Крыша ( мн. ч.: крыши или кровли ) — верхнее покрытие здания , включающее все материалы и конструкции, необходимые для его поддержки на стенах здания или на стойках, обеспечивающее защиту от дождя , снега , солнечного света , экстремальных температур и ветра . [ 1] Крыша является частью оболочки здания .
Характеристики крыши зависят от назначения здания, которое она покрывает, доступных кровельных материалов и местных традиций строительства и более широких концепций архитектурного дизайна и практики, а также могут регулироваться местным или национальным законодательством . В большинстве стран крыша защищает в первую очередь от дождя. Веранда может быть покрыта материалом, который защищает от солнечного света, но пропускает другие элементы. Крыша садовой оранжереи защищает растения от холода, ветра и дождя, но пропускает свет.
Крыша также может обеспечить дополнительное жилое пространство, например, сад на крыше .
Древнеанглийское hrof [2] 'крыша, потолок , вершина, вершина; небеса, небо', также в переносном смысле 'высшая точка чего-либо', от протогерманского * khrofam ( ср. голландское roef 'палуба, каюта, крышка гроба', средневерхненемецкое rof 'пентхаус', древнескандинавское hrof 'лодочный сарай'). Нет никаких очевидных связей за пределами германской семьи. "Только английский сохранил это слово в общем смысле, для которого другие языки используют формы, соответствующие OE. þæc thatch". [3]
Элементами конструкции крыши являются:
Материал крыши может варьироваться от банановых листьев, пшеничной соломы или морской травы до ламинированного стекла , меди (см.: медная кровля ) , алюминиевых листов и сборного бетона . Во многих частях мира керамическая черепица была преобладающим кровельным материалом на протяжении столетий, если не тысячелетий. Другие кровельные материалы включают асфальт , каменноугольный пек , EPDM-каучук , Hypalon , полиуретановую пену , ПВХ , шифер , тефлоновую ткань , TPO , а также древесные дранки и черепицу .
Конструкция крыши определяется методом ее поддержки и тем, как перекрывается пространство под ней, а также тем, является ли крыша наклонной . Наклон — это угол, под которым крыша поднимается от самой низкой до самой высокой точки. Большая часть внутренней архитектуры США , за исключением очень засушливых регионов, имеет наклонные крыши . Хотя современные элементы конструкции, такие как водосточные трубы, могут устранить необходимость в наклоне, крыши делают наклонными по причинам традиции и эстетики. Таким образом, наклон частично зависит от стилистических факторов, а частично — от практичности.
Некоторые типы кровли, например, соломенная , требуют крутого уклона, чтобы быть водонепроницаемыми и долговечными. Другие типы кровли, например, плоская черепица , нестабильны на крутой крыше, но обеспечивают отличную защиту от непогоды при относительно низком угле. В регионах, где мало дождей, почти плоская крыша с небольшим стоком обеспечивает адекватную защиту от случайных ливней. Водосточные трубы также устраняют необходимость в наклонной крыше.
Человек, который специализируется на строительстве крыш, называется кровельщиком .
Долговечность крыши является предметом беспокойства, поскольку крыша часто является наименее доступной частью здания для целей ремонта и обновления, а ее повреждение или разрушение может иметь серьезные последствия .
Форма крыш сильно различается от региона к региону. Основными факторами, влияющими на форму крыш, являются климат и материалы, доступные для конструкции крыши и внешнего покрытия. [4]
Основные формы крыш — плоские , односкатные , двускатные , мансардные , шатровые , бабочковидные , арочные и купольные . Существует множество вариаций этих типов. Крыши, построенные из плоских секций, которые наклонены, называются скатными (обычно, если угол превышает 10 градусов). [5] Скатные крыши, включая двускатные, шатровые и крыши-скиллионы, составляют наибольшее количество домашних крыш. Некоторые крыши следуют органическим формам либо по архитектурному замыслу, либо потому, что при строительстве использовался гибкий материал, такой как солома.
Крыша состоит из двух частей: ее несущая конструкция и ее внешняя оболочка, или верхний слой, защищающий от непогоды. В меньшинстве зданий внешний слой также является самонесущей конструкцией.
Конструкция крыши обычно опирается на стены, хотя некоторые строительные стили, например, геодезический и А-образный , стирают различие между стеной и крышей.
