Проблема увеличения полезной площади жилья за счет надстройки верхнего этажа является одной из самых актуальных в частном строительстве: надстройка второго (третьего или более высокого) этажа требует значительных денежных затрат и существенно увеличивает конечную стоимость строительства.
Наиболее распространенным решением является строительство мансардных крыш. Чердачные стены и крыши – это скаты крыши. Если на мансардном этаже желательна вертикальная стена, устанавливается перегородка.
Полумансарда – это принципиально иной подход к планировке пристройки. Мансардный этаж представляет собой жилое помещение с боковыми стенами, образованными вертикальной конструкцией и наклонной крышей.
Вертикальная часть внешней стены рядом с мансардой не превышает 1,5 метра.
В отличие от мансард, полумансарды имеют несущие вертикальные боковые стены. Преимуществами этой конструкции являются рациональное использование внутреннего пространства и возможность создания практичного вертикального остекления.
Особое внимание при строительстве мансард следует уделить изоляции крыши, так как значительные потери тепла происходят через кровельную конструкцию дома. Утепление мансарды проще, поскольку стены мансарды выполнены из того же материала, что и весь каркас дома.
Однако следует отметить, что окончательная стоимость строительства мансардных этажей выше, чем мансардных. Кроме того, полумансардные стропильные системы имеют некоторые особенности, которые необходимо учитывать.
Проектирование крыши полумансарды
При проектировании крыши фахверкового дома важно выбрать соответствующую высоту крыши. В силу особенностей этих зданий часто нет необходимости поднимать крышу, чтобы не нарушать пропорции здания. Однако в этом случае крыша должна хорошо справляться с эксплуатационными нагрузками, включая снеговые нагрузки. Полумансардные крыши обычно представляют собой одно- или двухэтажные скатные крыши.
В этом случае стропила должны быть без опор, чтобы избежать нагрузки на стены мансарды.
Планирование стропильной системы должно отражать не только расположение конструктивных элементов, но и принципы их крепления. Каркасы крыш с разборными стропилами должны быть сконструированы таким образом, чтобы стропила не передавали свои опоры на стены, а стропила должны крепиться специальным способом с определенной степенью свободы. Бескаркасные системы обычно используются на зданиях из блочных материалов, таких как камень или кирпич.
Системы со складными стропилами требуют установки мауэрлатов и обрешетки, которые должны опираться на фронтоны или специальные вертикальные стойки.
Чтобы стропила не прогибались и не передавали напряжение на стену, одна из стоек стропил должна быть неподвижной, но свободно вращаться; вторая стропила должна быть подвижной и свободно вращаться; третья стропила должна быть неподвижной и свободно вращаться.
Существует три способа установки стропил
Установка нагельных стропил: способ № 1
Нижнюю часть стропила можно обшить доской или сколоть зубьями для поддержки каркаса. Для этого в верхней части стропила необходимо сделать горизонтальную выемку с фаской. Глубина петли не должна превышать a = 0,25h, а площадь опоры по ее длине не должна превышать h – высоту стропильной части.
Фаски в выемках позволяют избежать нагрузок расширения, возникающих при изгибе стропил. Насечки без фасок плотно крепятся к щекам обрешетки. Выемки с фасками должны быть длиной не менее 2 метров.
Если верхний конец стропила нельзя вырезать, его следует подбить доской, вырезанной по тому же сечению, что и стропильная нога, и закрепить с обеих сторон деревянными шпильками или металлической пластиной для установки. На верхнем конце стропила свободно опираются на конёк.
В двухскатных конструкциях крепление к обрешетке осуществляется по принципу скользящих опор, и стропила не соединяются. Таким образом, скатную крышу можно рассматривать как систему из двух независимых односкатных конструкций, примыкающих друг к другу.
Оклад или стропила над стропилами устанавливаются горизонтально. Установка стропил, изменяющая схему опирания стропил на обрешетку, приведет к появлению распорных нагрузок.
Установка безвозвратных шарнирных стропил: методы 2 и 3
Этот метод установки стропил является наиболее распространенным при строительстве двухшарнирных крыш.
Нижняя часть стропил имеет шарнирную стропильную систему.
Один конец стропила крепится к шарнирной скользящей опоре, а другой конец – к шарнирному соединению, которое может только поворачиваться. Современные крепежные элементы (пластины) просты в использовании и позволяют успешно закрепить стропила на скользящих и шарнирных опорах системы.
Можно также использовать традиционные крепления с помощью скоб, гвоздей, досок или кусков древесины. Важно выбрать правильный тип крепежа, чтобы полностью выполнить задачу обеспечения того, чтобы стропила не проскальзывали и не скользили в опорах.
Процедура расчета, используемая для проектирования стропильных систем, предполагает, что нагрузка на крышу является равномерной, т.е. все точки на скате крыши подвергаются одинаковым усилиям.
На практике нагрузка на скаты крыши воздействует неравномерно, в зависимости от направления ветра и ориентации дома (снег быстрее тает на южной стороне).
Необходимая статическая устойчивость стропильной системы может быть обеспечена при установке стропил всеми тремя способами, при условии соблюдения ключевого условия “жесткого крепления конька”.
Для обеспечения требуемой жесткости коньковый столб вставляется во фронтонный конец мансардного этажа. Это предотвращает горизонтальное смещение.
Если коньковый столб опирается только на колонны, крыша может сместиться из-за несбалансированной нагрузки на фронтоны, если нагрузка на один фронтон близка к расчетной, а нагрузка на другой фронтон значительно снижена.
Повышение жесткости конструкции
Для повышения устойчивости стропильной системы можно использовать поперечные брусья, которые необходимо прибивать к колоннам, поддерживающим конек. При отсутствии высоких снеговых нагрузок коньковые брусья не будут работать в безбалочной конструкции, но они могут работать на растяжение в аварийной ситуации.
Это может быть прогиб конька вследствие увеличения нагрузки или неравномерной осадки фундамента. Захваты обычно устанавливаются на высоте около 2 метров над чердачным перекрытием, чтобы не препятствовать свободному передвижению людей в помещении.
При установке безбалочных стропильных систем по второму и третьему вариантам можно прикрепить стропила к мауэрлату, сдвинув концы стропил к внешней стороне стены. Такие конструкции более статически устойчивы, в том числе лучше сопротивляются неравномерным нагрузкам.
Для повышения устойчивости системы с седловыми стропилами нижние концы стоек, поддерживающих обрешетку, должны быть врезаны в обрешетку и закреплены на перекрытии, а шарнирные опоры на нижних концах стоек должны быть жестко защемлены в перекрытии.
