Несуча конструкція даху - кроквяна система. Від її міцності залежить довговічність всього будинку - герметичність покрівлі, стійкість стін. Крокви важливо виконати за всіма правилами і на основі конструкторського розрахунку. Навантаження, які повинна нести кроквяна система, ділять на постійні і тимчасові. До перших відносять вага самої системи, покрівельного «пирога» і покрівельного матеріалу. Другі включають вітрову і снігову навантаження (величина яких залежить від регіону будівництва), а також вага людей, які ходять по даху під час ремонту або інших робіт. При розрахунку навантажень враховують також коефіцієнти запасу, ухил і форму даху.
При проектуванні кроквяної системи беруть до уваги умови її обпирання на стіни, вимоги влаштування мансарди або горища, наявність на даху вікон (мансардних або вертикальних), фронтонів, інші особливості, зумовлені планувальними рішеннями будинку. Кроквяну систему збирають з окремих елементів, на кожний з яких діють сили в певних напрямках. Вкрай ризиковано зводити дах без проекту, виконаного на основі конструкторського розрахунку. Неприпустимо також залучення до будівельних робіт малодосвідчених фахівців. Вимоги до проектування дахів викладені в ДБН В.2.6-161: 2010 «Дерев'яні конструкції. Основні положення ».
Вимоги до кроквяної системи
Кожен елемент системи, а також вся вона в цілому повинні бути жорсткими, тобто не деформуватися під дією навантажень тиску, зсуву, распора. З урахуванням того, що жорстким геометричним елементом є трикутник, кроквяну систему будують саме на основі цієї фігури. Тобто з лінійних елементів, жорстко зв'язаних між собою (дощок, брусів або металевих профілів), формують конструкції у вигляді трикутників. Їх ще називають фермами або рамами і встановлюють паралельно один одному або в іншому порядку, визначеному проектом, забезпечуючи жорстке закріплення на своїх місцях. Непрофесійно зроблена «рухлива» дах не тільки буде протікати, але й може зруйнувати стіни будинку.
Дах має бути легкою »щоб додатково не навантажувати будівлю. У більшості випадків кроквяну систему роблять з дерева. А в будинках з застосуванням металевих конструкцій (наприклад каркасних на основі металу) несучу конструкцію даху теж роблять металевої. Дахи, що мають особливо складну просторову форму, також іноді виконують з металу, оскільки він міцніший дерева і легко дозволяє забезпечити складні з'єднання в будь-яких напрямках. Кроквяна система повинна бути зроблена з якісного матеріалу, оскільки вона насилу піддається ремонту (а при мансардного даху навіть доступ до огляду крокв неможливий). Для крокв, затягувань, прогонів (конструкцій, підданих розтягування і вигину) можна використовувати деревину не нижче I сорту хвойних порід. Вологість деревини повинна бути не вище 18%. Слід суворо дотримуватися конструктивні і захисні заходи, що подовжують термін служби дерева. Всі елементи кроквяної системи повинні бути оброблені антисептиками проти гниття і грибка, а також антипірени-нами, що підвищують стійкість при пожежі.
Основні елементи конструкції
Багаторічний досвід будівництва дозволив виробити оптимальний склад елементів, з яких складається кроквяна система будинку, їх параметри і способи з'єднання. В даний час розрахунки дозволяють оптимізувати конструкції в сторону економії деревини, розроблені більш прості способи сполук. Але як і раніше кроквяну систему даху будинку збирають з окремих елементів, які використовують в різних поєднаннях залежно від конкретної конструкції.
1. Кроквяна нога (стропіло)-балка, що створює ухил даху і опору для покрівлі. На крокви діють сили, що примушують їх згинатися і прагнути від похилого положення до горизонтального. Крокви виконують з дощок, в яких розмір перетину у вертикальному напрямку значно більше, ніж у горизонтальному.
2. Затягування - розташована горизонтально дошка або брус, що з'єднує між собою крокви на протилежних скатах і перешкоджає розповзання їх в сторони.
3. Мауерлат - брус з перетином, близьким до квадратному, на який крокви спираються своїми нижніми кінцями. Він лежить на стінах будинку і рівномірно передає на них навантаження від даху.
4. Прогін - брус, на який спираються крокви своїм верхнім кінцем (коньковий прогін) або в середній частині. На прогін діють згинальні його вертикальні сили.
5. Стійка - вертикальний елемент, який підтримує крокви або прогін. Сприймає вертикальні навантаження, спирається на стіни, колони нижнього поверху або ж на прогін (лежень), покладений на перекриття поверху.
