Савельев А.А.«КРЫШИ»Кубасов Е.В.«ЭНЕРГИЯ, ПРИНЕСЕННАЯ ВЕТРОМ»Сарафанников В.Н.«ВЕЛОСИПЕД-ТАНДЕМ-ВЕЛОМОБИЛЬ»Коноплева Н.П.«ДОМ ХОЗЯИНОМ ХОРОШ»---Журнал «СДЕЛАЙ САМ»№ 4∙2004Подписная научно-популярная серия
СТРОИТЕЛЯМИ НЕ РОЖДАЮТСЯ
Крыши
А.А.Савельев
Основное назначение крыш — защитить дом от атмосферных осадков, сохранить в доме тепло и передать силовую нагрузку от ветра и тяжести снега на стены с наименьшим ущербом для дома. Защиту дома от атмосферных воздействий осуществляет кровля, то есть верхний слой крыши. Тепло сохраняет утеплитель, уложенный в конструкцию кровли или в конструкцию чердачного перекрытия. Силовые нагрузки воспринимают обрешетка и стропильная система.
В малоэтажном жилом строительстве традиционной конструкцией являются скатные крыши, которые в зависимости от объемно-планировочного решения принимают различные формы. Основные типы крыш изображены на рис. 1.
Рис. 1.Основные типы крыш:
а — односкатная; б — двухскатная (щипцовая); в — четырехскатная (вальмовая), г — ломанвя; д — полувальмовая; е — многощипцовая
Для скатных крыш применяют различные кровельные материалы: стальные оцинкованные листы, плоские и волнистые асбестоцементные листы (шифер), керамическую, цементную и металлическую черепицу, рубероид и другие материалы. Выбор кровельного материала определяет величину угла наклона крыши. Чем плотнее материал кровли и герметичнее его стыки, тем меньше может быть уклон крыши, и наоборот. Другими словами, чем мельче размеры штучного кровельного материала (например, черепица), тем круче должна быть крыша. Это объясняется не только большим количеством соединений малоразмерных деталей, а значит, возможным протеканием, но и большим весом кровли. Чем тяжелее кровельный материал, тем больший угол наклона нужно придать скатам. Рекомендуемые уклоны скатных крыш приведены в таблице 1.
Прежде чем приступить к детальному ознакомлению с конструкциями крыш, нужно рассказать об условиях, в которых они работают. Основные факторы, влияющие на прочность и долговечность конструкции крыши, следующие.
Ветровая нагрузка
В малоэтажном строительстве силовые нагрузки от давления ветра не учитывают при расчете несущих элементов крыш. Так как считается, что стропила, рассчитанные на нагрузки от веса снега и веса кровельных материалов, успешно выдерживают ветер. Но так как полностью игнорировать ветровые воздействия нельзя, мы рассмотрим некоторые особенности давления силы ветра на крышу.
При боковом давлении ветра (рис. 2) воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания.
Рис. 2.Воздействие ветра на малоэтажный дом
У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене бьет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий крышу, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть: две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается сломать и вдавить крышу внутрь. В зависимости от крутизны крыши нормальные и касательные силы меняют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение имеют нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот. Так как высота домов в малоэтажном строительстве небольшая, то ни одна из этих сил в отдельности, ни вместе взятые не способны разрушить крышу, а вот сорвать ее и опрокинуть или даже перенести на небольшое расстояние они вполне могут. Иногда это и случается во время ураганов.
Для избежания неприятностей, которые может наделать ветер, предусматривают несложную защиту. От разрушительного воздействия касательных сил, действующих по стене здания, предусматривают устройство карниза в верхней части стены дома (рис. 3).
Рис. 3.Устройство карниза в верхней части стены дома:
1 — асбестоцементные волнистые листы; 2 — кобылка; 3 — стропильная нога; 4 — опорный брусок; 5 — мауэрлат; 6 — гидроизоляция; 7 — проволочная крутка диаметром 6 мм; 8 — утеплитель; 9 — пароизоляция; 10 — железобетонная плита покрытия; 11 — ерш; 12 — карниз
Чем больше будет нависание карниза над стеной, тем меньше опасность облома свеса кровли. Защита от касательной, действующей с наветренной стороны ската кровли, и подъемной силы с подветренной стороны, заключается в том, что нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 3). Кстати, это конструктивное решение дается во всех книгах по строительству, но при конкретном строительстве о нем забывают или выполняют неверно, прикручивая мауэрлат вместо стропильных ног. Иногда эту конструкцию упрощают, закладывая проволоку непосредственно в кладку. Такое решение допустимо, если оно не портит внешний вид здания. Стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, изготавливают его кузнечным способом.
Касательные силы ветра могут сорвать отдельные элементы кровли. Чтобы этого не произошло, устанавливают противоветровые скобы для кровель из волнистых асбестоцементных листов, Т-образные скобы для металлических кровель, черепицу привязывают к обрешетке (рис. 4).
Рис. 4.Крепление различных кровельных материалов к обрешетке:
1 — асбестоцементные волнистые листы (а); 2 — обрешетка; 3 — стропило; 4 — проволочная скоба; 5 — керамическая черепица (б); 6 — проволочная скрутка; 7 — кровельное железо (в); 8 — Т-образная скоба; 9 — цементная черепица (г); 10 — ветровая доска, 11 — жестяной кляммер
Со стороны фронтонов здания устанавливают ветровую доску. Вероятно, для новейших кровельных материалов существуют другие способы защиты от ветра, но принципиальная схема ее остается прежней и изложена достаточно четко.
Снеговая нагрузка
В силу своих географических особенностей практически вся территория России в холодный период года засыпана снегом. Высота снежного покрова в отдельных районах достигает 2 м. Точную высоту снега, требуемую для расчета несущей способности стропильных ферм в конкретном месте строительства, читателю нужно выяснить в районных строительных организациях или установить по СНиП «Строительная климатология». Вес одного кубометра снега, находящегося в естественном неуплотненном состоянии, принят равным 100 кг. Другими словами, снежный сугроб высотой в 1 м давит на грунт силой равной 100 кг/м2, что кстати соответствует Московской, Владимирской и некоторым другим областям центральной России. Конечно, также он давит на плоские крыши зданий. Например, на крышу размером 6х8 м приходится нагрузка в 4,8 т, что, согласитесь, немало. И это при том, что выбрана средняя толщина в один метр. Бывают годы, когда осадков выпадает значительно больше нормы. В зависимости от уклона крыши и преобладающих ветров снега на ней может быть значительно меньше и, как ни странно, больше, чем на поверхности земли. Уменьшение снеговой нагрузки в зависимости от крутизны крыши и вида кровельного материала отражено в СНиПе. Но так как большинству читателей СНиП недоступен, то снеговую нагрузку можно подсчитать путем умножения веса снега на косинус угла подъема ската. Такое допущение, конечно, не отражает истинного положения вещей, но оно приемлемо, так как дает несколько большую величину снеговой нагрузки, а значит, делает запас прочности стропильной системы. Напомним, что косинус угла ноль градусов равен единице, тридцати градусов — 0,866, сорока пяти — 0,707, шестидесяти — 0,5. Читатель может возразить, сказав, что на крыше с уклоном в 60 градусов снег не задерживается, и будет абсолютно прав. Но нужно учесть то обстоятельство, что на крышах такой крутизны резко возрастают ветровые нагрузки. А так как рассчитать на них несущую способность стропил неподготовленному человеку не удастся, то будем условно считать, что снег на крыше лежит.
Для того чтобы понять, откуда на крыше появляется снег, толщина слоя, которого
превышает слой снега, лежащего на земле, нужно посмотреть на рис. 5. При возникновении в атмосфере таких явлений, как снежный буран или просто метель, снежинки подхватываются ветром и переносятся на подветренную сторону. После прохождения препятствия в виде конька крыши скорость движения нижних потоков воздуха снижается по отношению к верхним, и снежинки оседают на крышу. В результате с одной стороны крыши снега лежит меньше нормы, с другой — больше. С какой именно стороны кровли снега будет лежать больше, угадать невозможно, поэтому при расчете всех без исключения строительных конструкций на снеговую нагрузку вес снега принимается с повышающим коэффициентом 1,4. Образно говоря, при определении сечений стропильных ног считается, что засыпало домик снегом по самую трубу. Для Московской области принимается к расчету на горизонтальной поверхности слой снега в 1,4 м, на наклонной — нужно умножить эту цифру на косинус угла наклона.
Способ защиты от снеговой нагрузки один — правильно выбранные размеры элементов стропильной системы при расчете.