5. Скатные крыши
5.1. Общие сведения. Строительная физика крыш
С точки зрения конструктивного исполнения верхней части здания, дома бывают:
- со скатной крышей
- с плоской крыше
Под плоской крышей следует понимать крыши с углом наклона ската менее 80 , к данной категории относятся крыши без наклона, а также имеющие угол наклона 150 и более на отдельных участках для обеспечения стока атмосферных осадков.
Дома со скатной крышей – здания, имеющие угол наклона более 150.
Скатная крыша, как правило, состоит из двух частей. Одна из которых – это несущие конструкции или стропильная система, вторая – это ограждающие конструкции или кровля, предназначенная для защиты несущих элементов крыши, а также внутреннего чердачного пространства от атмосферных осадков, ветра и других нежелательных воздействий.
В отечественной и иностранной номенклатуре иногда можно встретить и другие названия скатных крыш, например: наклонная, наслонная и другие варианты. На рис. 105 показаны основные элементы скатной крыши.
Рис. 105
Где, 1-кровля крыши, 2-бордюр, 3-вентиляционный люк, 4-конёк, 5-стропило,
6-вспомогательные элементы, 7-контр-балка, 8-обрешётка крыши, 9-элемент безопасности, 10-сточный жёлоб, 11-фриз (бордюр стены), 12-ендова, 13-водоотводная сливная труба,
14-снегозадерживающее устройство, 15-отдушины для выпуска пара,
16-опорный мостик, 17-анкерная пластина, 18-обвязочный элемент, 19-молниеотвод,
20-подсоединение технического оборудования из помещений, 21-воздухоотвод,
22-выход на крышу, 23-слуховое окно, 24-слуховое окно, 25-труба, 26-разделительная стена, 27-чердачное перекрытие, 28-разделительная стена, 29-теплоизоляция.
Разнообразные возможности по использованию скатных крыш более-менее известны всем, и всё же следует отметить, что на протяжении почти всего последнего столетия чердачные пространства в домах играли незначительную роль.
В лучшем случае чердаки в богатых домах использовались для сушки белья, а в сельской местности – для хранения урожая, и в наши дни в деревнях до сих пор чердаки используют для хранения урожая или корма для скота.
Современные дома, в том числе и загородные коттеджи в большинстве случаев строят с использованием чердачного пространства под подсобные помещения или для жилья.
Говоря о чердаках, мы с одной стороны подробно рассмотрим собственно крышу, а с другой стороны, чердачное пространство, которое можно использовать под различные нужды. Таким образом, выбор формы и конструктивного исполнения скатной крыши зависит от того, каким образом представляется использовать чердачное пространство в целом. Для целей простого хранения достаточно обеспечить небольшое чердачное пространство и сформировать по краям ограничивающую перемещение людей стропильную конструкцию, если же чердачное пространство планируется использовать для проживания людей, то необходимо выбрать такую геометрию и конструктивную схему, которая позволит сделать наибольшую часть чердачного пространства пригодной для использования.
Рис.106 (общий вид)
Старинные проекты построек характеризуются, как правило, отсутствием детальной проработкой отдельных узлов и чаще всего представлены в виде эскизного проекта в лучшем случае или в виде рисунка. Характерной особенностью является использование массивной древесины в несущих конструкциях, значительные сроки службы и пристальное внимание вопросам проветривания чердачного пространства.
Чердачное пространство для проживания людей использовалось достаточно редко и что очень важно, старинные постройки отличаются значительными углами наклона крыши, как в российском, так и в европейском строительстве.
Рис.107 (разрезы и узлы)
Рис.108 (разрезы и план крыши)
Анализируя воздействующие на крышу дома факторы, можно констатировать, что она находится под влиянием физических и химических явлений, которые исходят как снаружи, так и изнутри, способные привести к её повреждению.
На внешнюю поверхность кровли воздействуют не только естественные погодные условия, но и в значительной степени возросло влияние окружающей среды: загазованность, радиоактивное и магнитное излучение, кислотные дожди и т.д.
Всё, что оказывает негативное влияние на здание, требует внимательного отношения к проведению защитных мероприятий.