Опорная конструкция крыши обычно состоит из длинных балок из прочного, довольно жесткого материала, такого как древесина , а с середины 19 века — чугун или сталь . В странах, где широко используется бамбук , гибкость материала приводит к появлению характерной изогнутой линии крыши, характерной для восточной архитектуры .
Древесина подходит для самых разных форм крыш. Деревянная конструкция может выполнять как эстетическую, так и практическую функцию, если ее оставить открытой для обозрения.
Каменные перемычки использовались для поддержки крыш с доисторических времен , но не могут перекрывать большие расстояния. Каменная арка стала широко использоваться в древнеримский период и в различных формах могла использоваться для перекрытия пространств шириной до 45 м (140 футов). Каменная арка или свод , с ребрами или без них, доминировала в конструкциях крыш крупных архитектурных сооружений около 2000 лет, уступив место железным балкам только с промышленной революцией и проектированием таких зданий, как Хрустальный дворец Пакстона , завершенный в 1851 году.
С постоянными улучшениями стальных балок они стали основной структурной опорой для больших крыш, а в конечном итоге и для обычных домов. Другой формой балки является железобетонная балка, в которой металлические стержни заключены в бетон, что придает ей большую прочность при растяжении .
Поддержка крыши может также служить жилым помещением, как это можно увидеть в настиле крыши. Настил крыши — это пространство внутри конструкции крыши, которое преобразуется в комнату определенного типа.
Эта часть крыши сильно варьируется в зависимости от доступности материала. В народной архитектуре кровельным материалом часто служит растительность, например, солома , причем самой долговечной является морская трава , срок службы которой составляет около 40 лет. Во многих азиатских странах бамбук используется как для несущей конструкции, так и для внешнего слоя, где расщепленные бамбуковые стебли укладываются поочередно и внахлест. В районах с обилием древесины используются деревянная черепица , дранка и доски , в то время как в некоторых странах кора определенных деревьев может быть снята в толстые, тяжелые листы и использована для кровли.
В 20 веке началось производство композитной битумной черепицы , которая может служить от тонкой 20-летней черепицы до самой толстой, которая является черепицей с ограниченным сроком службы, стоимость которой зависит от толщины и прочности черепицы. Когда слой черепицы изнашивается, ее обычно снимают вместе с подложкой и кровельными гвоздями, что позволяет установить новый слой. Альтернативным методом является установка еще одного слоя непосредственно поверх изношенного слоя. Хотя этот метод быстрее, он не позволяет осматривать обшивку крыши и ремонтировать повреждения от воды, часто связанные с изношенной черепицей. Наличие нескольких слоев старой черепицы под новым слоем приводит к тому, что кровельные гвозди располагаются дальше от обшивки, что ослабляет их крепление. Наибольшая проблема с этим методом заключается в том, что вес дополнительного материала может превысить несущую способность конструкции крыши и привести к обрушению. Из-за этого юрисдикции, которые используют Международный строительный кодекс, запрещают установку новой кровли поверх существующей крыши, которая имеет два или более применений любого типа кровельного покрытия; Перед установкой новой крыши необходимо удалить существующий кровельный материал. [6]
Сланец — идеальный и долговечный материал, в то время как в Швейцарских Альпах крыши сделаны из огромных каменных плит толщиной в несколько дюймов. Сланцевая крыша часто считается лучшим типом кровли. Сланцевая крыша может прослужить от 75 до 150 лет и даже дольше. Однако сланцевые крыши часто дороги в установке — в США, например, сланцевая крыша может стоить столько же, сколько и остальная часть дома. Часто первой частью сланцевой крыши, которая выходит из строя, являются крепежные гвозди; они корродируют, позволяя сланцам скользить. В Великобритании это состояние известно как «болезнь гвоздей». Из-за этой проблемы рекомендуются крепежные гвозди из нержавеющей стали или меди , и даже их необходимо защищать от непогоды. [7]
Асбест , обычно в связанных гофрированных панелях, широко использовался в 20 веке как недорогой, негорючий кровельный материал с превосходными изоляционными свойствами. Медицинские и юридические вопросы , связанные с добычей и обработкой асбестовых продуктов, привели к тому, что он больше не используется в качестве нового кровельного материала. Тем не менее, многие асбестовые крыши продолжают существовать, особенно в Южной Америке и Азии.
