Строительное дело. Стропила, кровли, перекрытия

Строительное дело.  Стропила, кровли, перекрытия. Стропилами называется сочетание брусьев, поддерживающих наружную кровлю постройки и передающих ее груз стенам и вообще основным устоям здания. Типы стропил зависят, главным образом, от их материала и от размеров покрытия, особенно же от его ширины — «пролета» стропил. По материалу стропила бывают деревянными, железными и железобетонными; переходными видами между этими основными являются стропила из смешанных материалов.

Деревянные стропила небольших пролетов (до 16—20 м) бывают по своей основной конструкции двух систем:

Рис. 1. Пролет до 6,5 м

а) «Висячие» стропила имеют только две точки опоры под своими концами, обыкновенно на наружных стенах постройки; вся остальная масса их находится на весу (рис. 1). Возникающий от нагрузки кровли горизонтальный распор (раздвигающее опоры усилие) погашается в таких стропилах горизонтальным брусом — «затяжкой», в которую врублены своими концами основные наклонные брусья, так называемые «ноги» стропил. Затяжка покоится на лежащей по наружным стенам брусчатой раме, или «мауэрлате».

В зависимости от величины пролета применяются различные конструкции висячих стропил, которые, естественно, все более усложняются по мере увеличения пролета. На рис. 2, 3 и 4 приведены наиболее обычные виды конструкций, соответствующие обозначенным на чертежах пролетам. При всем разнообразии конструкций можно усмотреть в них проведение одного общего принципа: изгибаемая длина стропильных ног между точками подпор не должна превосходить известной величины (3—4 м) во избежание слишком значительного утолщения брусьев. В силу этого, по мере увеличения пролета стропил и длины ног, приходится давать этим последним промежуточные подпоры, более или менее сильные, разбивая, таким образом, их изгибаемую длину на отдельные части.

Рис. 2. Пролет от 7 до 8,5 м

В конструкции рис. 2 это выполняется помещением «ригеля», в конструкции рис. 3 — подкосами, упирающимися путем врубок в «бабку»; наконец, в конструкции рис. 4, изображающего т. н. Палладиевые стропила с двумя бабками и ригелем, длина ноги разбита на две неравные части, из которых меньшая не выходит из данного выше предела изгибаемой длины (3—4 м), а большая сопротивляется изгибу, благодаря комбинации здесь двух брусьев. В стропилах подобных значительных пролетов (9—14 м) затяжка делается обычно составной из двух, иногда даже из трех брусьев, соединенных между собой зубом и подвешенных железными хомутами к бабкам; указанное выше назначение затяжки — сопротивляться только горизонтальному распору стропил — вполне допускает такую ее конструкцию.

Рис. 3. Пролег от 8,5 до 10,5 м

б) «Наслонные» стропила имеют, в отличие от предыдущей системы, опоры не только в двух крайних точках, но и в одной или двух средних (рис. 5, 6, 7 и 8). Это оказывается возможным в тех случаях, когда здание имеет внутренние продольные капитальные стены, или ряды столбов с самого фундамента постройки, или, наконец, очень частые поперечные капитальные стены. В таких случаях над этими внутренними устоями ставится в чердачном помещении продольный ряд столбов (см. рис. 8а), кирпичных или деревянных (последние — с нижним прогоном), по ним кладут на уровне крыши верхний прогон и по этому прогону (одному или двум), вместе с мауэрлатами наружных стен, укладываются с некоторой врубкой стропильные ноги. На рис. 5—8 приведены получающиеся при этом схемы наслонных страпил с одним и с двумя промежуточными прогонами. По самому существу этой системы страпил, в них не может возникать сколько-нибудь значительного горизонтального распора. Поэтому здесь нет особых затяжек для сопротивления ему. Что же касается случаев большой длины стропильных ног, то и здесь, как в предыдущей системе, они подпираются подкосами; последние упираются нижними концами в продольные брусья, положенные на те же внутренние капитальные устои здания, на  которых поставлены и основные, поддерживающие стропильную систему столбы. На рис. 6—8 приведены типы наслонных страпил этого рода с более значительными пролетами.

Рис. 4. Пролет от 13 до 15 м

Наконец, помимо двух описанных основных систем страпил, есть еще промежуточные, более или менее  своеобразные системы. Так, система, в которой ноги поддерживаются ригелем и подкосами, опирающимися на наружные стены (рис. 4), часто выделяется в качестве особой «шпренгельной» системы. Особенно это оправдывается в тех случаях, когда подкосы шпренгеля опираются на наружные стены не в тех пунктах, где покоятся концы стропильных ног (рис. 9). Существует много и других видов страпил, комбинирующих в разных  сочетаниях признаки вышеописанных главных систем.

Стропила всех описанных видов располагаются у нас по длине здания обычно на взаимном расстоянии в 1,25—1,5 м. Это расстояние находится в связи с тем, что такие стропила непосредственно покрываются обрешеткой брусками или опалубкой досками, на которых располагается кровельный материал; очевидно, обычная, ходовая толщина таких брусков (ок. 6х6 — 7х7 см.) и досок (ок. 2,5 — 4 см) и ограничивает расстояние между стропилами сравнительно небольшой величиной во избежание прогиба обрешетки или опалубки.

Рис. 5

Рис. 6

Такому сравнительно частому расположению страпил благоприятствует и простота их устройства. Тем не менее взаимные соединения их брусьев — т. н. «врубки» — выполняются по определенным техническим типам и правилам, и в этом отношении требуется большая тщательность работы. Добавочными средствами «крепления являются стропильные скобы, иногда еще болты и упомянутые выше хомуты.

Деревянные стропила больших пролетов (более 16 — 20 м) называются обыкновенно «стропильными фермами». Они представляют собой закинутую висячую систему брусьев, большей частью треугольную, с внутренней решетчатой связью, в которой отдельные брусья или пары их соединены со стропильными ногами и с затяжкой (тоже составной) посредством железных накладок, врезных дисков и болтов (рис. 10). В последнее время за границей появился ряд специальных патентованных способов соединения деревянных брусьев для больших напряжений (Кюблера, Тухшерера, Крюгера, Брезеля, Грейма); они основаны большей частью на врезке в соединяемые места брусьев металлических частей, преимущественно кольцевой формы (рис. 11 — соединения Тухшерера).

Рис. 7. Пролет 10,5 м и более

Напряжения в частях подобных ферм и, следовательно, размеры соответствующих брусьев и их соединений рассчитываются по методам строительной механики (см.). Соответственно этому и качество применяемого здесь дерева должно быть высоким, а влажность — весьма малой во избежание деформаций (нарушения размеров и форм) при усушке. Столь ответственные и дорогие стропильные фермы изготовляются для постройки сравнительно в небольшом числе, т. е., ставятся на больших взаимных расстояниях, чем это бывает при обыкновенных стропилах. В силу этого обычная мелкая обрешетка и опалубка под кровельный материал располагается не непосредственно по ногам ферм, а на добавочной крупной обрешетке по ним из брусьев (рис. 10); в зависимости от размеров последних, особенно горизонтальных брусьев, располагаемых по «узлам» фермы, находятся и расстояния между фермами (обычно 4 м и более).

Рис. 8. Пролет 10,5 м и более

Переходным типом от деревянных страпил к железным являются деревянные стропила с железными «струнами» — большей частью затяжками.

Рис. 8а

Железные стропила делаются обычно в виде решетчатых ферм (рис. 12), склепанных из углового, полосового и других сечений железа; части последнего, разделенные между собой пересечениями (узлами), соединены путем прикрепления их к общим накладкам из листового (полукотельного) железа. Эти отдельные части — панели (на ногах и на затяжках), подкосы и стойки — рассчитываются, как и их соединения, по методам строительной механики. Их опоры на наружных стенах постройки состоят из чугунных подушек, причем одна из опор должна быть подвижной (на чугунных катках) для обеспечения температурных изменений длины фермы без вредных напряжений. Фермы ставятся на взаимных расстояниях не менее 4 м. Они нагружаются сверху по узлам горизонтальными брусьями, по которым расположена в перпендикулярном направлении брусчатая решетка, а по ней уже обыкновенная мелкая обрешетка пли опалубка. Стоимость железных ферм у нас обычно выше деревянных в 2— 2 ½  раза.

Рис. 9. Пролет 10,5 м

Железобетонные стропила еще довольно редки в строительной практике ввиду своей дороговизны — главным образом из-за сложности формования. Но они превосходят все предыдущие по своей огнестойкости и долговечности. Формы их в общем близки к описанным выше простым деревянным стропилам, хотя встречаются нередко и системы в виде ферм.

Рис. 10.

На обрешетке или опалубке располагается собственно кровля. Устройство ее определяется, главным образом родом кровельного материала. Можно различать следующие основные категории этих материалов:

1. Материалы растительного происхождения: дерево (доски, гонт, дранка, щепа), солома, камыш, дерн. Они не теплопроводны, не требуют особенно правильной и дорогой обрешетки и выполняются довольно легко, так как издавна привычны для народного мастерства. Но они недолговечны, так как подвержены загниванию от переменной влажности. Не  менее важным недостатком их является легкая возгораемость, пожарная опасность; особенно отличаются этим соломенные кровли, затем драночные, щепные и камышовые. В нашей стране, где господствуют эти виды кровли, от них преимущественно зависит исключительно высокая наша пожарность. По данным пожарной статистики, около 80% пожаров начинаются с крыш. По страховой статистике, у нас на каждую тысячу рублей страховой суммы сгорало в год:

строений с огнестойкими кровлями — на сумму 1 р. 33 к.

« с деревянными « «  5 р. 48 к.

« с соломенными « * « 24 р. 06 к.

Рис. 11

2. Металлические кровельные материалы, из которых у нас распространено только листовое железо, прочие же виды (медные, цинковые и свинцовые листы) встречаются редко, почти исключительно на зданиях монументального характера или же в перекрытиях специального назначения с применением пайки швов (например, свинцовые плоские кровли — террасы). Покрытия из кровельного железа очень легки, нетребовательны к качествам обрешетки, водонепроницаемы, легко даются народному мастерству. Но они требуют периодической окраски масляными красками (в среднем через 5 лет) во избежание ржавчины, очень теплопроводны и недостаточно огнестойки, так как железо от сильного накаливания вздувается и при этом обнажает деревянную обрешетку. Кроме того, железо неприменимо над зданиями, из которых поднимаются вверх на чердак водяные пары и вредные для железа газы (аммиачные, сернистые и пр.): все эти газы поражают железо с той его поверхности (нижней), которая недоступна для периодической окраски. В силу этого железо неприменимо к таким постройкам, как скотные дворы, некоторые заводские мастерские (цинковальни и пр.).

Гораздо лучше служит оцинкованное железо, высокие сорта которого не требуют периодической окраски, но они редки и дороги.

Рис. 12.

3. Кровельные материалы минерального состава. Сюда относятся, главным образом, черепицы всех видов, а именно: а) глиняная, или гончарная черепица разных форм (рис. 13, 14 и 15); она держится на обрешетке кровли шипами, имеющимися на ее нижней стороне; обрешетка должна быть правильная, из пиленых брусков; б) цементная черепица подобных же форм; в) натуральный шифер, представляющий собой пластинки высокосортных глинистых сланцев, добываемых у нас в некоторых областях Урала и Кавказа; прибивается к опалубке гвоздями, отверстия для коих высверливаются в нем; г) искусственный асбестово-цементный шифер, иначе называемый «этернитом» и «террофадеритом». Он производится из смеси портландского цемента и асбеста (в пропорции 10:1 по весу) заводским путем на машинах того же типа, какими вырабатывается картон на бумажных фабриках («папп-машины»), и представляет собою твердые гладкие листы размера 30х30 см или 40х40 см, толщиной в 4 мм (рис. 16). Это – самый легкий вид кровельной черепицы; и так как материал его допускает сверх того легкую пробивку дыр и, следовательно, прибивку черепиц гвоздями к обрешетке или опалубке, то и по технике применения искусственный шифер стоит выше черепиц и шифера натурального.

Рис. 13.

Рис. 14.

4. Комбинированные кровельные материалы, состоящие из волокон растительного происхождения и минеральных присадок к ним для придания прочности и водонепроницаемости всей комбинации; сюда относятся: а) глиносолома, представляющая собой пучки соломы, тщательно пропитанные раствором жирной глины; при укладке на крышу они развязываются и образуют после работы сплошную монолитную массу кровли. Последняя вполне огнестойка, но, конечно, не отличается большой долговечностью и прочностью: служит в среднем лет 10—12; б) толь, рубероид — вообще просмоленые полотнища бумажного или шерстяного картона в виде рулонов;, кроется на сплошной досчатой опалубке по особым техническими приемами; в) древесно-цементные покрытия;  они состоят из нескольких слоев кровельной рулонной, бумаги, с прослойками из особого смолистого цемента (смесь каменноугольной смолы, дегтя и серы); по этому водонепроницаемому покрытию наносится слой песка и гравия, в качестве наружного защитного покрова, из-под которого просочившаяся вода удаляется через сетчатые боковые реборды на свесах кровли — из цинка или оцинкованного железа (т. н. кислейсты). Ясно, что этот род покрытий применим лишь на очень отлогих кровлях, что и делается часто за границей с ее мягким, бесснежным климатом.

Рис. 15.

