Несуча здатність стін практично завжди буде забезпечена як би автоматично, причому з великим запасом: на 200-250% (ми, звичайно ж, не розглядаємо випадки, коли недобросовісні будівельники вкрадуть 70% цементу, дощок, або інших будматеріалів, а потім все будова звалиться при сильному вітрі або навіть під вагою власного даху). На відміну від стін з конструкцією даху все по-іншому. Її треба обов'язково прораховувати. Не можна приймати до уваги досвід сусідів чи бригади будівельників, «які побудували даху в усьому селищі і залишилися тільки ви». Такий варіант ще якось проходить для будинку розміром 6x6 м, де для виготовлення крокв при їхньому кроці в 1 м годиться практично будь-яка обрізна дошка, яку можна знайти на ринку (наприклад, 50x150 мм цілком підходить і навіть із запасом). Але якщо будується добротний будинок площею, наприклад, 250 кв.м або навіть більше, зневага попереднім розрахунком конструкції даху, може обернутися великими проблемами, вирішення яких потребують значних капітальних витрат.
Кроквяні конструкції
Проектування скатної даху починається з розрахунку кроквяної конструкції. На відміну від наслонних, висячі крокви спираються тільки на дві крайні опори (наприклад, лише на стіни будівлі без проміжних опор). Їх кроквяні ноги працюють на стиск і вигин. Крім того, конструкція створює значне горизонтальне розпирає зусилля, яке передається стінам. Зменшити це зусилля допомагає затягування (дерев'яна або металева), що з'єднує кроквяні ноги. Вона може розташовуватися як у підстави крокв (і в цьому випадку служить балкою перекриття, - саме цей варіант найбільш часто використовується при будівництві мансардних дахів), так і вище. Чим вище вона знаходиться, тим потужніше їй належить бути. І тим надійніше має бути її з'єднання із кроквами.
Далі, при проектуванні кроквяних конструкцій, перше, що потрібно зробити - це розрахунок кроквяних ніг і відстань (крок) між кроквами. Їх перетин визначається виходячи з діючих навантажень (тяжкість самої конструкції, покрівельного «пирога», снігове і вітрове навантаження) і кута нахилу покрівлі, причому з запасом міцності (не менше 1,5). Але цим має займатися вже не архітектор, а конструктор-проектувальник. Він розраховує прольоти, розробляє ферми, якщо такі необхідні, перевіряє несучу здатність опор та відповідного фундаменту під ними. Крім того, потрібно пам'ятати, що відстань, що перекривається похилими кроквами без проміжних опор (стояків), не повинно перевищувати 6,5 м. При наявності однієї додаткової опори це відстань збільшується до 10-12 м, а при двох стійках - до 15 м. Саме конструктор вирішує, які крокви потрібно використовувати - наслонние або висячі. Він визначає, чи є необхідність в проміжних елементах: розкосах, що дозволяють розвантажити крокви, або затяжках, покликаних перешкоджати «роз'їзду» конструкції.
Вгадати заздалегідь, який буде кроквяна конструкція, можна у випадку, коли, знову-таки, йдеться про «коробці» 6x6 м. Для такого роду будов напрацьована маса типових рішень, та й помилки в конструкції, коли незабаром будинок невеликий, будуть легко виправити . Перетини використовуваних крокв в чому диктуються ринком, що пропонують пиломатеріали певного набору розмірів. Якщо стандартні розміри не задовольняють забудовника, тоді будівельники вдаються до додаткових хитрувань: наприклад, нарощують ноги (коли не вистачає довжини) або здвоюють балки для їхнього посилення. Можна також варіант використовувати складальні (клеєні) кроквяні ноги, які можуть бути значно довшим і потужніше за звичайні.
Конструктор визначає також заходи щодо додаткової вологоізоляції, якщо вони необхідні. Наприклад, для натуральної черепиці мінімальний кут нахилу даху - 22 °. На дахах з нахилом від 16 до 22 ° рекомендується укладати під черепицю додатковий шар вологоізоляції. При ухилі від 10 до 16 °, коли можливе задування під черепицю дощу, під покрівельним матеріалом роблять суцільну обрешітку з дощок, а по ній настилають так звану наплавляється покрівлю (рулонні матеріали на бітумній основі, що утворюють суцільний килим). Вода, що потрапила під черепицю, просто скотиться з цієї додаткової покрівлі. Цей прийом можна використовувати і на покрівлях з металочерепиці або «єврошиферу».
Мауерлат
Кроквяні ноги спираються не на самі стіни, а на опорний брус - мауерлат. Мауерлат може розташовуватися по всій довжині будівлі або підкладатись тільки під кроквяну ногу. У дерев'яних конструкціях мауерлатом є верхній вінець зрубу (колода, брус). При цегляних стінах це спеціально встановлюваний врівень з внутрішньою поверхнею стіни брус (із зовнішньої сторони він повинен захищатися вьютупом цегляної кладки). Між мауерлатом і цеглою обов'язково прокладається шар влагоизолирующего матеріалу (наприклад, два шари руберойду). У тому випадку, якщо кроквяні ноги в перетині мають невелику ширину, вони можуть з часом провиснути. Щоб уникнути цього, необхідно застосовувати спеціальну решітку, що складається із стійки і підкосів і ригеля. Стійки й підкоси виготовляються з дощок шириною 150 мм і товщиною не менше 25 мм або з дерев'яних пластин, нарізаних з колод, діаметром не менше 130-140 мм. Як додаткові елементи кріплення використовуються також хомути, болти, скоби, скрутки, зроблені з товстого дроту і т.п. У кожному конкретному випадку набір елементів кріплення, застосовуваний конструктором-проектувальником, може змінюватися, але основні елементи, які традиційно використовуються багато десятиліть, а може бути і століття, залишаються незмінними.
Коньковий прогін
У вершині кроквяної конструкції будь даху укладають прогін, що з'єднує крокви (ферми) між собою. Саме на ньому буде надалі влаштований коник даху. Потрібно враховувати наступні важливі деталі. Якщо в площині кроквяних ніг жорсткість забезпечується самими кроквяними фермами, то для протистояння вітровим навантаженням, що діють, наприклад, з боку Щипца (фронтону), у кожному схилі даху встановлюють необхідну кількість діагональних зв'язків. Ними можуть служити дошки товщиною 30-40 мм, прибиті до основи крайней кроквяної ноги і до середини (або вище) сусідньої. Щоб дах не знесло вітром. кроквяні ноги разом з мауерлатом треба міцно зв'язати зі стінами. Для цього в кладку під кроквяної ногою зашпаровують сталеві шпильки (йоржі) або заздалегідь ставлять заставні елементи, до яких кроквяна нога притягається скруткою зі сталевого дроту діаметром 6 мм.
Навантаження на крокви
Навантаження, які приймають на себе крокви, можна розділити на тимчасові і постійні. До постійних навантажень відносяться власну вагу покрівлі, обрешітки, прогонів і крокв. До тимчасових (сезонних) навантажень належать - сніг, вітер, а також корисне навантаження (якщо вона є). Мінімальна розрахункова величина навантаження, які повинні витримувати крокви - це 200 кг / м в горизонтальній проекції даху (незалежно від ваги покрівельних матеріалів). Взимку накопичився сніг може збільшити цей показник до 400-500 кг / м. Якщо ухил покрівлі більше, ніж 60 °, тоді вважається, що сніг на даху не затримується і його навантаження в розрахунок не приймається. Величини цих навантажень можуть коректуватися шляхом введення поправочних коефіцієнтів, що враховують місцеві кліматичні умови. Власна вага покрівлі та подкровельной конструкції визначається відповідно до використовуваним матеріалом і розмірами всього споруди. Корисне навантаження на крокви потрібно враховувати у випадку використання конструкцій, підвішених до кроквяних фермам стель або встановлених на них водяних баках, вентиляційних камерах і т.д.
Зазвичай конструктор-проектувальник, який розраховує покрівлю, повинен провести два види розрахунків.
Перший - це розрахунок кроквяних ніг, в якому закладається їх міцність (вони ж не повинні зламатися при першій же сніговою або вітрової навантаженні).
Другий - це розрахунок деформації кроквяних ніг, в якому закладається гранично допустима величина прогину. Наприклад, для горищного даху величина прогину крокви не повинна перевищувати 1/250 від довжини ділянки. Тобто, на довжині 6 м прогин може досягати 2 см. Ніби небагато, але якщо перевищити цю величину, деформація стане помітна неозброєним оком. А при великих прогинах дах може почати нагадувати китайську пагоду.
У колишні часи для виготовлення елементів крокв застосовували колоди або напівколоди (це колода, розпиляна уздовж по довжині). Однак, у зв'язку з великим вибором на сучасному ринку різних пиломатеріалів, більшість проектувальників і будівельників воліють використовувати готовий прямокутний брус з перетином, відповідним розрахунковим навантаженням, або дошки перетином 50x150 (50x200) мм, які при необхідності згуртовують. Використовується, в основному, деревина хвойних порід (сосна, ялина, модрина) без пороків, з вологістю не більше 18-22%. З метою підвищення жорсткості і стабільності геометрії кроквяних конструкцій на окремих ділянках можуть застосовуватися різні металеві конструктивні елементи, наприклад в якості опор під найбільш навантажені коньковие прогони. Прольоти між металевими частинами заповнюють дерев'яними елементами.
Подібна комбінована конструкція, безумовно, міцніше просто дерев'яної, проте слід пам'ятати, що з експлуатацією комбінованої конструкції пов'язані певні складності. Справа в тому, що через добового перепаду температур на металевій поверхні може утворюватися конденсат, який призводить до загнивання примикають дерев'яних елементів. І в цьому випадку потрібна обов'язкова обробка дерев'яних крокв вологозахисними складами і застосування плівкових гідроізоляційних матеріалів, ізолюючих метал від дерева. Але навіть при цьому за станом дерев'яних крокв необхідно постійно стежити, що можливо тільки при наявності горища.
Виготовлення кроквяних конструкцій
Візьмемо найпростіший і найпоширеніший випадок - дерев'яні крокви. Як можна їх виготовити? Проглядається тільки два варіанти: перший - замовити кроквяні ферми в майстерні або на заводі, другий - виготовити їх на місці. З першим варіантом більш-менш ясно - після закінчення розрахунків, зроблених конструктором-проектувальником вашого будинку, кроквяні конструкції замовляються в спеціалізованій фірмі або на заводі. Тут потрібно пам'ятати одну просту заповідь: при отриманні замовлення потрібно ретельно перевірити відповідність специфікації замовлення з виготовленої конструкцією. Усі розміри, всі кріпильні і монтажні елементи, матеріал, з якого виготовлені конструкції, повинні повністю відповідати специфікації, складеної конструктором. В іншому випадку, при виникненні будь-яких аварійних ситуацій, винних не знайти.
Другий варіант - виготовлення на місці, пов'язаний з певними складнощами. Головне - це бути впевненим у власних силах і умінні поводитися з деревом. Правда, завжди вважалося, що, незважаючи на відносну легкість обробки деревини, наявність великого вибору пиломатеріалів і т.п., збірку кроквяної конструкції краще довірити майстрам, які мають хороший досвід у таких роботах. При виготовленні крокв прямо на місці можна використовувати старий перевірений спосіб з'єднання елементів конструкції методом «паз-шип» або із застосуванням цвяхів, скоб, болтових і тому подібних з'єднань, а також хомутів. Найпоширенішим, безумовно, є скріплення крокв цвяхами і скобами (але слід пам'ятати, що в міру висихання деревини таке з'єднання трохи втрачає в міцності і надійності). Болти дозволяють цього недоліку уникнути (правда, отвори, які під них свердлять, трохи послабляють брус).
Інший спосіб - це кріплення дерев'яних елементів за допомогою сталевих штампованих фасонних деталей і саморізів. В Америці така технологія відома досить давно, для нас же вона зараз є новинкою. Деякі фірми пропонують цілі колекції монтажних деталей самого різного призначення, а тому різної форми - від універсальних елементів (пластини, куточки) до суто спеціальних (підкоси, в тому числі посилені). Сфера їх застосування визначається колом технічних проблем і творчою фантазією майстра. Завдання створення складної дерев'яної конструкції при цьому зводиться до рівня дитячого конструктора: заготовив брус потрібного перетину і необхідної довжини, закупив вимагаються металеві елементи кріплення і саморізи, а далі, як кажуть, справа техніки.