книги / Основы проектирования скатных крыш и мансард

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Н.Б. Курякова, Т.С. Шептуха

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СКАТНЫХ КРЫШ И МАНСАРД

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2016

3

1.СКАТНЫЕ КРЫШИ

1.1.ЭВОЛЮЦИЯ ФОРМ И НАЗНАЧЕНИЕ

ЧЕРДАЧНОГО ПРОСТРАНСТВА

Первой рукотворной формой человеческого жилья был шатер. Он имел статичный и простой для возведения каркас. Атмосферные осадки могли легко стекать вниз, а помещение использовалось максимально. Не хватало только источника света – окна в поверхности крыши.

Вдальнейшем, когда стены жилища начинают строить вертикальными, крыша становится самостоятельным конструктивным элементом. Под влиянием климатических условий и традиций ее выполняют плоской или скатной, а для создания прямоугольного пространства жилища под скатной крышей устраивается потолок, который, в свою очередь, образует чердачное пространство. Скатными крыши названы потому, что геометрически выполняются в виде одной или нескольких наклонных плоскостей – скатов, способствующих быстрому стеканию дождевых и талых вод.

Крутая скатная крыша становится наиболее видимым элементом строения, что при оформлении ее с помощью декора и убранства усиливает композиционную роль жилища в застройке (рис. 1.1).

ВРоссии допетровского периода города застраивались зданиями с крышами разнообразных шатровых форм или высокими двухскатными, силуэт

икомпозиция которых во многом определялись значимостью объекта.

Рис. 1.1. Развитое барокко во Франции

5

На рис. 1.2 показано, как изменялась форма крыши в процессе развития в зависимости от архитектурных стилей и назначения от Средних веков до настоящего времени.

Рис. 1.2. Форма крыш в различные исторические эпохи: а – романская архитектура, готика, Х–ХV в. (уклоны скатов от 45 до 75°), барокко в северных регионах Европы;

б– конец ХVI–ХVII в., развитое барокко во Франции. Крыши Мансара;

в– эпоха классицизма, конец ХVII–ХVIII в., начало ХIХ в. – ампир;

г– 30–40-е гг., ХХ в. – современность (уклон от 10 до 30°); д – 50-е годы ХХ в. –

современность (уклон от 3 до 5°); е – ХХ в. – современность. Крыши-террасы (уклон пола террасы 3°, гидроизоляции 5°)

В 1640 г. французский инженер и архитектор Франсуа де Мансар (Mansard) вводит эту архитектуру как принцип завершения композиции зданий, используя чердачное пространство для жилых и хозяйственных целей. Этот чердачный этаж под скатной, крутой, изломанной крышей получает название от его имени «мансарда» (рис. 1.2, б). Идея использования мансардных помещений возникла благодаря своей экономической целесообразности. Франсуа де Мансар стремился обойти коммунальный закон, законодательство того времени предусматривало налоги за количество этажей, а чердак этажом не считался.

В Россию мода на мансарды пришла в XVIII в. (прил. А). В проевропейском Санкт-Петербурге многие здания стали проектировать и строить именно с мансардами. В патриархальной Москве мансарды были единичны. В целом в дореволюционной России мансарды не пользовались особой популярностью среди знати. В эпоху классицизма, например, мансарды и мезонины (русское название мансарды) использовали для жилья прислуги и раскварти-

6

рованных военных. Помимо этого, до 1900-х гг. распространение мансард тормозил указ об ограничении высоты здания в коньке.

Вначале XX в. символом развития архитектурных форм становится железобетон. Геометрические формы конструктивизма и рост этажности полностью меняют архитектурный облик здания и его декоративные элементы. Крыша постепенно становится плоской.

Вкачестве архитектурного завершения верха зданий часто используются парапеты с проемами для сквозного проветривания чердачного пространства, террасы.

Впериод развития индустриального жилищного домостроения форма крыши как завершающего архитектурного элемента здания была практически полностью утрачена. Крыши возводятся малоуклонными

(рис. 1.2, г, д и е).

Со второй половины 1990-х гг.

1.2. ПОКРЫТИЯ, КРЫШИ И КРОВЛИ ЗДАНИЙ

МАЛОЙ ЭТАЖНОСТИ

Использование понятий «крыша» и «кровля» как синонимов не всегда корректно. Понятие «крыша» более общее, оно включает в себя кровлю как один из конструктивных элементов.

