Конструкция скатной кровли определяется не только внешним видом, определенным архитектором и заказчиком, но также и наличием жилого помещения под крышей. В случае если помещение под крышей не является эксплуатируемым, то утепление (наличие теплоизоляционного слоя) не является обязательным, и этот вариант является одним из самых простых.
Гораздо сложнее конструкция, если помещение эксплуатируемое. Поэтому в данном случае будет рассмотрен именно этот вариант.
Основная несущая система скатной крыши — стропильная система. Она может быть выполнена из:
— деревянных досок;
— деревянных брусьев
— металлических тонкостенных профилей.
Второстепенная несущая система — обрешетка, которую выполняют из:
— деревянных досок;
— деревянных брусьев
— металлических тонкостенных профилей.
Вспомогательный конструктивный элемент – контррейка, предназначенная для крепления гидро- и ветрозащитных пленок.
В кровельную систему могут также быть включены элементы безопасности: снегозадержатели, лестницы, ограждения и пр.
Самонарезающие винты для крепления металлических и деревянных элементов крыши.
Стропильная система скатной кровли
Стропильные конструкции обеспечивают прочность и устойчивость скатной кровли. Неправильно рассчитанные и выполненные стропильные конструкции, неверное определение или недооценка нагрузок на них (вес кровельного покрытия, снеговой нагрузки) могут привести не только к деформациям стропильных конструкций и нарушению кровельного покрытия, но даже и к обрушению крыши. Поэтому расчет стропильной является важным моментом при проектировании крыши, и производить его надо обязательно. Мнение, что достаточно положиться на опыт соседей или бригады строителей, которые возвели уже не одну кровлю, нередко оказывается в корне ошибочным. Такой вариант еще может быть приемлемым для дома размером 6 х 6 м, где для изготовления стропил при их шаге один метр годится практически любая обрезная доска, которую можно найти на рынке (к примеру, 50 х 150 мм — это даже с запасом). Но при размерах дома 10 х 12 м (в плане) или даже больше, как показывает практика, обязательно возникают ошибки, которые при эксплуатации превращаются в серьезные проблемы. А их решение может потребовать значительных капитальных затрат.
В связи с этим проектирование и возведение стропильной системы целесообразнее все же доверить профессиональным компаниям, которые в состоянии выполнить точный компьютерный расчет элементов стропильной конструкции с использованием специализированного программного обеспечения, сделать проект стропильной системы в соответствии с видением крыши архитектором и пожеланиями застройщика. Это не только обеспечит прочность и надежность стропильной системы, но и позволит избежать лишних расходов строительных материалов.
Стропильная конструкция в самом общем виде состоит из стропил (стропильных ферм), передающих нагрузку от собственного веса крыши, снега, ветра на стены и внутренние опоры, и обрешетки. Конструктивные особенности стропильной системы в значительной степени также определяется и выбранным кровельным материалом. Например, с металлочерепицей, профнастилом, волнистыми листовыми материалами стропильная система будет иметь свои особенности, а при выборе гибкой черепицы — другие.
Стропила. Они являются несущей конструкцией, принимающей на себя вес кровли. Стропила могут быть наслонными или висячими. Наслонные стропила могут без дополнительных опор перекрывать пролет до 6,5 м. Ноги стропил при этом опираются на верхние венцы в рубленых зданиях, обвязку в каркасных и на мауэрлат, т. е. опорные элементы в каменных и кирпичных домах. Мауэрлат может быть сделан виде отдельных фрагментов, укладываемых под стропильную ногу, или быть цельным по всей длине дома.
Если необходимо перекрыть большой пролет без промежуточных опор, то применяются висячие стропила, которые передают на мауэрлат только вертикальное давление. Их основные элементы, то есть стропильная нога и затяжка, могут дополняться решеткой из подкосов, стойки и ригеля. Она необходима для увеличения жесткости всей системы, предохранения стропильных ног от прогиба и позволяет уменьшить при этом их сечение.
Толщина стропильной ноги зависит от ее длины, расстояния между стропилами, веса кровли, количества выпадающего зимой снега, силы ветров в данной местности.
Именно с расчета стропильных ног начинается проектирование скатной крыши. Их сечение определяют исходя из действующих нагрузок (тяжесть самой конструкции, кровельного «пирога», снеговая и ветровая нагрузка) и угла наклона кровли, причем с запасом прочности (не менее 1,4). Расчетом также определяют и расстояние между стропилами (шаг). Конструктор-проектировщик рассчитывает пролеты, разрабатывает фермы, если таковые необходимы, проверяет несущую способность опор и соответствующего фундамента под ними. Решает, наслонные применить стропила или висячие. Определяет, есть ли необходимость в промежуточных элементах: раскосах, позволяющих разгрузить стропила, или затяжках, призванных препятствовать «разъезжанию» конструкции. Предугадать заранее, какой будет стропильная конструкция, можно, лишь если речь идет о «коробке» 6 х 6 м. Для такого рода строений наработана масса типовых решений, да и ошибки в конструкции, коль скоро дом небольшой, будут легко поправимы.
Обрешетка. Этот элемент стропильной системы служит для прикрепления кровельного материала, воспринимает нагрузку от кровельного покрытия и снега, давления ветра и пр., 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, как правило, используют под гибкую черепицу или фальцевую кровлю. Его до последнего времени обычно делали из обрезной доски или влагостойкой фанеры. Сегодня на рынке появился новый материал — ориентированно-стружечная плита (OSB), который с успехом используют для сплошной обрешетки.
Шаговую обрешетку устраивают для металлочерепицы, профнастила, волнистых кровельных материалов, штучной черепицы. Шаг обрешетки определяется, во-первых, кровельным материалом, во-вторых несущей способностью материала, используемого для обрешетки, в-третьих, шагом между стропилами. Например, для легкой кровли (металлочерепичной, из профнастила, волнистых кровельных материалов) при толщине доски 2 см можно убрать каждую третью доску из условной сплошной обрешетки, а при толщине доски 3 см можно убрать каждую вторую доску. Однако при устройстве, например, кровли из металлочерепицы расстояние между досками обрешетки должно соответствовать тайлу волны металлочерепицы (тайл — продольная длина профилированного выступа металлочерепицы). Также следует учитывать жесткость кровельного покрытия: при более высокой волне профнастила можно увеличивать шаг обрешетки.
Материалы для стропильных конструкций
До недавнего времени основным материалом для изготовления стропильных конструкций и обрешетки в коттеджном строительстве оставалось дерево. Этот материал обладает многими положительными качествами, но вместе с тем имеет и ряд недостатков. Дерево горюче, подвержено разрушительному действию воды, насекомых и т. д. Однако с недавних пор стали применять стропильные конструкции заводского изготовления, которые при производстве пропитываются антисептическими и огнезащитными составами, вследствие чего конструкции способны противостоять негативным деструктирующим факторам. Использование современной деревянно-каркасной технологии дает возможность возводить большепролетные сооружения: стропильные фермы могут иметь безопорный пролет до 30 метров, что позволяет получить свободную планировку внутренних помещений. Поскольку стропильные конструкции заводского изготовления, то непосредственный монтаж на объекте длится всего несколько дней (при правильной организации производственного процесса, разумеется).
В настоящее время в Украине предлагается несколько технологий изготовления каркасов. Наибольший объем деревянно-каркасной застройки осуществляется по технологии MiTek. Особенность этой технологии – модернизированные соединения в узлах брусьев, сделанных из цельного массива хвойных пород дерева. Эти соединения выполняют с помощью металлических зубчатых пластин (МЗП), изготовленных из стали, оцинкованной с двух сторон. В заводских условиях из брусьев путем соединения их МЗП собирают конструкции, предусмотренные проектом. Затем непосредственно на площадке осуществляется сборка каркаса, который с помощью анкерных соединений надежно крепится к наружным стенам здания.
Еще одна быстро распространяющаяся технология — применение двутавровых деревянных балок под зарегистрированной торговой маркой «Солид». Их изготовлением занимается одесская компания «КМС-групп». Как и по технологии MiTek, каркас монтируется непосредственно на месте.
В последнее время широкое распространение получило строительство малоэтажных быстровозводимых зданий (коттеджей, загородных домов, дачных домиков и т. д.) по технологии ЛСТК (ЛСТК — легкие стальные тонкостенные конструкции, в том числе и так называемый термопрофиль). Эта технология предполагает выполнение стропильной системы и обрешетки из тонкостенных оцинкованных профилей.