6. Підкіс - брус, спрямований під кутом до вертикалі, підпирає стропіло і перешкоджає його прогину.
7. Вітрова балка - дошка, якою пов'язують між собою кроквяні ноги, що утворюють скат даху. Перешкоджає зрушенню кроквяних ніг відносно один одного і переміщень даху при вітрових навантаженнях. Вітрову дошку розташовують під кутом до лінії схилу даху, прибиваючи її до крокв з боку горища.
8. Кобилка - дошка, яку кріплять до нижньої частини крокв для створення звису покрівлі.
9. Шпренгель - балка з бруса або колоди, укладена горизонтально на суміжні стіни перпендикулярно бісектрисі кута між ними. Шпренгель зміцнює кроквяну конструкцію, надає їй стійкість, сприймаючи горизонтальні вітрові навантаження.
10. Нарожнік - укорочена кроквяна нога в конструкції вальма покрівлі, яка спирається одним кінцем на діагональну ногу, а іншими на мауерлат.
Форми дахів
Односхила. Зазвичай має невеликий ухил - 14-26 °. У невеликих будівлях з прольотом до 5 м її виконують на основі наслонние кроквяної системи з опертям на зовнішні стіни і на внутрішню за її наявності. У будовах з великим прольотом застосовують кроквяні ферми.
Двосхилий. Проста у виготовленні мансардна або горищний дах, її використовують в будинках з ухилом 14-60 °, проліт може досягати 16 м. При відстані між зовнішніми стінами до 6 м можна застосувати висячі крокви. При великих прольотах і наявності внутрішніх опор використовують систему з похилими кроквами, а за їх відсутності - кроквяні ферми.
Чотирьохскатна (вальмовая). Складніша в монтажі, ніж двосхила, але економічна дах (за рахунок відсутності фронтонних стін), придатна для мансард і горищ, ухил може становити 20-60 °, проліт - до 12 м за наявності внутрішніх опор. Виконують на основі системи з похилими кроквами або кроквяних ферм.
Мансардний (ламаний). Дах має скати, пологі у верхній частині, а в нижній ухил може бути більш 60 °. Дозволяє збільшити площу мансардних приміщень на поверсі, зазвичай її застосовують у будівлях шириною до 10 м. Частіше виконують на основі системи з похилими кроквами, але набагато простіше монтувати такий дах при використанні кроквяних ферм.
Типологія
Є кілька принципових типів кроквяних систем. Вибір конкретної конструкції залежить від розміру і форми будинку, розташування несучих стін, форми даху, наявності внутрішніх стін та ін Кожен з типів кроквяних систем має різні варіанти рішень, крім того, на одному об'єкті їх можна комбінувати.
Система з висячими кроквами. Зазвичай використовується в двосхилих дахах з прольотом між несучими зовнішніми стінами до 6 м при відсутності внутрішніх стін. Крокви у своїй верхній точці спираються один на одного, у нижній - на мауерлат. Оскільки крокви прагнуть роз'їхатися в сторони, створюючи розпір на стіни, в системі присутній затяжка, що скріпляє між собою кроквяні ноги з протилежних скатів. Затягування у вигляді балок можуть розташовуватися біля основи крокв і одночасно служити балками перекриття. Затягуванням може бути також залізобетонне перекриття поверху (в цьому випадку воно має бути жорстко пов'язано з обома протилежними стінами). Затягування (так званий ригель) може розташовуватися і вище основи крокви, у тому числі на висоті, що дозволяє влаштувати мансардне приміщення, що зручно при крутому нахилі даху (40-60 °). Якщо застосовувати систему при прольоті між зовнішніми стінами більше 6 м, то крокви необхідно підпирати розкосами або стійками, встановленими на прогони, укладені на перекриття. При цьому довжина нижньої частини кроквяної ноги повинна бути не більше 4,5 м.
Сфера застосування: однопрогонові будівлі зі стінами з кам'яних матеріалів.
ГІДНОСТІ: можливість перекривати великі прольоти без проміжних опор.
НЕДОЛІКИ: необхідність компенсації распора на стіни за допомогою затяжок, велике навантаження на крокви і, як наслідок, велику вагу кроквяної системи.
Система з похилими кроквами використовується в дахах з будь-якими ухилами, різної форми, з прольотами між зовнішніми стінами 10-16 м за наявності в межах прольоту опор (внутрішніх стін або колон). Кроквяні ноги у верхній частині спираються на коньковий прогін, який, у свою чергу, підтримується стійками або лежить на внутрішній стіні (лежня). Нижні частини кроквяних ніг спирають на мауерлат. У цій системі навантаження спрямовані вертикально, розпір стін не виникає, затяжка між кроквяними ногами не потрібна. При великій відстані між зовнішніми стінами (наприклад до 16 м) для обпирання крокв замість конькового прогону можна використовувати два бічних, що спираються на стійки, а також ригелі і підкоси, які служать для зменшення вигину кроквяних ніг. При створенні мансардного поверху наслонние крокви зручно спирати на стінку, висотою 1-1,5 м (вона називається Аттиковий), при цьому не потрібно її посилення залізобетоном. Або ж можна використовувати кроквяну систему з зламами (мансардний дах з ламаними скатами).
Сфера застосування: для простих і складних дахів з ухилом 20 - 60 °, в тому числі для односхилих дахів, для дахів каркасних і дерев'яних будинків.
ГІДНОСТІ: універсальність, простота виготовлення, легкість в порівнянні з системою висячих крокв.
НЕДОЛІКИ: вимагає наявності додаткових опор.
Кроквяні ферми також універсальні в застосуванні. Ферма - це плоский елемент кроквяної системи, що включає в себе, відповідно до розрахунків, крокви, затягування, стійки, розкоси. Всі елементи розташовані в межах нижнього і верхнього пояса ферми таким чином, що не потребують додаткових опорах у вигляді внутрішніх конструкцій будівлі. Ферма спирається лише на зовнішні стіни, створюючи на них тільки вертикальний тиск, може мати великий проліт (16 м - не межа). За допомогою цих систем можна забезпечити різну форму даху (трикутну, ламану, трапецієподібну і т. п.) і будь-який необхідний ухил. Ферми (виготовлені на будмайданчику або доставлені з заводу в готовому вигляді) встановлюють на розрахунковому відстані один від одного. При великому прольоті їх можна збирати з кількох частин. Для горищного даху нижній пояс ферми проектують горизонтальним, і він служить основою стелі кімнати. При створенні мансарди конфігурацію простору можна забезпечити відповідною формою нижнього поясу ферми.
Сфера застосування: для будь-яких типів будівель, при великих прольотах, при відсутності внутрішніх опор, для дахів складних форм, для горищних дахів з невеликим ухилом (14-26 °), у тому числі односхилих.
ГІДНОСТІ: швидкість і простота виконання конструкції даху, можливість заощадити на витраті деревини до 30% в порівнянні з системою кустарного виготовлення (завдяки точному розрахунку перетину елементів). Можливість забезпечити вільне планування великого простору.
НЕДОЛІКИ: потрібні додаткові кошти на розрахунок і конструювання.
З'єднувальні елементи
Міцність і довговічність кроквяної системи залежить від правильного рішення вузлів сполучення елементів один з одним. З'єднання повинні забезпечувати передачу розрахункових зусиль і навантажень в певному напрямку, працювати в умовах динамічних навантажень, забезпечувати роботу вузлів при висиханні деревини, появі тріщин від усихання. Традиційно елементи кроквяної системи з'єднують між собою за допомогою врубок, доповнених цвяхами, металевими шпильками, скрутками. Для створення таких сполучень необхідно майстерність тесляра (причому кожен з майстрів використовує свої прийоми), крім того, дерев'яні конструкції повинні мати великі перетину, які дозволяють безпечно послаблювати конструкцію, роблячи врубки. Традиційні з'єднання відрізняються надійністю, проте не сприяють економії деревини, будучи розрахованість на використання колод (круглого лісу).
Сьогодні для елементів кроквяної системи використовують оброблену деревину у вигляді дощок і брусів з площею перетину в кілька разів менше, ніж у колод. З'єднують деталі без врубок, використовуючи метал, в тому числі болти і нагелі. Сучасний простий і економічний спосіб сполучення елементів даху - за допомогою накладок з перфорованої смугової сталі з антикорозійним покриттям. Накладки кріплять до деревини цвяхами або ж використовують зубчасті пластини, які утаплівают в деревину. Переваги з'єднання за допомогою металевих накладок:
- можна зменшити перетин крокв, стійок, підкосів і знизити витрату деревини до 20% в порівнянні з традиційними кріпленнями;
- для виконання з'єднань не потрібна висока плотничьей майстерність;
- скорочується термін монтажу кроквяної системи.