Крыши из срезанного дерна (современные крыши известны как зеленые крыши , традиционные как дерновые крыши ) обладают хорошими изоляционными свойствами и все чаще поощряются как способ «озеленения» Земли. Почва и растительность выполняют функцию живой изоляции, смягчая температуру зданий. [8] Глинобитные крыши — это крыши из глины, смешанной со связующим материалом, таким как солома или шерсть животных, и оштукатуренные на планках для формирования плоской или пологой крыши, обычно в районах с малым количеством осадков.
В районах, где глина в изобилии, крыши из обожженной черепицы были основным видом кровли. Литье и обжиг черепицы — это отрасль, которая часто ассоциируется с кирпичными заводами . Хотя форма и цвет черепицы когда-то были регионально отличительными, теперь плитка многих форм и цветов производится в коммерческих целях, чтобы удовлетворить вкус и кошелек покупателя. Бетонная черепица также является распространенным выбором, поскольку доступна во многих различных стилях и формах.
Листовой металл в виде меди и свинца также использовался в течение многих сотен лет. Оба материала дороги, но долговечны, огромная медная крыша Шартрского собора , окислившаяся до бледно-зеленого цвета, прослужила сотни лет. Свинец, который иногда используется для церковных крыш, чаще всего использовался в качестве фартука в разжелобках и вокруг дымоходов на крышах домов, особенно шиферных. Медь использовалась для той же цели.
В 19 веке железо, гальванически покрытое цинком для повышения его устойчивости к ржавчине, стало легким, легко транспортируемым, водонепроницаемым материалом. Его низкая стоимость и простота нанесения сделали его самым доступным коммерческим кровельным материалом во всем мире. С тех пор было разработано много типов металлической кровли . Стальные гонты или фальцевые кровли служат около 50 лет и более в зависимости от способа установки и используемого барьера от влаги (подложки) и находятся между стоимостью гонтовых кровель и сланцевых кровель. В 20 веке было разработано большое количество кровельных материалов, включая кровли на основе битума (уже использовавшегося в предыдущие века), резины и ряда синтетических материалов, таких как термопластик и стекловолокно .
Сборка крыши имеет более одной функции. Она может выполнять любую или все из следующих функций:
1. Сливать воду, т. е. предотвращать скопление воды на поверхности крыши. Вода, стоящая на поверхности крыши, увеличивает временную нагрузку на конструкцию крыши, что является проблемой безопасности. Стоячая вода также способствует преждевременному износу большинства кровельных материалов. Гарантии некоторых производителей кровельных материалов становятся недействительными из-за стоячей воды.
2. Защищать внутреннюю часть здания от воздействия погодных условий, таких как дождь, ветер, солнце, жара и снег.
3. Обеспечивать теплоизоляцию. Большинство современных коммерческих/промышленных сборок кровель включают изоляционные плиты или войлочную изоляцию. В большинстве случаев Международный строительный кодекс и Международный жилищный кодекс устанавливают минимальное значение R, требуемое для сборки крыши.
4. Выполнять ожидаемый срок службы. Все стандартные кровельные материалы имеют установленную историю их соответствующей долговечности, основанную на неофициальных данных. Большинство кровельных материалов прослужат долго после истечения гарантии производителя при условии надлежащего постоянного обслуживания и отсутствия повреждений от штормов. Металлические и черепичные крыши могут прослужить пятьдесят лет и более. Битумная черепица может прослужить 30–50 лет. Крыши из каменноугольной смолы могут прослужить сорок и более лет. Однослойные крыши могут прослужить двадцать и более лет.
5. Обеспечивают желаемый безупречный внешний вид. Некоторые крыши выбираются не только из-за вышеуказанных функций, но и из-за эстетики, подобной облицовке стен. За некоторые системы часто платят повышенные цены из-за их привлекательного внешнего вида и «привлекательности для бордюра».
Поскольку назначение крыши — защищать людей и их имущество от воздействия климатических условий, при выборе конструкции крыши и кровельного материала учитываются ее теплоизоляционные свойства.
Некоторые кровельные материалы, особенно из натурального волокнистого материала, например, солома, обладают прекрасными изоляционными свойствами. Для тех, у кого они отсутствуют, часто под наружным слоем устанавливается дополнительная изоляция . В развитых странах в большинстве жилищ потолок устанавливается под структурными элементами крыши. Цель потолка — изоляция от жары и холода, шума, грязи, а часто и от помета и вшей птиц, которые часто выбирают крыши в качестве мест гнездования.
Бетонная плитка может использоваться в качестве изоляции. При установке с оставлением пространства между плиткой и поверхностью крыши, это может уменьшить нагрев, вызванный солнцем.
Формы изоляции: войлок или пластиковая пленка, иногда с отражающей поверхностью, устанавливаемая непосредственно под плиткой или другим материалом; синтетический пенопласт, укладываемый над потолком, и переработанные бумажные изделия и другие подобные материалы, которые можно вставлять или распылять в полости крыши. Прохладные крыши становятся все более популярными [9] и в некоторых случаях предписаны местными нормами. Прохладные крыши определяются как крыши с высокой отражательной способностью и высоким тепловым излучением [9] .
Плохо изолированная и вентилируемая кровля может страдать от таких проблем, как образование ледяных плотин вокруг нависающих карнизов в холодную погоду, в результате чего вода из растаявшего снега на верхних частях крыши проникает в кровельный материал. Ледяные плотины возникают, когда тепло уходит через самую верхнюю часть крыши, и снег в этих точках тает, снова замерзая, стекая по черепице, и собираясь в виде льда в нижних точках. Это может привести к структурным повреждениям от напряжения, включая разрушение водосточных систем и дренажных систем.
Основная задача большинства крыш — не допускать попадания воды. Большая площадь крыши отталкивает много воды, которую нужно направить в подходящее русло, чтобы она не наносила ущерба или не создавала неудобств.
Плоская крыша саманных жилищ обычно имеет очень небольшой уклон. В странах Ближнего Востока, где крыша может использоваться для отдыха, ее часто обносят стеной, и необходимо предусмотреть дренажные отверстия, чтобы вода не скапливалась и не просачивалась через пористый кровельный материал.
Похожие проблемы, хотя и в гораздо большем масштабе, встают перед строителями современных коммерческих объектов, которые часто имеют плоские крыши. Из-за очень большой природы таких крыш, важно, чтобы внешняя оболочка была из высоконепроницаемого материала. Большинство промышленных и коммерческих сооружений имеют обычные крыши с низким уклоном.
В целом, уклон крыши пропорционален количеству осадков. Дома в районах с малым количеством осадков часто имеют крыши с малым уклоном, в то время как дома в районах с большим количеством осадков и снега имеют крутые крыши. Например, длинные дома Папуа -Новой Гвинеи , являясь архитектурой с преобладанием крыш, высокие крыши спускаются почти до земли. Высокие крутые крыши Германии и Голландии типичны для регионов со снегопадами. В некоторых частях Северной Америки, таких как Буффало, Нью-Йорк , США или Монреаль , Квебек, Канада, требуется минимальный уклон 6 из 12 (1:2, уклон 30°).
Существуют региональные стили строительства, которые противоречат этой тенденции, каменные крыши альпийских шале обычно имеют более пологий наклон. На этих зданиях, как правило, скапливается большое количество снега, что рассматривается как фактор их изоляции. Уклон крыши частично определяется доступным кровельным материалом, уклон 3 к 12 (1:4) или более обычно покрывается битумной черепицей, деревянной дранкой, гофрированной сталью, шифером или черепицей.
Вода, отталкиваемая крышей во время ливня, потенциально вредит зданию, которое защищает крыша. Если она стекает по стенам, она может просочиться в раствор или через панели. Если она лежит вокруг фундамента, она может вызвать просачивание внутрь, подъем сырости или сухую гниль . По этой причине в большинстве зданий имеется система защиты стен здания от большей части воды с крыши. Для этой цели обычно используются нависающие карнизы . Большинство современных крыш и многие старые имеют системы ендов, желобов, водосточных труб, водосточных воронок и водосточных труб для отвода воды из окрестностей здания. Во многих частях мира вода с крыши собирается и хранится для бытового использования.
В районах, подверженных обильным снегопадам, металлическая крыша будет полезна, поскольку ее гладкая поверхность легче сбрасывает вес снега и лучше противостоит силе ветра, чем деревянная черепица или крыша из бетонной черепицы.
Более новые системы включают солнечную черепицу , которая генерирует электричество , а также покрывает крышу. Существуют также солнечные системы, которые генерируют горячую воду или горячий воздух и которые также могут выступать в качестве кровельного покрытия. Более сложные системы могут выполнять все эти функции: генерировать электричество, рекуперировать тепловую энергию, а также выступать в качестве кровельного покрытия.
Солнечные системы могут быть интегрированы в крыши следующими способами:
