Крыша частного дома — виды, формы, конструкции

• Какую крышу выбрать для дома.
• Как и почему крыша распирает стены и разрушает дом.
• Чтобы крышу с дома не сдуло ветром

Стропильная система — основа крыши

Основой конструкции крыши является стропильная система. Стропильная система задает форму крыши частного дома, воспринимает нагрузки. От правильного выбора и устройства стропильной системы зависит долговечность дома, а также будущие расходы на ремонт и эксплуатацию нового дома.

Нагрузки, которые действуют на стропильную систему крыши, делятся на постоянные и переменные. Постоянные — это нагрузки от веса всех элементов крыши (стропильной системы, кровли, водосточной системы и т.д.). Переменные — включают в себя нагрузки от веса людей и снега на крыше, а также ветровую нагрузку.

Снеговую и ветровую нагрузки определяют по картам снеговых и ветровых нагрузок, которые приведены в строительных нормах. Например, на карте России обозначены границы районов с нормативными значениями ветровой или снеговой нагрузки. На карте находите место Вашей стройки, определяете район и нормативную снеговую или ветровую нагрузку места стройки.

Основные элементы стропильной системы крыши частного дома

Основные элементы стропильной системы частного дома на примере четырехскатной крыши показаны на рисунке:

Стропильная нога (стропило) создает уклон крыши и является опорой для кровли. На стропило действуют силы, которые стремятся деформировать его в двух направлениях — выгнуть дугой и повернуть в горизонтальное положение.

Затяжка соединяет между собой нижние концы противоположно расположенных стропил. Препятствует расползанию концов стропил в стороны. Действующие на затяжку силы стремятся растянуть её.

Мауэрлат — брус закрепленный на наружных стенах дома. На мауэрлат опираются нижние концы стропил. Мауэрлат связывает между собой нижние концы соседних стропил, равномерно передает нагрузки крыши на наружные стены дома.

Прогон коньковый — брус на который опираются верхние концы стропил. Коньковый прогон соединяет между собой верхние концы стропил.

Стойка поддерживает прогон и воспринимает вертикальные нагрузки, которые стремятся сжать стойку. Стойки опираются на внутреннюю несущую стену дома (как на рисунке) или на лежень — брус, уложенный на эту стену. Стойка обязательно должны опираться на несущую конструкцию — внутреннюю стену или чердачное перекрытие, рассчитанное на нагрузки крыши.

Подкос препятствует прогибу стропила. Испытывает деформацию сжатия.

Ветровая балка — доска, которая связывает между собой стропила на скате крыши. Доска крепится к стропилам со стороны чердака под углом, от конька к мауэрлату. Ветровая балка увеличивает устойчивость стропильной системы к ветровым и другим нагрузкам, направленным вдоль конька крыши.

Кобылка — доска или брусок, прикрепленный к стропильной ноге для создания свеса крыши.

Шпренгель — брус, уложенный в углах дома на смежные стороны мауэрлата. На шпренгель опирают стойку, поддерживающую диагональное стропило.

Нарожник — укороченное стропило, верхний конец которого опирается на диагональное стропило.

Указанные выше элементы стропильной системы в том или ином сочетании присутствуют в конструкции стропильных систем разного вида.

Схемы стропильных систем крыши частного дома

Существует несколько принципиальных схем стропильных систем. В частном домостроении обычно используют две принципиальных схемы стропильной системы — с висячими стропилами и с наслонными стропилами.

Выбор той или иной схемы зависит от многих факторов — размеров и формы дома, наличия внутренних несущих стен, желания устроить под крышей дома мансарду, выбора формы крыши из эстетических соображений. В ряде случаев, на крыше одного дома применяют и комбинацию из разных стропильных систем.

Каждая принципиальная схема стропильной системы имеет несколько конструктивных решений.

Стропильная система с висячими стропилами

Свое название схема получила потому, что верхние концы стропил не имеют специальной опоры (стойки), передающей нагрузку на несущий элемент здания. Верхние концы стропил как бы висят в воздухе, опираясь только друг на друга. Несущая способность стропил обеспечивается только за счет распора затяжки. Стропила испытывают в данной схеме деформации в нескольких направлениях. Под действием нагрузки стропило сжимает, выгибает дугой и поворачивает в горизонтальное положение.

Ригель на левом рисунке работает как на растяжение, так и на сжатие, в зависимости от величины и распределения нагрузки по скатам крыши.

Подвес (бабка) на правом рисунке испытывает деформацию растяжения.

Стропильная система с висячими стропилами имеет

достоинства:

• Не требует промежуточной опоры в виде устройства в доме внутренних несущих стен или перекрытий, рассчитанных на нагрузки крыши.
• Затяжки могут быть использованы в качестве несущих балок чердачного перекрытия.

и недостатки:

• Детали стропильной системы нагружены сильнее, чем в других системах. При одинаковом размере крыши приходится применять детали большего сечения или увеличивать количество стропил. Все это увеличивает расход пиломатериалов, а значит и стоимость строительства крыши.
• Не применяется при малых углах наклона скатов, менее 30 град. При малых углах напряжение в деталях стропильной системы, а значит и их размер, значительно возрастают.
• Стропильная рама с висячими стропилами имеет меньшую жесткость, благодаря тому, что положение стропил взаимо зависимо. Например, деформация под действием нагрузки стропил на одном скате приводит к значительному изменению положения стропил и другого ската. Крыша «гуляет» и расшатывается, особенно при неравномерной нагрузке скатов. Страдает от этого, прежде всего, кровельное покрытие.
• В случае неравномерной нагрузки на один из скатов (снег, ветер) крыша с висячими стропилами оказывает значительное боковое давление на стены дома в сторону менее нагруженного ската.

Стропильную систему с висячими стропилами в частном домостроении рекомендуется применять для перекрытия пролетов до 6 м. Недостатки системы в этом случае менее выражены.

Стропильная система с наслонными стропилами

В  стропильной системе с наслонными стропилами верхний конец каждой стропильной ноги опирается на прогон, который через стойки передает нагрузку на внутреннюю несущую стену здания. Благодаря наличию опоры у верхнего конца, стропильная рама не создает распора (давления на стены в горизонтальной плоскости в противоположных направлениях) на нижних концах стропил.

В системе с наслонными стропилами не нужна затяжка для компенсации распора. Детали стропильной системы и несущие стены дома менее нагружены.

При устройстве мансарды такую крышу удобно опирать на аттиковые стены (продолжение наружной стены выше перекрытия)  высотой 1-1,5м.

Стропильная система с наслонными стропилами имеет

достоинства:

• Универсальность — пригодна для устройства крыш с пролетом до 16м., для монтажа на легких стенах (каркасных, деревянных), для крыш с малым углом наклона скатов.
• Крыша с наслонными стропилами имеет меньший вес, расход пиломатериалов, проще в монтаже, чем такая же крыша с висячими стропилами.
• Менее чувствительна к неравномерной нагрузке на скаты — меньше деформации и действие боковых сил на стены дома.

и недостатки:

• Требует дополнительной опоры — несущей стены внутри дома или перекрытия, рассчитанного на нагрузку крыши.

Стропильная система для устройства мансарды

На рисунке показана стропильная система для ломанной крыши мансарды. В этой стропильной системе используются как висячие стропила, так и наслонные.

Стропильные системы, основанные на указанных выше принципиальных схемах, имеют множество конструктивных решений. Например, внутренняя несущая стена не обязательно должна располагаться по центру крыши. Вместо одного конькового прогона, или кроме него, стропила на длинных скатах дополнительно опирают на прогоны, размещенные в промежутке между коньком и мауэрлатом.

Стропильные фермы

Стропильные фермы — имеют более сложную конфигурацию деталей, расположенных в одной плоскости. Расчет и оптимизация стропильной фермы производится с помощью компьютерной программы. Фермы, как правило, изготавливают в заводских условиях с точным соблюдением размеров деталей из хорошо высушенной древесины.

Фермы сконструированы так, что передают на наружные стены только вертикальную нагрузку. Крыша с использованием стропильных ферм получается более легкой. Нижний пояс фермы обычно делают горизонтальным так, чтобы он выполнял роль балки чердачного перекрытия.

Стропильные фермы позволяют перекрывать большие пролеты без промежуточных опор. В частном домостроении их выгодно применять вместо стропильной системы с висячими стропилами при длине пролета более 6м., а также при малых углах наклона скатов (менее 30 град), в том числе для односкатных крыш.

Недостаток стропильной фермы один — это высокая стоимость изделия.

Проектирование стропильной системы крыши

Конструкция стропильной системы дома должна быть проверена на прочность специалистами. При расчете на прочность учитывают, кроме нагрузок, угол уклона скатов и форму крыши, а также вид стропильной системы и коэффициент запаса прочности.

Стропильная система состоит из многих элементов. На каждый элемент действуют силы, разные по величине и направлению. На стропильную систему в целом и на отдельные её детали действуют нагрузки направленные вертикально, горизонтально и стремящиеся повернуть деталь.

При проектировании стропильной системы принимают во внимание, будет ли на крыше чердак или мансарда, наличие окон в кровле или фронтонах, условия опирания стропил на стены, форму плана дома и другие факторы.