Скатные крыши являются одной из разновидностей покрытий зданий, ограждающих внутренние помещения от атмосферных осадков. Сама функция защиты возлагается на самый верхний элемент крыши – непроницаемую оболочку, которая носит название «кровля», а несущие конструкции, поддерживающие скатную кровлю, называются стропилами. Многие термины, которые в дальнейшем будут использованы, имеют исторические корни. Происходят они от названия деревянных конструкций, ранее применяемых в плотницкой работе.

7

В настоящее время область применения чердачных скатных крыш ограничивается в основном гражданскими зданиями малой и средней этажности. Применение таких крыш в зданиях выше пяти этажей не рекомендуется. Это связано с трудностями уборки снега, необходимостью отвода воды через внутренние водостоки.

Использование пространства чердака для устройства эксплуатируемых помещений имеет рациональное обоснование: мансарда увеличивает жилую и полезную площадь, позволяет сократить занимаемую площадь земли на

30–40 % (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Формирование пространства мансардного этажа:

а – схема устройства мансарды; б – возможности использования пространства при устройстве мансард при различных углах наклона крыши

В нормативной литературе приводится следующее определение: мансарда – чердачное помещение под крутой с изломом крышей, используемое для жилья или хозяйственных целей [1].

Также следует иметь в виду, что мансарда при малоэтажном строительстве является одним из самых значимых элементов, создающим и раскрывающим архитектонику здания.

8

2. ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СКАТНЫЕ КРЫШИ

По сравнению с другими конструкциями и элементами зданий крыша

взначительно большей степени противостоит негативным явлениям природы: зимой – тяжелому снежному покрову, который способен при совокупности отдельных факторов образовывать на крыше ледяные глыбы; весной – талой воде; летом – нагревающим и раскаляющим кровлю солнечным лучам; осенью – проливным дождям и граду. А также постоянно активному

втечение всего года ветровому напору.

Воздействия могут изменяться по величине, времени действия, степени повторяемости. Крыша подвергается воздействиям целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри его (рис. 2.1). При проектировании крыш к числу негативных факторов,

вчастности, относятся:

♦атмосферные осадки;

♦ветер;

♦солнечная радиация;

♦температурные влияния наружного и внутреннего воздуха;

♦тепловой подпор изнутри здания;

♦водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе здания;

♦жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов;

♦химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе;

♦механические нагрузки.

Рис. 2.1. Наиболее значительные воздействия на крышу

9

Также при проектировании крыш, особенно крыш мансардного типа, важно понимать, что учет климатических факторов выполняется в совокупности с учетом геометрических размеров здания.

2.1. АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ

Функция предохранения здания от атмосферных осадков возлагается на самый верхний элемент крыши – кровлю. Покатость крыши, материал кровли играют весьма важную роль в архитектуре зданий небольшой этажности. Необходимо также принимать во внимание и климатические условия места строительства. Делать кровлю непроницаемой для воды, когда она представляет горизонтальную плоскость, весьма затруднительно и дорого, поэтому для зданий небольшой высоты лучше проектировать крышу покатой, чтобы обеспечить свободный и быстрый сток воды. Это повышает надежность крыши. Чем крыша круче, тем быстрее с нее стекает вода. Вместе с тем более крутая крыша обходится дороже, так как поверхность крыши увеличивается.

В районах со значительными снегопадами желательно избегать отложений снега, имея в виду, что при уклоне скатов более 45° и гладкой поверхности кровли снег не держится на крыше. При проектировании мансардных крыш особенно важно избегать возникновения снеговых мешков, так как это увеличивает нагрузку на стропильную систему, ухудшает освещенность. Важно учитывать вышеперечисленные факторы при размещении здания на участке. Здание целесообразно располагать глухой стеной и более крутым скатом в сторону преобладающих холодных ветров, это позволяет сохранить немало тепла в ветреную погоду (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Ориентация здания относительно господствующих ветров и солнечной радиации: 1 – крутой скат; 2 – увеличенный свес; 3 – пологий скат; 4 – глухая стена; 5 – господствующие ветры; 6 – солнечная сторона (юго-восток, восток, юго-запад)

10