Устройство сводчатого (кафедрального) потолка

Сводчатый потолок правильнее называть кафедральным потолком, так как он образуется одним скатом крыши. Кафедральный потолок образуется двускатной крышей, а наклонный − односкатной. Чтобы правильно построить такой потолок изучите теорию стропильной системы. Хотя кафедральный потолок используется давно, некоторые инженеры неправильно понимают назначение некоторых узлов стропильной системы крыши и путают функции схватки, затяжки и коньковой балки. Эта статья описывает и иллюстрирует три типа конструктивных узлов препятствующие прогибу стропил и изгибу стен, включая определение схватки, затяжки и структурной коньковой балки. Без подходящей поддержки затяжки или коньковой балки, двускатная крыша прогнется вниз, толкая стены здания наружу, что приведет к обрушению.

На рисунке изображен сводчатый потолок без использования схваток и затяжек.

Структурная коньковая балка

Коньковая балка или потолочные лаги или "Ничего" в сводчатом потолке.

Когда строители устанавливают схватки, они располагают их горизонтально между противоположными стропилами и в верхней трети вертикального расстояния между коньковой балкой и плоскостью мауэрлата или верхних обвязок наружных каркасных стен. Это делается для скрепления коньковой балки и верха стропил. Схватка не участвует в связывании наружных стен здания.

Затяжка создает прочный треугольник, который давит вниз, а не вбок на наружные стены. Без затяжек, коньковая балка прогибаясь, давит на стропила прикрепленные к стенам, толкая стены наружу. Обследуя здания построенные без затяжек и без структурной коньковой балки, мы иногда замечаем, что коньковая доска между фронтонами прогнулась вниз.

“Там, где не используются потолочные лаги или затяжки, коньковая балка должна поддерживаться стеной или колонной, сконструированной в соответствие с принятой инженерной практикой.” - 2012 IRC, Раздел R 802.3.1

Если внимательно посмотреть снаружи на верх стен, на которые опираются скаты крыши, то при ошибочно сконструированной стропильной системе крыши виден изгиб стены в верхней части. Если войти внутрь и посмотреть на эти стены, то иногда видны трещины в обшивке стен или отслоение обшивки каркаса, а иногда и наклон стены наружу. Чтобы этого не произошло, для коньковой балки рекомендуется использовать инженерные структурные балки типа клеенного бруса, LVL бруса и т.п. При этом коньковая балка обязательно должна опираться на стены или столбы, передавая нагрузку дальше на фундамент. Фирмы продающие такой брус помогут с расчетом необходимого сечения балки.

Неважно как крепятся стропила к коньку: встык или покоятся на нем, используйте подходящее соединение стропил с коньком. Для этих целей лучше подходят металлические пластины проходящие по верху стропил и конька, чтобы предотвратить отсоединение стропил от конька при повышении нагрузки. Справа на фото видно, как разошлись стропила прибитые прямым гвоздем через коньковую балку (очень слабое соединение) в стропило. Но даже забивая гвозди под углом через стропило в конек, нет гарантии, что стропила не отойдут от конька.

Как исправить сводчатый потолок крыши, в котором нет структурной коньковой балки

Я предлагаю три способа для исправления структуры крыши, которые применяются с успехом.

1. Пропустите структурную балку через стены фронтона под коньковой балкой из доски. Некоторые компании продающие клеенный брус предоставляют инженерный расчет сечения балки и способы крепления. Уже на месте стяните клеенную балку и доску конька металлическими пластинами. Сначала убедитесь, что оба конца балки опираются на опоры, которые прямо или косвенно передают нагрузку на фундамент, а затем установите необходимые крепления.

2. Установите балки от одной до другой стены параллельно стропилам, они закрепят стены, как затяжки. Используйте брус 100х150 или 100х200 мм в зависимости от размера пролета крыши (при пролетах свыше 6 метров требуется конструкция разработанная инженером) и расположите балки с шагом 120 - 180 см (по правилам не более 120 см). Используйте одобренные крепления − шурупы и болты, иногда и гвозди не подходят для крепления этих балок к обвязкам стен или мауэрлату. Балки не дадут стенам выгибаться.

3. Пригласите инженера-строителя, который предложит один или два способа подходящих под дизайн потолка.

При любом из этих способов, проверьте вертикальность длинных стен в середине здания. Если отклонение составляет 5 мм и более, то используйте комбинацию из тросов и подпорок под конёк, в месте где он прогнулся, чтобы стены вновь заняли вертикальное положение. Первые два метода во многих случаях помогают исправить ситуацию, но если вы не уверены, лучше пригласите инженера.

Если ваша крыша построена без затяжек, схваток, структурного конька или другого инженерного решения, то рано или поздно коньковая балка прогнется в середине и отклонит стены по вертикали.