Крышу дома лучше и правильней возводить по проекту, выполненному специалистом — проектировщиком. Строительство простых видов крыш можно поручить опытному специалисту, не имеющему квалификации проектировщика.

Стропильная система крыши частного дома должна отвечать следующим требованиям:

• Стропильная система должна быть прочной и жесткой — изменение формы или размеров крыши под действием нагрузок не должны превышать допустимых величин.
• Крыша должна быть легкой, чтобы своим весом меньше нагружать стены и фундамент дома.
• Стропильная система не должна передавать распор (усилие в горизонтальной плоскости) на стены дома.
• Стропильная система должна быть долговечной. Замена или ремонт стропильной системы — дорогое удовольствие.

Для выполнения первых двух требований, стропильную систему выполняют из отдельных линейных элементов собранных в конструкцию в виде треугольника. Отдельный плоский треугольник стропильной системы, из двух стропил и связанных с ними деталей, называют стропильной рамой или фермой.

Стропильные рамы или фермы установленные на стенах параллельно друг другу на определенном расстоянии и образуют стропильную систему крыши.

В спроектированную специалистом стропильную систему нельзя по собственному желанию вносить изменения. Добавление или исключение любой детали приведет к перераспределению нагрузок на другие узлы системы. Даже изменение числа гвоздей для соединения деталей, может привести к разрушению дома. Например, увеличение количества гвоздей, которыми прибивают стропило, может привести к появлению недопустимого распора на стены. Об этом читайте ниже.

Старайтесь сделать стропильную систему симметричной.  Симметричное расположение стропильных ног, стоек, подкосов, позволит равномерно распределить нагрузки по скатам крыши, что повысит устойчивость крыши и стен дома.

Для удаления влаги из деревянных деталей крыши и конденсата, чердачное пространство должно вентилироваться с помощью продухов. В мансардных крышах для этого устраивают вентилируемые зазоры.

Для защиты от влаги мауэрлат и другие деревянные детали стропильной системы отделяют от каменной кладки стен гидроизоляцией. Если этого не сделать, то дерево быстро загниет.

Стропильную систему для частного дома делают из дерева. Иногда, например, в каркасных домах с металлическим каркасом, для изготовления стропильной системы также используют металлические профили.

Как и почему крыша распирает и разрушает стены дома

Под действием нагрузок нижние концы стропил стремятся разъехаться в стороны. Силы, действующие на нижних концах стропил и направленные горизонтально в противоположные стороны, называют распором.

Распор стропил бывает так велик, что стены не выдерживают, изгибаются, стены и стропила трескаются, крыша в результате местами проседает — дом разрушается. Такую картину не редко можно видеть, если строительство крыши выполнено не умелыми строителями, и, к тому же, без проекта.

Почему распор передается на стены?

Ведь выше, в статье написано, что в стропильной системе с висячими стропилами распор компенсируется затяжкой, а в схеме с наслонными стропилами распора вообще не возникает. Эти утверждения правильны, если рассматривать схемы стропильных систем на бумаге.

В реальности все детали стропильных систем под действием нагрузок деформируются, то есть, меняют свои размеры и положение в пространстве — укорачиваются, удлиняются, изгибаются, поворачиваются.

К деформациям от действия нагрузок добавляются колебания размеров деталей при изменении влажности и температуры. В местах соединений также имеется некоторая подвижность элементов стропильной системы.

Представим себе, что в системе с висячими стропилами затяжка, по каким-то из указанных причин, удлинилась и перестала воспринимать на себя усилие распора. В результате распор начнет передаваться на стены.

В системе с наслонными стропилами, то же самое произойдет, если, например, сожмется стойка. Верхний конец стропил потеряет опору. Наслонные стропила начнут работать как висячие. Вся нагрузка распора начнет передаваться на стены. Кроме того, увеличится нагрузка и на стропила, которые не рассчитаны на работу в режиме висячих стропил.

Здесь два варианта. Или не выдержат стены — под действием распора разойдутся в стороны, позволив стропилам немного повернуться и снова опереться на стойку. Или разрушится, треснет стропило, не выдержав не расчетной нагрузки.

Легко деформируются под действием распора деревянные стены из бруса, бревна, а также каркасные.

В литературе по строительству можно встретить утверждение, что стены из каменных материалов выдерживают большую нагрузку распора. Но в современном частном домостроении, благодаря применению утеплителей, толщина каменных стен значительно уменьшилась. Для кладки стен часто используются более легкие и хрупкие материалы, например, газобетон.

Защита каменных стен современного частного дома от повреждений распором не менее актуальна, чем для деревянных.

Продолжение на следующей странице 2: