна. А при пологих скатах она может в несколько раз превышать собственную массу конструкции крыши.
В зависимости от объемно-планировочного решения здания скатные крыши могут быть одно-, двух - или многоскатными (шатровыми, вальмовыми, полувальмовыми, многощипцовыми и др.).
Односкатная крыша, как правило, опирается на стены разной высоты и обращена к наветренной стороне для лучшей защиты от ветра, дождя и снега. Чаще всего односкатные крыши устраивают на простых пристройках к зданиям, хозяйственных бытовых постройках, летних домиках и т.д.
Двускатные крыши - самая распространённая классическая конструкция для малоэтажных зданий, простая и надежная. Это две прямоугольные наклонные плоскости, опирающиеся на продольные стены и образующие при соединении вверху конек. Двускатные крыши с традиционными четырехугольными или с круглой крышей слуховыми окнами представляют собой интересный архитектурный вариант их оформления.
Шатровая крыша состоит из нескольких треугольных скатов, объединяющихся вершинами, и имеет весьма сложную стропильную конструкцию. Если высота ската значительно больше его основания, то крышу называют шпилеобразной.
Вальмовая крыша - с виду как бы подчеркивает свою защитную функцию. Четырехскатную вальмовую крышу образуют два фасадных трапециевидных ската и два торцовых треугольных.
Если длина торцовых скатов меньше фасадных, то крыши называют Полувальмовыми. Характерные черты вальмовой крыши - наличие слуховых или мансардных окон.
Мансардная (ломаная) крыша - результат превращения чердака в жилое помещение. Она состоит из двух ломаных скатов. В верхней части, идущей от конька, пологих, а после перегиба – крутых. Мансардные крыши сегодня очень популярны, т.к. позволяют эффективно использовать площадь подкрышного пространства.
Используя различные дополнительные элементы кровли, как в конструкции крыши, так и устройстве кровельного покрытия – слуховые и мансардные окна, элементы снегозадержания и безопасного передвижения, водосточные и антиобледенительные системы и т.п., можно улучшить ее внешнее оформления, эксплуатацию и повысить функциональность мансардных жилых помещений.
В последнее время форма крыш в индивидуальном строительстве усложняется. Двускатные крыши комбинируют с шатровыми, коническими, мансардными и др. Однако форма крыши при любом кровельном материале, чем проще, тем надежнее. Сложная форма с многочисленными скатами, без сомнения, придает крыше оригинальный силуэт, но неизбежные при этом ребра, ендовы, примыкания к выступающим над крышей элементам создают трудности по их обустройству и эксплуатации, требуют дорогостоящих конструктивных решений и материалов. В противном случае возможны разрушения элементов кровли от схода снеговых масс, протечек при оттепелях и ливнях. Поэтому конструкцию крыши чаще всего выбирают исходя из пожеланий заказчика и предложений архитектора, но обязательно с учетом климата региона строительства и эксплуатационных требований.
Выбор формы крыши зависит и от того, будет ли использовано для жилья пространство под крышей. Для обустройства мансарды крыша должна быть достаточно высокой, а стропильные конструкции - вписываться в интерьер.
Основными моментами при проектировании крыши являются выбор типа крыши и величин уклонов скатов, выбор материала кровельного покрытия и расчет конструкций стропильной системы. Причем величина уклона ската оказывает влияние и на прочностной расчет несущих конструкций и на выбор кровельного материала. Большинство кровельных материалов оказывают непосредственное влияние на проектирование стропильной системы, поэтому выбор кровельного материала осуществляют на стадии проекта.
Расчет стропильной конструкции является важным моментом при проектировании крыши, так как неправильное определение или недооценка нагрузок могут привести не только к деформации стропильной конструкции и нарушению кровельного покрытия, но даже и к обрушению крыши.
Прочность и устойчивость крыше обеспечивают ее несущие конструкции, которые у скатной крыши состоят из стропил и обрешетки. Конструктивная схема стропил определяется формой крыши, наличием и расположением внутренних опор и длиной перекрываемого пространства.
Профессор кафедры архитектуры Московского государственного строительного университета Анатолий Иванович Герасимов полагает, что «Стропильные конструкции при кажущейся своей второстепенности оказываются на первом месте по обеспечению безопасности объектов. Необходимо уделять самое пристальное внимание не только внедрению современных методов расчета на прочность и выносливость, но и применению в одной конструкции различных материалов, наиболее полно отвечающих нагружениям того или иного элемента. И не следует забывать, что в ряде случаев стропильная система является частью интерьера. Поэтому стропильная конструкция должна удовлетворять требованиям не только прочности и надежности, но и эстетическим».
Стропила или стропильные фермы бывают наслонные (самый распространенный вариант) и висячие. Основная стропильная конструкция – треугольник, как наиболее жесткая и экономичная. Сложные стропильные фермы состоят из стропильных балок (стропильных ног), затяжек, ригелей, стоек, подкосов и других дополнительных элементов.
Наслонные стропила устанавливают в домах со средней несущей стеной. Они состоят из двух наклонных стропильных ног, нижними концами опирающихся на продольные брусья – мауэрлаты, верхними - на коньковый прогон, поддерживаемый стойками, устанавливаемыми на лежень на внутренней несущей стене. Лежень и мауэрлат распределяют нагрузки на стены. Если нет внутренних продольных стен стропила опирают на внутренние поперечные стены или столбы. Расстояние между опорами не должно превышать 6,5 м. Дополнительная опора позволяет увеличивать ширину перекрываемого помещения до 12 м, а две дополнительные опоры – до 15-16 м. С увеличением пролета конструкция усложняется за счет введения дополнительных элементов - стоек, подкосов, увеличивающих поперечную жесткость и устойчивость стропильной системы в целом и превращающих стропильную конструкцию в ферму.
Висячие стропила применяют там, где нет внутренних опор; их опирают только на наружные стены. Висячие стропила состоят из наклонных стропильных ног и затяжки – горизонтального бруса для восприятия распора от стропильных ног. Нижние концы стропильных ног опираются через затяжку на мауэрлаты, верхние соединяются между собой у конька. Простейшие висячие стропила – симметричная треугольная ферма. Величина перекрываемого пространства при этом составляет 7-12 м. Для усиления конструкции предусматривают дополнительную горизонтальную стяжку - ригель. Висячие стропила трудоемки в изготовлении и обходятся значительно дороже наслонных, поэтому для снижения стоимости крыши иногда создают комбинированные стропильные системы, состоящих как из висячих, так и наслонных стропил.
В деревянных и брусовых домах стропильные ноги опираются на верхние венцы, составляющие горизонтальный ряд сруба, в каркасных – на верхнюю обвязку. В каменных (кирпичных, легкобетонных) домах для опирания стропильных ног используют мауэрлаты (подстропильные брусья), служащие для закрепления концов ног и распределения давления от крыши на большую площадь каменной кладки. Если стропильные ноги ставят редко, мауэрлаты представляют собой короткие брусья (коротыши) длиной 500-700 мм; при частом расположении стропильных ног мауэрлат укладывают по всей длине стены. Все деревянные элементы стропил изолируют от каменной кладки слоем гидроизоляционного материала.
При четырехскатных или более сложных формах крыш стропильные конструкции усложняются. В местах пересечения скатов ставят диагональные стропильные ноги. На них опирают короткие стропильные ноги торцевых скатов. Верхними концами диагональные ноги опираются на консоль конькового бруса или коротыш в месте стыка стропильных ног у конька; нижними - на мауэрлаты в месте их стыкования в углу. Диагональные ноги имеют большую длину и несут значительную нагрузку, поэтому их поддерживают промежуточной опорой. На мансардных крышах применяют фермы особых конструкций с межэтажным перекрытием вместо затяжки.
Обрешетка служит для прикрепления кровельного материала, воспринимает нагрузку от кровельного покрытия и снега, давления ветра и т.п., передает нагрузку на стропила, а те в свою очередь на стены. Обрешетка может быть сплошной и разреженной. Выбор обрешетки зависит от типа кровли. Сплошной настил под гибкую черепицу обычно делают из обрезных или шпунтованных досок, водостойкой фанеры, ориентированно-стружечных плит. Поверхность сплошной обрешетки должна быть всегда проветриваемой, жесткой и гладкой, так как неровности впоследствии будут заметны на кровельном покрытии. Разреженную обрешетку устраивают для натуральной черепицы BRAAS, керамической черепицы и металлочерепицы, фальцевой металлической кровли, из пиленых брусков хвойных пород обычно сечением (30-50)х50 мм. При этом расстояние между брусками принимают в соответствии с размерами и прочностью кровельных плит и листов. Для черепичных покрытий оно зависит от длины черепицы и уклона крыши, для металлочерепицы – от длины волны и т.д. Толщину настила и сечение брусков обрешетки определяют уклон ската, вид кровельного материала и шаг стропил. Стыки брусков или досок должны располагаться на опорах, а длина их – быть не меньше двух пролетов между опорами. Вокруг дымоходов и других выступающих элементов, в ендовах, на карнизах обрешеткой служит настил из обрезной доски сечением 25х(100-150) мм. Элементы обрешетки (доски, бруски) прибивают к стропильным ногам оцинкованными гвоздями.
Стропила выполняют из обработанных антисептиками и антипиренами толстых досок или чаще брусьев хвойных пород первого или второго сорта. Для соединения элементов стропил используют гвозди, врубки, металлические пластины и др. крепежные детали.
Монтаж стропильной системы начинают с выравнивания стяжкой верхней поверхности несущих стен. На стяжку укладывают гидроизоляцию, а поверх нее мауэрлаты и лежень. Далее собирают подстропильную опорную конструкцию из стоек, прогонов, подкосов и устанавливают сначала крайние стропила, а затем промежуточные. Расстояние между фермами определяется конструкцией системы и несущей способности обрешетки.
При сооружении утепленной кровли кровельный «пирог» состоит из следующих слоев (снизу вверх) - пароизоляционного, теплоизоляционного, гидроизоляционного и кровельного покрытия. Для устройства паронепроницаемого барьера применяют укладываемые внахлест пленки «Ютафол Н – 110 Стандарт» (Чехия), и пленки с покрытием из алюминиевой фольги «Ютафол Н - АL». Утеплителями служат обработанные гидрофобизирующими составами волокнистые теплоизоляционные материалы из стекловолокна марок Isover и URSA и каменной ваты марок ROCKWOOL, PAROC, Isoroc. Гидроизоляционные антиконденсатные пленки имеют разное назначение. Для натуральной черепицы и материалов на битумной основе рекомендуют диффузионные мембраны «Ютафол Д - 110 Стандарт» (Чехия), а для металлических кровель - «Ютакон» (Чехия).
Чтобы несущая деревянная конструкция работала долго, необходима вентиляция подкровельного пространства. Для этого устраивают карнизные и коньковые продухи, слуховые и мансардные окна. На крышах, покрытых штучным кровельным материалом, предусматривают специальные черепицы и плитки с отверстиями. Места пересечения крыш вертикальными элементами (например, дымовыми трубами) изолируют «воротниками».
Изготовление стропильной конструкции непосредственно на стройплощадке требует больших затрат ручного труда. Пространство между кровельным покрытием и потолком заполняют утеплителем с гидроизоляцией, обязательно предусматривая воздушный зазор для вентиляции «кровельного пирога». В крышах существует жесткая взаимосвязь конструкции и материала. Форма крыши и величина уклона скатов ограничивают перечень возможных материалов в качестве кровельного покрытия. А вид выбранного материала определяет, в свою очередь, способ монтажа, срок службы, сложность или простоту эксплуатации и ремонта.
На отечественном рынке стройматериалов представлено большое разнообразие отечественных и импортных металлических, керамических, полимерных, природных кровельных материалов. Для принятия правильного решения нужно ориентироваться в свойствах претендующих на внимание материалов, их достоинствах и недостатках.
Выбор материалов кровельной системы должен быть основан на принципе согласования сроков службы всех составляющих. Главным экономическим показателем при выборе кровельного материала является не стоимость за единицу площади конкретного кровельного покрытия, а стоимость всей кровельной системы при заданных сроке службы и эксплуатационных характеристиках. Надежность и долговечность крыши обеспечивается также правильным выполнением работ по монтажу всей кровельной системы.