Хуже бездействия может быть только некомпетентность. В дальнейшем речь пойдёт о том, чтобы повысить компетентность студентов в рамках использования того положительного опыта, который накоплен предыдущими поколениями и изложен в самых современных изданиях, самых передовых взглядов и теории строительства крыш.
Если чердачное пространство используется только для хранения ненужных вещей или урожая, то здесь необходимо обратить внимание на напряжения в сфере строительной физики здания: давление ветра, продувание, воздействие осадков и т.д.
Если чердачное пространство используется для постоянного пребывания человека, то к этим факторам добавляются дополнительные, такие как: теплоизолирующие свойства крыши, водостойкость и герметичность.
Ветроустойчивость и герметичность.
Структура скатной крыши должна соответствовать требованиям ветроустойчивости, с одной стороны она должна противостоять ветровому давлению, а с другой стороны противостоять возникающим ветровым подсосам.
В зависимости от угла наклона различных скатов крыш влияние ветра ( в плане давления и проникновения) проявляется различным образом. Очевидно, что с увеличением высоты здания и крутизны ската кровли давление ветра возрастает, так же как и степень затяжки воздуха под кровлю. В ходе расчётов помимо геометрических размеров следует принимать во внимание и местную специфику условий: розу ветров, количественную характеристику силового воздействия ветра, возможность экранирования и другие факторы, а также несущую способность кровельных материалов, труб, антенн и других элементов.
Рис.109
На рис.109 представлено ветровое воздействие на элементы крыши, влияние вентиляции и формирование отсоса ( появление эффекта отрыва).
Кровлю домов практически невозможно сформировать так, чтобы в чердачном пространстве вообще не было движение воздуха, поскольку силовое давление ветра и эффект всасывания будет происходить из-за имеющихся стыков, задача состоит в том, чтобы такое влияние снизить. Наилучшая воздушная изоляция достигается правильным формированием подкладочных слоёв и использованием по возможности наибольшего количества теплоизоляционных материалов.
а б
в г
Рис.110
Где, а - сечение с указанием направления ветра, б – монтируемый, без воздушных протоков (плохой вариант), в – монтируемый, с вентиляционными протоками (хороший вариант), г – монтируемая стропильная система на железобетонную несущую конструкцию (удовлетворительный вариант).
Водоустойчивость и гидроизоляция. При проектировании и эксплуатации крыш следует всегда считаться с возможностью появления моросящих и ливневых дождей, снеговой нагрузкой и возможностью быстрого таяния или замерзания влаги на кровле, появления обледенения. Все эти факторы вызывают дополнительные напряжения в конструкциях и приводят к промоканию крыши. Хорошо спланированная и выстроенная крыша не должна пропускать осадки.
В зависимости от степени защиты различают водонепроницаемые и гидроизолирующие кровли крыш. Когда говорят о водонепроницаемой крыше, то чаще всего подразумевается метод наклеивания кровельного покрытия (рулонного или штучного).
С помощью особого соединения металлических листов (вальцевые) также можно добиться эффекта водонепроницаемой кровли, но при этом следует иметь в виду возможность появления конденсата на остывшей внутренней поверхности металлических листов.
При возведении скатных крыш чаще всего применяют гидроизоляционные покрытия, но при этом необходимо выполнять одно единственное условие: крыша обязательно должна устраиваться с вентиляционным проветриванием.
По конструктивному исполнению следует различать холодные и тёплые крыши.
Холодная крыша представляет собой двухслойную кровельную структуру, в которой теплоизолированную обшивку с внутренней и внешней стороны отделяет воздушный слой. Тёплая крыша устраивается таким образом, что внутреннее и внешнее пространство отделяется одним или более слоями.
Скатные крыши практически всегда устраиваются холодными.
При проектировании скатных крыш следует руководствоваться следующими правилами:
- угол наклона крыши должен быть таким, чтобы вода не могла долго задерживаться на поверхности кровли
- материал кровли должен быть таким, чтобы вода беспрепятственно стекала, а ветровой напор в наименьшей степени вдавливал бы осадки в зазоры между элементами
- связь кровли и дополнительных элементов должна быть прочной
- пути отвода воды с кровли должны быть минимальными.
Совместное воздействие ветра и осадков может
причинить огромный вред конструкциям.
На рис.111 показана схема, достаточно часто
используемая при возведении кровель,
главным недостатком такой конструкции
является установка обрешётки на стропила,
т.е. при проникновении влаги через кровлю,
отвод воды будет затруднён (мешает попереч
но установленная обрешётка),
следовательно существует вероятность
попадания влаги в другие конструктивные
элементы.
Более предпочтительным вариантом является
установка по стропильной системе контроб
шётки с устройством коврового
гидроизоляционного паропроницаемого слоя,
с последующей монтажом обрешётки.
Где, 1 – кровля крыши, 2 – нахлёст,
3 – направление движения осадков,
4 – обрешётка, 5 – стропильная нога,
6 – нежелательное промокание.
Рис.111
В вопросах обеспечения надёжной
гидроизоляции крыш особое место занимает
таяние снега и появления талой воды, в
отдельных местах она может скапливаться,
и неизбежно проникновение влаги через не-
плотности в ограждающие и несущие
конструкции. Механизм такого явления
предельно ясен из рис.112.
Методы борьбы с таким нежелательным
явлением существуют и они сводятся:
- к формированию геометрии профиля крыши
- проектирование подогрева участков крыши
- своевременная очистка от снега и наледи
при эксплуатации крыши.
Рис. 112
Теплоизоляция и теплостойкость. Кровля, вступающая в непосредственный контакт с солнечным излучением, ветром, дождём и снегом, не пригодна для того, чтобы полностью защитить чердачное пространство от перегревания и значительного охлаждения.
Из-за перепада температур, достигающего иногда 1000 С, вытекают требования :
- кровельный материал подбирают таким образом, чтобы крыша была способна перенести значительный перепад температур без повреждений
- соединения кровельных материалов следует осуществлять с зазором, с тем чтобы конструкция смогла выдержать сдвиги, вызванные температурными перепадами
- кровельные материалы, чувствительные к поверхностному нагреванию следует предохранять светоотражающими материалами.
Если предполагается активное использование чердачного пространства, то в этом случае необходимо устраивать теплоизоляцию под кровельным слоем с проветривание.
При защите внутреннего пространства дома послойную изоляцию и сопряжения надо выбрать так, чтобы появляющиеся на внутренней поверхности осадки, пар и конденсат можно было бы соответствующим образом отвести.
При выполнении теплоизоляции крыши необходимо принимать во внимание, что хорошо выполненная теплоизоляция, утрачивает свою эффективность, если не обращать внимания на воздухо- и водонепроницаемость, герметичность кровельного покрытия.
При выполнении скатных крыш теплоизоляционный материал очень часто располагают между стропилами, таким образом они превращаются в температурные мосты.
В следствии этих температурных мостов деревянные поверхности под стропилами выцветают, поскольку дерево имеет теплопроводность в три-четыре раза выше, чем теплоизолирующие материалы. Данная проблема может быть решена установкой дополнительного слоя теплоизоляции, перекрывающей стропила, в результате в летний период снизится их нагревание, а срок службы увеличится.
Для правильного функционирования скатных крыш большое значение имеет вентилирование, даже большее, чем это принято считать. Наиболее часто встречающейся ошибкой при возведении крыш является отсутствие должной вентиляции.
Если возводится крыша с пустым чердачным пространством, то она должна быть выполнена так, чтобы воздух протекал через навес во внутрь, а прогревшись, удалялся через отверстия вблизи от конька. Например, традиционные куполообразные черепицы должны укладываться не на раствор, а на сухо. Под свесом козырька через каждый метр следует устраивать отверстия сечением 20 см2 через которые воздух чердачного пространства будет пополняться.
Современные кровельные системы снабжаются специальными устройствами, оборудованные вентиляционными отверстиями, однако было бы ошибкой располагать такие вентиляционные отверстия на крыше равномерно. Правильное решение такое, когда пополнение воздуха происходит из-под навеса, или через помещённые над навесом во втором или четвёртом ряду вентиляционные черепицы, а удаляется воздух через черепицы, расположенные вблизи конька. На фото 70 стрелкой помечено правильное расположение черепиц для удаления воздуха.
Фото 70