Новинкой также является использование термопрофиля. От других видов металлического каркасного профиля он отличается наличием ряда сквозных отверстий, расположенных вдоль профиля. Эти отверстия существенно снижают теплопроводность профиля, уменьшают влияние «мостиков холода». Именно высокие положительные теплоизоляционные качества термопрофиля позволяют широко применять его для возведения стропильных конструкций. Благодаря более высоким теплосберегающим свойствам термопрофиля появляется возможность существенно уменьшить, а в некоторых случаях не использовать дополнительный слой утеплительного материала, кроме основного, что позволяет экономить средства.
Каркас из термопрофиля, заполненный утеплителем с расчетным коэффициентом теплопроводности, равным 0,04 Вт/(м·К), толщиной 100мм, облицованный изнутри гипсокартонными плитами (ГКП), имеет приблизительно такие же теплозащитные характеристики, как и стены, выполненные, например, из деревянного бревна толщиной 0,45 м. Однако прочность термопрофиля и продолжительность его службы значительно превышают аналогичные показатели деревянных конструкций при прочих равных условиях эксплуатации. По данным исследований, с учетом естественной эмиссии цинка время жизни конструкций из оцинкованного термопрофиля составляет около 100 лет. Вместе с тем термопрофиль не деформируется и не меняет свои размеры во время эксплуатации. В совокупности с высокой эластичностью это обуславливает его сейсмоустойчивость. К тому же, термопрофиль пожаробезопасен.
Для кровельной обрешётки используется так называемый омега-профиль. Обычно длина профиля не ограничена, а его толщина составляет 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5 мм. Изготавливается этот профиль из тонколистовой оцинкованной стали 08пс, 08ю, 08кп, соответствующей ГОСТ 14918-80. При толщине 0,7 мм и полке 25 мм профиль обладает площадью сечения 1,15 кв. см и теоретической массой 0,901 кг/пог. м. Для сравнения: профиль толщиной 1,5 мм имеет площадь сечения 2,45 кв. см и теоретическую массу 1,916 кг/пог. м. Между тем, профили с полкой 40 мм при толщине 0,7 мм обладают площадью сечения 1,49 кв. см и теоретической массой 1,171 кг/пог. м. Такой же профиль толщиной 1,5 мм будет иметь уже теоретическую массу 2,498 кг/пог. м и площадь сечения 3,18кв. см.
При выборе ЛСТК следует учитывать, что долговечность оцинкованных стальных профилей определяется, в первую очередь, толщиной слоя цинка, нанесенного на сталь. Длительный срок эксплуатации имеют только те профили, толщина слоя цинка у которых составляет не менее 275 г/кв. м. Также следует отметить, что ряд операторов рынка в целях удешевления производят профили из стали с более тонким слоем цинкового покрытия.
После того как каркас собран, он обшивается, для чего снаружи используют влагостойкую фанеру, OSB-плиту, цементно-стружечную плиту (ЦСП) и пр., а изнутри – гипсокартонные плиты или OSB-плиты. Полости внутри каркаса заполняются теплоизоляционным материалом, образуя, таким образом, своеобразный сандвич. Для защиты утеплителя от намокания применяют паро- и гидроизоляционные пленки и мембраны.
Конструкция кровельного «пирога»
Конструкция представляет собой «многослойный пирог». Его внутренним слоем (ограждающие конструкции помещения) является отделочный слой, который может быть выполнен из различных материалов: гипсокартонных плит, OSB-плит, цементно-стружечных плит, плит AQUAPANEL, выпускаемых компанией Knauf, магнезитовых плит, дерева и пр.
Следующий слой (по направлению к кровельному покрытию) — паробарьер. Он предназначен для предотвращения попадания водяных паров, образующихся в результате жизнедеятельности человека, во внутрь теплоизоляционного слоя.
Далее следует слой теплоизоляционного материала, необходимый для создания комфортной температуры в помещении под крышей как зимой, так и летом.
Следующий слой — гидробарьер, предназначенный для предотвращения попадания воды в слой теплоизоляционного материала.
Последний, внешний, слой — непосредственно кровельный материал.
При утеплении крыши самое рациональное решение – размещение теплоизоляционного материала между стропилами. Здесь возможны два варианта:
— толщина слоя теплоизоляции равно высоте стропильной доски;
— толщина слоя теплоизоляции меньше высоты стропильной доски.
