Крыши. Энергия, принесенная ветром. Велосипед-тандем-веломобиль...("Сделай сам" №4∙2004)

А.А.Савельев

Основное назначение крыш — защитить дом от атмосферных осадков, сохранить в доме тепло и передать силовую нагрузку от ветра и тяжести снега на стены с наименьшим ущербом для дома. Защиту дома от атмосферных воздействий осуществляет кровля, то есть верхний слой крыши. Тепло сохраняет утеплитель, уложенный в конструкцию кровли или в конструкцию чердачного перекрытия. Силовые нагрузки воспринимают обрешетка и стропильная система.

В малоэтажном жилом строительстве традиционной конструкцией являются скатные крыши, которые в зависимости от объемно-планировочного решения принимают различные формы. Основные типы крыш изображены на рис. 1.

Рис. 1.Основные типы крыш:

_{>а — односкатная; б — двухскатная (щипцовая); в — четырехскатная (вальмовая), г — ломанвя; д — полувальмовая; е — многощипцовая}

Для скатных крыш применяют различные кровельные материалы: стальные оцинкованные листы, плоские и волнистые асбестоцементные листы (шифер), керамическую, цементную и металлическую черепицу, рубероид и другие материалы. Выбор кровельного материала определяет величину угла наклона крыши. Чем плотнее материал кровли и герметичнее его стыки, тем меньше может быть уклон крыши, и наоборот. Другими словами, чем мельче размеры штучного кровельного материала (например, черепица), тем круче должна быть крыша. Это объясняется не только большим количеством соединений малоразмерных деталей, а значит, возможным протеканием, но и большим весом кровли. Чем тяжелее кровельный материал, тем больший угол наклона нужно придать скатам. Рекомендуемые уклоны скатных крыш приведены в таблице 1.

Прежде чем приступить к детальному ознакомлению с конструкциями крыш, нужно рассказать об условиях, в которых они работают. Основные факторы, влияющие на прочность и долговечность конструкции крыши, следующие.

Ветровая нагрузка

В малоэтажном строительстве силовые нагрузки от давления ветра не учитывают при расчете несущих элементов крыш. Так как считается, что стропила, рассчитанные на нагрузки от веса снега и веса кровельных материалов, успешно выдерживают ветер. Но так как полностью игнорировать ветровые воздействия нельзя, мы рассмотрим некоторые особенности давления силы ветра на крышу.

При боковом давлении ветра (рис. 2) воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания.

Рис. 2.Воздействие ветра на малоэтажный дом

У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене бьет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий крышу, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть: две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается сломать и вдавить крышу внутрь. В зависимости от крутизны крыши нормальные и касательные силы меняют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение имеют нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот. Так как высота домов в малоэтажном строительстве небольшая, то ни одна из этих сил в отдельности, ни вместе взятые не способны разрушить крышу, а вот сорвать ее и опрокинуть или даже перенести на небольшое расстояние они вполне могут. Иногда это и случается во время ураганов.