Для экономического сопоставления между собой большинства приведенных выше типов кровли ниже приводится таблица, показывающая приблизительную довоенную стоимость первоначального устройства 1 кв. м каждой кровли вместе со свойственной ей обрешеткой, затем примерную среднюю продолжительность ее службы и, наконец, вес 1 кв. м (без обрешетки):

	Стоимость, руб.	Срок службы, лет	Вес в кг
Кровля из черного железа 10 ф.	1,30	25	5
- оцинкованного	1,60	25	5
- глиняной черепицы	1,15	40	30
- цементной	1,15	30	30
- искусственного шифера	1,80	40	12
- глиносоломы	1,70	10	40
- толи двойной	1,20	10	5

Более точный учет сравнительной экономичности должен исходить еще из стоимости содержания и периодического ремонта каждого рода покрытия, из его тепловых свойств и пожарной безопасности (выражающейся  экономически в стоимости страхования соответствующих зданий).

Рассмотренные выше кровли, как частя здания, представляют его внешнее перекрытие, защищающее постройку от атмосферных осадков, но обычно недостаточное в тепловом отношении. Затепляющую роль его можно усилить, если сделать подшивку стропил снизу досками или иным материалом, а в промежуток между этой подшивкой и верхней обрешеткой стропил ввести какой-либо легкий нетеплопроводный материал (термоизолятор): пробку, соломит, кизельгур и т. п. Такое перекрытие бывает достаточным для помещений полутеплых: некоторых заводских мастерских, гаражей, складов и т. п.

Но вполне теплое верхнее перекрытие (потолок) имеет самостоятельную конструкцию в постройке, обычно в виде горизонтальной плоскости. Типы их весьма разнообразны; назовем наиболее употребительные:

а) Перекрытие по деревянным балкам; заполнение «между этими балками, располагаемыми большей частью на взаимном расстоянии в 1,1—1,25 м, делается  обычно тоже деревянным — из пластин или досок  (так. наз. «накат»); последние имеют поверх себя обмазку глиной или алебастром, а над этой обмазкой насыпается для дальнейшего затепления слой сухой земли, шлака, песка и т. п. б) Перекрытие по железным двутавровым балкам, с заполнением промежутков деревянным накатом, кирпичными сводиками или плоским   железобетонным заполнением, поверх которых делается упомянутая выше смазка и засыпка или только эта последняя. в) Перекрытие без отдельных балок, монолитное железобетонное, в котором балки формуются, одновременно с межбалочными плитами в виде выступающих (вниз) ребер; в силу этого данный тип перекрытия называется часто «ребристым» железобетонным. Его железные стержни и более мелкие части называются «арматурой». Затепление перекрытия состоит из упомянутой  выше засыпки. г) Перекрытие железобетонное безбалочное, в котором не имеется упомянутых выше выступающих  ребер, но соответственно усиливается арматура над средними точками опор (колоннами). Этот тип перекрытия распространился лишь в последнее десятилетие в культурных странах, недавно появился и у нас. Затепление его подобно предыдущим. д) Кирпичные, каменные и железобетонные своды с опорами на капитальных стенах и на колоннах здания. Эти перекрытия — не горизонтального вида, а потому очень громоздкие, тяжелые и дорогие — применяются теперь сравнительно  редко, особенно своды из кирпича и камня. Последние господствовали в прежние эпохи культуры — в средние века, в классическую эпоху Римской империи, а ранее того — в древних культурах передней Азии; в позднейшую же историческую эпоху, после появления в строительном деле железных балок, бетона, а затем и железобетона, они потеряли значение и сохранились, главным образом, в постройках монументального характера, с особыми требованиями стиля и пр.

Рис. 16.

Все, сказанное выше о верхних, потолочных перекрытиях, применимо, с небольшими изменениями и к перекрытиям междуэтажным, не имеющим назначения ограждать помещение от охлаждения, а только разделяющим его от других этажей и, в частности, от звуков и шума соседнего жилья. Отличие конструкции этих внутренних перекрытий от описанных выше состоит лишь в том, что здесь не делают большой загрузки накатов и вообще межбалочных заполнений затепляющими материалами (например, землей), ограничиваясь более легкой промазкой глины или алебастра; кроме того, конструкция перекрытия бывает нагружена сверху настилом пола следующего этажа.

Наконец, пол нижнего этажа постройки представляет собой также один из видов перекрытия; но конструкция его облегчается тем, что близость почвы под ним дает возможность делать весьма частые и недорогие подпоры, а иногда — всецело располагать на ней всю конструкцию (бетонные полы).

В. Мачинский.