Вариант, когда толщина слоя теплоизоляции больше высоты стропильной доски является неприемлемым, так как под воздействием нагрузки слой теплоизоляции сожмется и уменьшится, из-за чего произойдет снижение его теплоизоляционных свойств.
Изнутри слой утеплителя закрывается пароизоляционным слоем, который затем закрывается отделкой, например, гипсокартонной плитой. При этом очень важно, чтобы между гипсокартоном и пароизоляционным слоем был воздушный зазор приблизительно 20 мм. В противном случае на слое паробарьере будет происходить конденсация влаги, капли воды будут попадать на отделочный слой, где неизбежно будут появляться влажные пятна. Идеальный случай, если этот воздушный зазор соединен с вентиляционной системой всего здания. Если это выполнить сложно, то в отделочном слое можно устроить вентиляционные отверстия внизу и вверху стены, через которые пар будет выходить в помещение, не конденсируясь на отделочном слое.
Как показывает практика, даже самый хороший паробарьер не полностью перекрывает поступление влаги. Наиболее хорошие пароизоляционные материалы отсекают приблизительно 80% пара, остальной же поступает в теплоизоляционный материал.
Гидробарьер, устраиваемый с наружной стороны утеплителя, должен обладать хорошей паропропускной способностью и в то же время не пропускать влагу. Гидроизоляционные покрытия укладываются поверх стропил и прижимаются к ним контррейкой, которая размещается вдоль стропильной ноги и поверх нее.
Если стропильные доски существенно выше толщины слоя ТИМ, то мембрану гидробарьера целесообразнее укладывать с небольшим провисанием. В результате такого решения образуется дополнительный контур вентиляции: первый вентиляционный зазор — между теплоизоляционным материалом и гидробарьером, второй — между гидробарьером и кровельным материалом. Делается это для того, чтобы влага, выйдя из утеплителя и конденсировавшись на гидробарьере, не скатывалась обратно в утеплитель, а также для вентилирования непосредственно внутренней стороны кровельного покрытия. Однако такое решение будет успешно работать только при условии простых кровельных решений (одно- и двускатных) с незамкнутыми контурами вентиляции.
Конструкция кровельного «пирога» при использовании в качестве кровельного материала гибкой битумной черепицы имеет существенные особенности. Они заключаются в устройстве ветрозащитной пленки, предотвращающей выдувание минераловатного утеплителя, несколько другой, более сложной, конструкции обрешетки, включающей использование влагостойкой фанеры или OSB-плит, ином размещении подкладочного гидроизоляционного ковра. Также существуют особенности устройства вентиляции кровли.
Ошибки
Отечественный опыт строительства крыш с использованием современных кровельных материалов показывает, что вентиляции кровли уделяется очень мало внимания, а это весьма существенная ошибка. Вентиляция кровли необходима для удаления влаги из теплоизоляционного слоя и деревянных конструкций, снижения вероятности образования льда и сосулек на кровле.
Много ошибок также допускают при устройстве мауэрлата. Чаще всего встречается невыполнение утепление мауэрлата, что приводит к дополнительным теплопотерям. Однако даже при правильном конструктивном утеплении мауэрлата встречаются ошибки неверного выбора теплоизоляционных материалов для теплоизоляции этого узла. Например, для утепления снаружи используют минераловатные теплоизоляционные материалы, что является грубой ошибкой. Не защищенные от атмосферного воздуха они способны быстро набирать влагу, в результате чего происходит снижение сопротивления теплопередаче. Наиболее целесообразным в данном случае является использование или экструдированного пенополистирола (но ни в коем случае не экспандированного!), или ячеистого стекла, то есть материалов с крайне низкой влагопоглощающей способностью, но в то же время эффективных с точки зрения сопротивления теплопередаче.
Неверно в подавляющем большинстве случаев выполняется стропильная система из легких стальных тонкостенных профилей. Металл является хорошим проводником тепла, поэтому промерзание стропильной конструкции происходит достаточно глубоко вглубь крыши. Это чревато образованием конденсата и намоканием теплоизоляционного материала, уложенного между стропилами. Использование легкого стального термопрофиля, конечно, снижает этот эффект, но не ликвидирует его полностью. В связи с этим необходимо утеплять ту часть стропильных ног, которые выступают за мауэрлат наружу. Для утепления, как и в случае с мауэрлатом целесообразно использовать экструдированный пенополистирол или ячеистое стекло.
Современная Кровля, журнал «БудМайстер».
