Вибираючи ту чи іншу форму даху для майбутнього будинку, власник фактично визначає тип її кроквяної системи. Від правильного вибору, грамотного розрахунку та монтажу залежить ефективне функціонування всієї покрівельної конструкції, а в результаті - довголіття будинку та комфорт його мешканців.
Поняття мансардного даху
Будинки з мансардним дахом (мансардою) відрізняються від інших видів житлових будівель, хоча нерідко їх плутають з двоповерховими або горищними будівлями.
Мансардні дахи за своєю конструкцією сильно відрізняються від звичайних
Мансарда, як і повноцінний поверх, є житловою надбудовою. Вона внесена до техпаспорту будинку та має підведені комунікації - опалення, водопровід, освітлення. Головна відмінність полягає в конструктивних особливостях будови:
- поверх - ярус з однаковими по всьому периметру стінами, на які спираються крокви;
- мансарда - підпокрівельний простір, висота якого варіюється під схилами.
Таким чином, мансардний дах є стінами верхнього поверху та водночас покрівлею будинку, що добре проглядається в екстер'єрі будівлі.
Будинок з мансардним дахом виглядає цікаво та стильно, а повноцінний багатоповерховий будинок - респектабельно і більше нагадує міські об'єкти
Висота мансарди регламентується нормативами - не менше 1,5 м - що відрізняє її від горищного даху. Реально висоту мансардного приміщення вибирає забудовник, враховуючи:
- міцність фундаменту та стін;
- вітерові та снігові навантаження на покрівлю;
- призначення мансарди;
- архітектурну стилістику будинку;
- комфортність перебування в мансардному приміщенні.
Всі ці нюанси обумовлюються на етапі проектування будинку і, згідно з результатом, підбирається кроквяна система даху.
Відео: кроквяні системи, від чого залежить ціна та складність виготовлення
Різновиди кроквяних систем для мансардного даху
Мансардні дахи на сьогоднішній день представлені в різних форматах і відповідно мають різну конструкцію кроквяної системи.
Сучасні будівельні технології дозволяють облаштувати мансарду під будь-яким дахом, але треба розуміти, що ефективність використання підпокрівельного простору у них буде різною.
Розрізняють такі види мансардних покрівельних систем:
- Однозносні мансардні дахи - прості конструкції, які найчастіше зводять на невеликих будинках, оскільки облаштування великого ската потребуватиме посилення кроквяного каркасу та збільшення витрат на покрівельні матеріали.
Мансарду в будинку з односхилим дахом потрібно планувати заздалегідь, щоб на етапі будівництва підняти нижню точку ската як мінімум на 1 м вище за перекриття
- Двосхилі - найпопулярніші серед усіх видів, оскільки економічні та прості в монтажі. Несучий каркас складається з прямих паралельних крокв, що з'єднують стіни і коньковий прогін. Однак їх ухил обмежує корисну площу мансарди, через що у ряді випадків утруднено її використання. Хоча останнім часом дизайнери використовують асиметрію двосхилих дахів, що частково вирішує проблему.
Дахи, що складаються з двох скатів з трикутними фронтонами - найзатребуваніший варіант для всіх типів будівель як з мансардами, так і без них
- Ломані дахи - різновид двосхилих систем з різними ухилами скатів, завдяки чому можна створити під дахом простору та комфортну зону. Основу складають розбиті на кілька частин крокви, які при з'єднанні формують увігнуту або опуклу ламану лінію, що використовується дизайнерами для стилізації екстер'єру. Ламанні мансарди мають найбільшу висоту, а приміщення без похилих стінок нічим не відрізняються від звичних кімнат.
Ломана конструкція найбільш ефективна та проста, саме такі за формою даху спочатку називалися мансардами
- Вальмові, напіввальмові та склепінчасті - своєрідні мансардні дахи з великою кількістю скатних зламів, що дозволяє сформувати просторі кімнати з прийнятно високими стелями.Такі конструкції виглядають незвичайно і дуже привабливо, проте мають складну кроквяну систему, зведення якої вимагатиме досвіду, знань та великих фінансових витрат.
Мансардний дах вальмовий складної конфігурації вимагає точних розрахунків всіх навантажень на фундамент і стіни будівлі
- Шатрові мансарди - мають 4 і більше однакових схилів і підходять для будинків квадратної форми. Під такими конструкціями легко облаштувати житлову кімнату, у якої найбільша висота припадатиме на середину, а крайовий простір через низькі стелі буде обмежений у використанні.
Шатрові мансардні дахи надають будівлям надзвичайної привабливості
- Багатощипцеві та комбіновані конструкції - зазвичай такі дахи зводять на будинках зі складною архітектурою. Вони мають кілька фронтонів, напрочуд красиві, добре відводять опади та відрізняються чудовою стійкістю до механічних навантажень.Багатощипцева кроквяна система дуже своєрідна. Вона може виготовлятися як із висячих, так і наслонних крокв (якщо існує капітальна внутрішня перегородка). До того ж складається з кількох відділів, завдяки чому будинок виглядає незвичайно та презентабельно. Найчастіше під такими покрівлями облаштують кілька мансардних кімнат, де розмір кожної залежить від конкретного кроквяного відділу.
Складні багатощипцеві дахи нагадують квітку в техніці орігамі, тому архітектори так люблять використовувати ці конструкції, хоча у виготовленні та обслуговуванні вони набагато складніші за інші види
Основна труднощі при виборі мансарди полягає в розмаїтті її геометричних форм і можливостей розміщення.
Ломані та трикутні, що займають всю площу будинку або тільки частину, що виходять на обидві сторони або на одну, симетричні та асиметричні мансарди відрізняються розташуванням щодо зовнішніх стін будівлі, що безпосередньо впливає на складність кроквяної системи, її виготовлення та монтаж.Вони можуть бути коридорного типу, секційного або змішаного, знаходитися як усередині, так і за межами стін з невеликим виносом нижнього перекриття або значним, що вимагає формування додаткових опор у вигляді стін, підвісок, колон.
Будь-яка мансарда виглядає естетично і надає будівлі завершеності
Як би там не було, створення мансард зводяться до трьох видів:
- однорівневий окремий ярус;
- двухрівнева конструкція, яка виходить при використанні різних за висотою опор;
- двохрівнева система з формуванням антресольного поверху.
Двохурівнева мансарда з антресольним поверхом дозволяє використовувати підпокрівельне приміщення раціональніше, що особливо актуально для обмежених просторів
Відео: ламана кроквяна система для мансардного даху
Особливості мансардної кроквяної системи
Несучий каркас є основою, від якої залежить надійність мансардного даху. До його складу входять:
- мауерлат - брус, який служить опорою для кроквяних ніг і передає покрівельні навантаження на стіни;
- вертикальні стійки;
- затяжки;
- висячі та наслонні крокви;
Залежно від розмірів будинку та форми даху вибирається висяча або покладена кроквяна конструкція
- бокові та конькові прогони;
- бабки - з'єднують висячі крокви та затяжки, чим підвищують жорсткість конструкції;
- підкоси та сутички.
Міцність кроквяного каркаса залежить від правильно обраної конструкції, якісних матеріалів, точно розрахованих технічних параметрів та надійності з'єднання покрівельних вузлів за допомогою шурупів, зварювання, болтів та методу «шип-паз».Для створення несучої системи використовують висячі, похилі або змішані крокви, що певним чином впливає на місткість мансарди:
- Висячі крокви. Спираються на зовнішні стіни та стикуються між собою на ковзанному прогоні. Крокви такої конструкції не потребують мауерлат - для горизонтального вирівнювання стін достатньо прокласти дошку поверх руберойду. Це забезпечує суттєву економію на пиломатеріалах. До того ж відпадає потреба в облаштуванні проміжних опор при ширині прольоту до 6 м, що дозволяє отримати вільний студійний простір. Розпірне навантаження нейтралізують затяжками, прокладеними біля самої основи або вище (підняті). Підняття затяжки повинне відповідати будівельним нормам, оскільки від цього залежить міцність конструкції. При більших прольотах посилюють каркас бабками, ригелями та підкосами.
Якщо в будівлі немає капітальних внутрішніх стін, то застосовують висячі кроквяні системи
- Наслонні крокви. Це більш надійна конструкція, яка використовується в основному для більшпрольотних будівель. Крокви спираються на коньковий прогін (вгорі), бічні прогони, а також на стіни. Посилюються затяжками та підкосами. Але при такій конструкції кроквяної основи приміщення мансарди обмежене розмірами та розташуванням стійок – по центру, симетрично по краях або зі зсувом в один бік. Хоча саме стійки дають можливість за бажання стильно зонувати приміщення.
Наслінна конструкція вигідніша і не така важка, як з висячими кроквами, тому на її облаштування потрібно менше матеріалів
- Змішані крокви. Як правило, їх застосовують у ламаних конструкціях. Нижня частина монтується за схемою наслонних крокв і увінчується трикутником з висячих кроквяних ніг, де затягування одночасно служить балкою перекриття мансарди.
Змішана конструкція кроквяного каркасу переважно використовується при зведенні ламаних мансардних покрівель
Відмінностями мансардної кроквяної системи є:
- Підвищена складність конструкції, що спричиняє її дорожнечу.
- Мансардні вікна, які можуть бути найхимернішого дизайну, навіть у вигляді дверей з висувним балкончиком.
Важлива складова при облаштуванні мансарди - створення гарного освітлення додаткової житлової площі за допомогою різноманітних мансардних вікон
- Використання легких, але міцних матеріалів для облицювання внутрішніх приміщень, створення перегородок та фінішного покриття.
- Жорсткі вимоги до облаштування системи, відображені у СНіП 2.08.01-89 з доповненнями, нормативи 23-05-95, збірник правил 17.13330.2011 і т. д., що регламентують крок крокв і обрешітки, товщину утеплювача, щоб мінімізувати тепловтрати, переріз пиломатеріалів, довжину кроквяних ніг, клас вогнестійкості, вентиляцію та інші показники.
Втручання в конструкцію несучого каркаса та будь-які зміни на користь особистим уподобанням та дизайнерській фантазії вимагають досконального розрахунку.
Розрахунок несучої конструкції для мансардного даху
Обрахувати кроквяну основу мансардного будинку можна вручну або за допомогою програм Autocad і Excel, ArchiCad і SolidWorks, де можна відразу дізнатися майбутні витрати на облаштування обраної конструкції.
Відео: проектування кроквяного каркасу в SolidWorks та ArchiCad
Ми ж розглянемо, як розрахувати кроквяну систему самостійно, що дозволить будь-якому забудовнику, маючи елементарні поняття процесу обчислень, проконтролювати проектування та перебіг будівництва.Розрахунок будемо робити за спрощеною методикою, щоб не стосуватися аеродинаміки та сопромату.
Малюємо на папері ескіз будинку та відображаємо на ньому необхідні для розрахунку параметри:
- ширина прогону 6600 мм;
- довжина будинку 8800 мм;
- висота коробки 3000 мм;
- проміжок від нижнього перекриття до конькового хребта 3514 мм:
- ухил скатів - нижній кут 47°, а кут у місці зламу 32°;
- планована висота мансарди 2200 мм;
- винос балок 450 мм;
- крок крокв приймемо рівним 800 мм, який при необхідності пізніше відкоригуємо.
Ескіз будинку - не красива картинка або фотографія, а повноцінна робоча документація, без якої будівництво неможливо
Будинок будується в Казані (приватний сектор у межах міста). Всі вихідні дані нами взяті довільно, щоб показати порядок розрахунку на прикладі.
Спочатку слід розрахувати всі навантаження на дах, які бувають:
- змінними - вітрові, снігові та надані під час обслуговування покрівлі;
- постійними - вага покрівельної начинки (пирога) та планованого для встановлення обладнання;
- фатальними - землетруси, повені тощо, які бувають рідко, тому розраховувати їх немає сенсу, достатньо до загальних навантажень додати 5-10%.
Проводимо розрахунок, керуючись збіркою правил під номером 17.13330.2011 та 20.13330.2011 із вкладеними в нього регіональними картами розподілу навантажень, а також нормативами 2.01.07-85.
Ветрове навантаження
Тиск вітру розраховуємо за картою, відповідними таблицями, а також за формулою Wm=Wo х k x c c, де:
- Wm - шукана величина тиску вітру на деякій висоті (Z) від поверхні землі;
- Wo - обумовлена картою чи СНиП 2.01.07-85 нормативна сила вітру;
При зведенні мансарди необхідно враховувати вітрові навантаження, які повинна буде витримувати конструкція, що несе
- c - індекс аеродинаміки, що варіює в межах від -1,8 (коли вітер зриває дах будинку) до +0,8 (вітер, навпаки, тисне на дах);
- k - показник коливання сили вітру в залежності від висоти будівлі (Z) та місцевого рельєфу.
Таблиця: показник k за СНиП 2.01.07-85 для різних типів місцевості
| Висота будівлі Z, м | Коефіцієнт k для видів місцевості | ||
| А | В | С | |
| ≤ 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,0 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | 1,8 |
| 250 | 2,65 | 2,3 | 2,0 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
| Примітка:«А» - відкриті узбережжя морів, озер та водосховищ, а також пустелі, степу, лісостепу, тундра;«В» - міські території, лісові масиви та інші місцевості, рівномірно вкриті перешкодами заввишки більше 10 м; | |||
Оскільки сила вітру часом досягає великої величини, то при зведенні даху, особливо мансардної, потрібно належну увагу приділити надійному кріпленню крокв до основи.
Підставляємо дані у формулу Wm=Wo х k x c, враховуючи, що Казань відноситься до I регіону (по карті), висота споруди 6514 мм, будівництво ведеться в межах міста, але у приватному секторі без наявності поблизу висотних споруд. Отже, 24 х 0,65 х 0,8 (якщо ухил скатів ≥ 30 °, значить, вітер тисне на дах, тоді згідно з нормативами 2.01.07-85 п. 6.6 у розрахунок береться найбільший аеродинамічний показник) ≈ 13 кг/м2.
На дахах приватних будівель антенно-щоглового обладнання небагато, а сучасні покривні матеріали відрізняються високою термо- та морозостійкістю, внаслідок чого кліматичні та ожеледі навантаження для них, як правило, не розраховують.
Снігове навантаження
На карті розподілу снігових навантажень відшукуємо значення для Казані (240 кг/м²) і підставляємо його у формулу розрахунку S=µ х Sg, де:
- S - шукане навантаження;
- µ - поправка, яка залежить від похилості даху;
- Sg - нормативно регульоване снігове навантаження, визначене по карті.
У різних регіонах, вага снігового покриву на один квадратний метр даху може суттєво відрізнятися, тому при розрахунку необхідно використовувати карти снігового навантаження
Тут є маленький нюанс - якщо заміряти ухил скатів неможливо (наприклад, будинок будується з нуля, і каркаса, що несе, поки немає), то значення кутів слід визначати за таблицею, виходячи з ширини прольоту (L) і планованої висоти будівлі від перекриття до ковзана (Н).
Згідно з основами тригонометрії тангенс кута нахилу (tg α) розраховується як відношення висоти до половини довжини прольоту або до повної довжини для односхильного даху
Таблиця: співвідношення розмірів будинку та ухилу скатів
| Визначення похилості даху | |
| Значення Н :½ L (tg α) | Кут α° |
| 0,27 | 15 |
| 0,36 | 20 |
| 0,47 | 25 |
| 0,58 | 30 |
| 0,7 | 35 |
| 0,84 | 40 |
| 1 | 45 |
| 1,2 | 50 |
| 1,4 | 55 |
| 1,73 | 60 |
| 2,14 | 65 |
Переходимо до наших параметрів: 3514 : ? 6600=1,06, значить, нижній кут нахилу приблизно буде 47 °, і (3514 - 2200) : ? 32°.
Значення поправки залежить від ухилу покрівлі:
- якщо кут похилості (α) ≤ 30°, то µ=1;
- якщо кут α ≥ 60°, то µ=0 - снігове навантаження не розраховують, оскільки на крутих схилах сніг не затримується;
- якщо 30°<α<60°, то µ высчитывают по формуле → µ=0,033 х (60 - α).
Отже, поправочний коефіцієнт для ухилу скатів в 47 ° розрахуємо за формулою 0,033 х (60-47)=0,429. Таким чином, снігове навантаження дорівнює 0,429 х 240 ≈ 103 кг/м².
Навантаження від покрівлі
Мансардна конструкція має типовий покрівельний пиріг:
- фінішне покриття;
- підкладковий килим (додаткова гідроізоляція) та суцільний настил для деяких покривних матеріалів;
- покрокова обрешітка;
- набита поверх гідроізоляції контробрешітка;
- гідроізоляційний матеріал;
- утеплювач;
- пароізоляція;
- контрейки, що підтримують утеплювач та пароізоляцію, що створюють вентиляційні продухи;
- оббивні матеріали.
Якісно виконані та правильно змонтовані покрівельні матеріали захищають покрівлю від протікання та продовжують термін її служби
Його шари тим чи іншим чином чинять тиск на каркас, що несе. Зазвичай при спрощеному розрахунку враховують усі прошарки покрівельної начинки, що веде до зміцнення конструкції, що несе, але також до її подорожчання. Проте всі шари чинять лише в тому випадку, коли облаштовується мансарда з декоративними виставленими напоказ кроквами і всі покрівельні матеріали укладаються поверх них.
Один із способів облаштування мансарди полягає в тому, що дерев'яні елементи кроквяної системи залишаються відкритими і є прикрасою інтер'єру
При стандартному пристрої покрівельного пирога утеплювач, пароізоляцію, утримуючі контрейки та обшивку в розрахунок покрівельного навантаження можна не брати, оскільки вони розміщені між кроквами та під ними. Однак для розрахунку мауерлату їх також треба враховувати. Такий поділ актуальний для розрахунку великих покрівель, де різниця у вартості буде суттєвою.
Заздалегідь визначившись з покривним матеріалом, нескладно підрахувати вагу покрівлі, орієнтуючись на технічні параметри, заявлені постачальниками.
Таблиця: середня вага покрівельних матеріалів:
| Найменування матеріалу | Вага, кг/м² |
| Ондулін | 4-6 |
| Битумна черепиця | 8-12 |
| Шифер | 10-15 |
| Керамічна черепиця | 35-50 |
| Профнастил | 4-5 |
| Цементно-піщана черепиця | 25-45 |
| Металочерепиця | 4-5 |
| Сланець | 45-60 |
| Чорновий настил | 18-20 |
| Нашаровані дерев'яні крокви та прогони | 15-20 |
| Висячі крокви під холодну покрівлю | 10-15 |
| Обрешітка з дерева | 8-12 |
| Битум | 1-3 |
| Полімерно-бітумні гідроізолятори | 3-5 |
| Рубероїд | 0,5-1,7 |
| Плівки ізоляційні | 0,1-0,3 |
| Гіпсокартонні листи | 10-12 |
Повернемося знову до прикладу і порахуємо навантаження від покрівлі, враховуючи, що покриватимемо дах металочерепицею і залишатимемо крокви відкритими. Вага шарів покрівельного пирога без утеплювача=5 (металочерепиця) + 5 (полімерно-бітумна ізоляція) +12 (решетування) + 12 (гіпсокартон) + 0,3 + 0,3 (плівки гідро- та пароізоляційні) ≈ 35 кг/м².
Для розрахунку товщини утеплювача існує формула Т=R × λ, де:
- Т - товщина теплоізоляційного матеріалу;
- R - нормований для конкретного регіону тепловий опір згідно з картою в СНиП II-3-79;
Щоб самостійно виконати розрахунок теплоізоляції, необхідно враховувати значення теплопровідності для конкретного регіону
- λ - індекс теплопровідності, який для приватного малоповерхового будівництва не повинен перевищувати 0,04 Вт/м×°С).
В якості утеплювача вибираємо плити Isover «Скатна Покрівля». Тоді Т=R ? Отже, повне навантаження від покрівлі=35 + 3=38 кг/м².
Сумуємо всі навантаження → вітрове + снігове + покрівельне=13 + 103 + 38=154 кг/м² +10% запас міцності ≈ 170 кг/м².
Загальне навантаження на покрівлю повинно бути не менше 200 кг/м².
У нашому прикладі сумарне навантаження вийшло менше. При такому розкладі для подальших розрахунків слід брати за основу мінімально допустиму величину, тобто 200 кг/м².
Для визначення тиску на мауерлат необхідно до загальних навантажень додати вагу крокв (≈ 20 кг/м²), що становитиме 220 кг/м².
Розрахунок перерізу пиломатеріалів та довжини крокв
Після визначення загального навантаження підбираємо необхідний переріз деревини, для чого насамперед слід вирахувати довжину кроквяних ніг. Звертаємось до ескізу. Крокви ламаного даху складаються з двох частин - до зламу і після нього. Розраховуємо обидві частини окремо, використовуючи обох випадках теорему Піфагора:
- Довжина нижнього крокви - з=√(а² + b²)=√((6600-4050) : 2)² + 2200²=2543 мм.
- Довжина верхнього крокви - з=√ (а ² + b ²)=√ (4050 : 2) ² + (3514 - 2200) ²=2414 мм.
Довжину наслонних та висячих крокв ламаної конструкції розраховують окремо за допомогою теореми Піфагора
- Сукупна довжина дорівнює 2543 + 2414=4957 мм або 5 м.
- Коректуємо загальне розрахункове навантаження на заданий нами кроквяний крок 0,8 х 200=160 кг/м² - надалі це значення знадобиться для розрахунку ширини дощок і перевірки правильності вибраного перерізу.
- Знаходимо навантаження на один метр кроквяної ноги 200/5=40 кг/пог. м.
На кожну кроквяну ногу впливає лише навантаження, розташоване безпосередньо над нею
- Слідом за тим підбираємо по таблиці товщину дошки, яка в нашому випадку дорівнюватиме 40 мм.
Таблиця: взаємозв'язок навантаження та товщини бруса
| Навантаження на кроквяну ногу, кг/пог. м | Товщина дошки (бруса), мм |
| до 75 | 40 |
| 100 | 50 |
| 125 | 60 |
| 150 | 80 |
| 175 | 100 |
| Примітка:при виборі навантаження округляємо значення в більшу сторону. | |
Після обчислень підбираємо ширину дошки за специфікацією пиломатеріалів, що випускаються, орієнтуючись на нижню табличку.
Таблиця: хвойні пиломатеріали (перетин за ГОСТ 24454-80)
| Товщина дошки, мм | Ширина дошки, мм | ||||||||
| 16 | 75 | 100 | 125 | 150 | - | - | - | - | - |
| 19 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | - | - | - | - |
| 22 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | - | - |
| 25 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 32 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 40 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 44 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 60 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 75 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 100 | - | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 125 | - | - | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 150 | - | - | - | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 175 | - | - | - | - | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 200 | - | - | - | - | - | 200 | 225 | 250 | - |
| 250 | - | - | - | - | - | - | - | 250 | - |
Як бачимо, для дошки завтовшки 40 мм великий діапазон вибору. Щоб не переплачувати зайве, але в той же час забезпечити кроквам достатню міцність, існують формули, в які за відомої товщини бруса потрібно підставляти відповідну ширину дошки починаючи з меншого значення:
- α<30° - H ≥ 8,6 х Lmaxх √Qr: (B х Rизг);
- α>30° - H ≥ 9,5 х Lmaxх √Qr: (B х Rізг).
При цьому:
- Н - необхідна ширина дошки, см;
- B - розрахована вище товщина дошки, см;
- Rизг - коефіцієнт вигину (кгс/см²) - визначений нормативами II-25-80 і становить для хвойної деревини I сорту - 140 кгс/см², для II сорту - 130 кгс/см² та для III сорту - 85 кгс/см²;
- Lmax - найбільша робоча довжина крокви (м) - проміжок від нижнього краю кроквяної ноги до верхньої затяжки (ригеля);
Максимальна робоча довжина крокви - відстань від нижньої затяжки до верхньої
-
Qr- розподілене (відкориговане за кроком) навантаження, кг/м²;
-
α - кут нахилу скатів.
Відео: що потрібно враховувати при виборі пиломатеріалів
Проводимо розрахунок та перевірку на міцність:
- Визначаємо ширину нижніх крокв. Оскільки нижній кут нахилу 47°, то скористаємось другою формулою, підставляючи в неї табличні та розрахункові параметри → H ≥ 9,5 х Lmaxх √Qr: (B х Rізг)=9,5 х 2,543 х √160 : (4 х 140)=12,8 см, тобто Н ≥ 12,8 см=15 см (найближче більше за таблицею).
- Перевіряємо правильність розрахунків, для чого має дотримуватися нерівність ((3,125 х Qr х Lmax³) : (B х H³)) ≤ 1=((3,125 х 160 х 2,543³) : (4 х 11³)=0,61 ≤ 1, тобто нерівність витримана і перетин 40х150 мм для нижніх крокв підібрано правильно.
- Аналогічно визначаємо ширину верхніх крокв, використовуючи ту ж саму формулу, так як кут зламу дорівнює 32 ° → 9,5 х 2,414 х √160 : (4 х 140) ≥ 12,15 см=12,5 см ( найближчі значення).
- Перевіряємо, підставляючи результат → ((3,125 х 160 х 2,414³) : (4 х 12,5³)) ≤ 1=0,9 ≤ 1.
- Підбиваємо підсумок - для нижніх крокв з гарним запасом міцності підійде дошка 40х150 мм, а для верхніх з невеликим запасом 40х125 мм.
Основне правило будівництва - за будь-яких розрахунків все округлення робити в більшу сторону. Це ж стосується табличних і нормативних значень.
Розрахунок мауерлата
У нормативах вимог до перерізу бруса для перекриттів і мауерлата немає, тому слід орієнтуватися за таблицею, скоригувавши її значення на розрахункове навантаження.
Таблиця: співвідношення товщини та довжини бруса для мауерлату та перекриттів
| Крок установки балок, м | Переріз бруса для мауерлата та балок перекриття в залежності від довжини прольоту та кроку встановлення балок при повному навантаженні 400 кг/м² | |||||||||
| 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | |
| 0,6 | 75х100 | 75х150 | 75х200 | 100х200 | 100х200 | 125х200 | 150х200 | 150х225 | 150х250 | 150х300 |
| 1,0 | 75х150 | 100х150 | 100х175 | 125х200 | 150х200 | 150х225 | 150х250 | 175х250 | 200х250 | 200х275 |
Навантаження на мауерлат згідно з нашими розрахунковими значеннями дорівнює 220 кг/м², отже, 220/400=0,55. Цей індекс множимо на близьке до кроку крокв і довжині нашого прольоту табличне значення - 150х250 мм - 0,55 х 150 і 0,55 х 250=82,5 х137,5=100х150 мм.
Відео: вибір деревини, як вигадати на перетині
Розрахунок кроку та кількості кроквяних ніг
Крок крокв необхідно розраховувати, а не брати навмання, оскільки цей показник впливає на влаштування покрівельного пирога, сприяє економії при будівництві, а також забезпечує довговічність та надійність усієї покрівельної системи:
- Розраховуємо кількість кроквяних ніг → довжину стіни: рекомендований крок +1=8,8/0,8 + 1=12 штук з одного боку.
- Обчислюємо крок → довжина будинку: кількість крокв=8,8/12=0,73 ≈ 0,8 м. Такий крок був нами прийнятий спочатку, тому коригувати його не потрібно.
Відео: крок крокв під різні дахи
Узагальнюємо розрахунки - для спорудження несучого каркаса для ламаного мансардного даху згідно з нашим прикладом потрібно:
- 62 пог. м дошки Ø40Х150 мм (24 нижні крокви завдовжки 2543 мм);
- 60 пог. м дошки Ø40Х125 мм (24 верхніх крокви завдовжки 2414 мм);
- 29 пог. м бруса Ø100Х150 мм для мауерлата, укладеного по периметру;
- 80 пог. м бруса Ø100Х150 мм для балок перекриття, встановлених з кроком 0,8 м - при розрахунку враховуйте те, що міжповерхове перекриття має витримувати навантаження до 400 кг/м² з урахуванням ваги самих балок, до того ж намагайтеся укладати балки раціонально - чим вони коротші, тим менше знадобиться переріз;
- 27 пог. м бруса Ø100Х150 мм для вертикальних стояків;
- 49 пог. м бруса Ø100Х150 мм для верхніх балок перекриття - допустиме навантаження для верхнього (горищного) перекриття - 200 кг/м².
По кожній позиції слід додати 5-10%, які підуть на облаштування затяжок, бабок, подовження крокв за потреби або на заміну бракованої деревини.
Розрахунок кроквяної системи мансардного даху нескладний, просто об'ємний, проте розібратися в ньому бажано, тим більше, що він викладений послідовно і максимально повно.
Відео: варіант спрощеного розрахунку кроквяної системи
Монтаж ламаної кроквяної системи
Монтаж несучої конструкції починають з підготовки до зведення покрівлі, куди входять такі роботи:
- закупівля пиломатеріалів згідно з проведеними розрахунками, їх сортування та обробка антисептиками;
- перевірка наявності та справності всіх робочих інструментів;
- розчищення робочої площі від зайвого сміття;
- монтаж будівельних лісів, містків та трапів;
- перевірка геометрії основи шляхом заміру коробки по діагоналях (допустиме відхилення не більше 20 мм), а також висоти стін по всьому периметру будинку щодо поверхні землі;
- заготівля прогонів, ригелів, підкосів та шаблону для створення кроквяних ферм.
Відео: встановлення кроквяної системи двосхилим мансардного даху, частина 1
Монтаж виконується в наступній черговості:
- Установка мауерлата. Для збільшення жорсткості конструкції фахівці радять облаштовувати під мауерлат армопояс, в який заливають анкера або шпильки з кроком не більше 2 м. Прокладають два шари толі або руберойду, які послужать гідроізоляцією, захистять мауерлат від намокання та гниття. Поверх толю укладають брус та закріплюють анкерами, шпильками або скобами (для цегляних чи блокових стін). У дерев'яних або каркасних спорудах мауерлатом служить останній вінець чи брус.
Довголіття та ефективність експлуатації будь-якого даху багато в чому залежить від якості установки та міцності кріплення мауерлата
- Установка балок перекриття. Їх укладають поверх мауерлата або в заздалегідь облаштовані стінові кишені з кроком, вибраним для крокв. При великому кроквяному кроці балки перекриття можна встановлювати частіше (оптимально через кожні 60 см, щоб пізніше укласти плитковий утеплювач без підрізування), хоча це спричинить збільшення пиломатеріалів.
Перед тим як зробити дерев'яне перекриття, необхідно зробити повний розрахунок передбачуваних навантажень, придбати необхідний матеріал та інструмент
- Монтаж підкроквяного каркаса. На покладені балки перекриття поверху встановлюють вертикальні стійки, формуючи мансарду. Поверх них укладають балки перекриття мансарди та з'єднують стійки поздовжніми прогонами. По центру стійок монтують бабки та прокладають коньковий прогін. Для вирівнювання використовують рівень або натягнутий між крайніми стійками яскравий шнур.
- Установка крокв. Починають з монтажу наслонних крокв. У першу чергу за розрахунковими розмірами виготовляють шаблон із вибракованої дошки. Прикладають його до мауерлату та прогону, розмічають форму запила та випилюють. По готовому трафарету виготовляють усі нижні кроквяні пари. Виставляють їх за рівнем і за потреби зміцнюють підкосами. Аналогічно виготовляють трафарет для верхніх крокв, прикладаючи його до прогонів і вирізуючи за вимірами краю.Висячі крокви скріплюють між собою на коньковому брусі встик або внахлест за допомогою металевих пластин, дерев'яних накладок, болтів і т.д.
Каркас майбутньої мансарди можна виготовити та встановити самостійно, дотримуючись технологічних особливостей покрівель різних конфігурацій
Відео: встановлення кроквяної системи двосхилим мансардного даху, частина 2
Монтаж основних вузлів
Основними вузлами мансардної конструкції є:
- коньковий вузол;
- вузол «стійка-підкос-кроквило»;
- вузол «балка-стійка-підкоси»;
- та інші залежно від виду обраної конструкції та наявності в ній ригелів, затяжок і т. д.
Монтаж покрівельних вузлів, способів кріплення, можливості горизонтального зсуву тощо - окрема велика тема, тому в рамках цієї статті як приклад розглянемо формування деяких.
Кониковий вузол
Для забезпечення більшої міцності конструкції, особливо при малому ухилі скатів, монтують міцний коньковий прогін, щоб він зміг взяти на себе частину навантажень, що надаються на крокви. Потім надходять так:
- За допомогою паза, запила або жорстким защемленням стикують крокви з коньковим прогоном.
- З'єднують між собою оцинкованими накладками, затяжками, сталевими куточками.
Кріплення крокв до конькового бруса виконують з'єднанням крокв встик, обрізавши верхні краї під необхідним кутом, кріпленням на прогін по одній крокви або з'єднанням внахлёст
Кріплення крокв до мауерлата
Щоб кріплення крокв до опорної основи (мауерлату, балок перекриття або до стіни) було надійним, потрібно враховувати статистичні та динамічні навантаження, а також коефіцієнт лінійного розширення.Раніше крокви кріпили шляхом врубки, що утворювало міцний вузол, але підвищувало витрату деревини. Врубки використовують і сьогодні на дерев'яних конструкціях великого перерізу.
Але частіше, щоб не послаблювати конструкцію, крокви фіксують до опори методом запила або «шип-паз», нашивкою завзятого бруса або випилювання пазів в мауерлаті. Як кріплення використовують оцинковані куточки, цвяхи, скоби, нагелі. Такі кріплення жорсткі і не завжди доцільні.
Жорстке кріплення крокв на мауерлаті гарантує відсутність будь-яких зсувів всіх вузлових елементів
У деяких випадках крокви повинні мати можливість горизонтального зміщення (переважно в дерев'яних будинках, так як деревина схильна до температурно-вологісних деформацій, а це може викликати перекіс стін), що досягається за допомогою ковзних опор. Такі опори складаються з напрямної планки, закріпленої на кроквах і куточка з опорним майданчиком, що фіксується до мауерлат або верхнього вінця зрубу.
Вибір ковзних крокв обґрунтований лише тоді, коли передбачено коньковий брус, в який вони могли б упиратися своєю верхньою частиною
Відео: кріплення крокв до опорної основи
Кріплення крокв до балки перекриття
У цьому вузлі важливо уникнути ковзання крокв, щоб запобігти руйнуванню даху, для чого використовують наступні з'єднання:
- упор у кінець балки;
- зуб із шипом;
- зуб з упором.
Всі елементи з'єднують шурупами, болтами, куточками, цвяхами, трикутними накладками, шипами.
Крокви з'єднують з балками перекриття лише в тому випадку, коли точно знають, що вони витримають тиск
Відео: як встановити крокви рівно і в одній площині
Мансарда може мати незвичайну форму, красиве покриття, влаштована з найсучасніших матеріалів, але якщо каркас виготовлений неправильно, то вся привабливість мансарди зведеться до нуля. А разом з нею надійність і довговічність покрівельної конструкції, що, безсумнівно, позначиться на комфорті та затишку в будинку. Тому знати принципи влаштування кроквяної системи мансардного даху та грамотно розрахувати її основні елементи – першорядне завдання забудовника. Успіхів вам.