Купольная крыша. технология строительства и расчёт купольной крыши

Плоские дома

Если «парус», несмотря на необычную форму, все же выглядит объемным, то дом 36 на Пресненском Валу кажется совершенно плоским, словно кроме фасада у него ничего нет. Этот эффект достигается благодаря тому, что один из углов дома острый, поэтому с определенного ракурса здание выглядит лишенным объема.

Соседний дом 38, строение 1 тоже выглядит слишком узким для того, чтобы стоять на земле без подпорок. Эффект плоскости здесь возникает за счет прямоугольного выступа, который скрывает глубину здания. Внутренняя планировка обоих домов при этом совершенно обыкновенная.

Оба дома построили в 1910-х годах, и они не единственные в своем роде. Один из самых известных плоских домов находится на Таганской улице. Дом 1/2, строение 2 построили как доходный. Острый угол здания вплотную прилегает к стене соседнего дома, и создается впечатление, что за фасадом ничего нет. Такое архитектурное решение обусловлено тем, что заказчик этого дома хотел извлечь максимальную денежную пользу из принадлежащего ему земельного участка, однако участок этот был неровным, и дом приобрел его форму.

Долгое время в здании шла реставрация, поэтому оно было скрыто от глаз прохожих. Недавно ремонт закончился, и в доме снова живут люди.

Стеклянные купола прекрасный декор вашего здания

Исторически так сложилось, что крыша в форме купола применялась на самых значимых строениях своего времени, которыми были: храмы, дворцы императоров, правительственные резиденции, роскошные дома элиты

Правильная геометрическая форма купола привлекает и завораживает взор уже сама по себе Поэтому, создание светопрозрачной кровли в форме стеклянного купола позволяет не только придать величие и значимость архитектурному замыслу сооружения, но и позаботиться о такой важной проблеме, как естественное освещение внутреннего пространства здания. Ведь сегодня, максимальное привлечение солнечного света во внутренние помещения — мировая стратегия градостроения в борьбе за экологию и экономию энергоресурсов

Развитие же современных технологий строительства и производство различных видов стекла позволили воплотить частное решение этой задачи — создание светопрозрачной кровли в виде стеклянного купола наиболее масштабно и очень эффектно.

Стеклянная крыша — купол

будет особо уместен при строительстве крупных административных и офисных зданий, торговых и развлекательных комплексов, может быть грамотно применен в жилищном строительстве для создания внутреннего зимнего сада или атриума, объединяющего несколько зданий.

Наличие современных профильных систем, позволяет архитекторам особо не останавливать полет своей творческой фантазии и возводить стеклянные купола внушительных размеров и при этом обеспечивать надежность всей масштабной конструкции, а современное стекло для светопрозрачных конструкций и технологии обеспечат в дальнейшем комфортную и экономную эксплуатацию такого объекта.

Конструктивно, стеклянный купол

является достаточно сложным инженерным сооружением и, в первую очередь, очень ответственным, уже в силу своих значительных размеров и характера размещения на большой высоте в местах возможного скопления людей.

Крыша коническая. Основные элементы

Установка выполняется на круглых элементах, с использованием наслонной системы стропил. Это значит, что стропильные ноги опираются на прогон в виде кольца. Прогон крепится на балке. Нужно выполнить монтаж так, чтобы избежать нагрузки на высшую точку.

Второй важнейший элемент опоры – мауэрлат. Его установка выполняется по кольцу. Монтаж выполняется на стенах

При размещении балки важно учесть один момент. Там, где устанавливают центральную опору, нагрузка максимальна

Невозможно представить себе выполнение работ без кольцевого конька. С помощью раскосов он фиксируется в центральной части опоры. Количество узлов и комплектующих нужно определить заранее. Лучше делегировать эту задачу специалистам. Это позволит избежать нелепых ошибок при выполнении расчетов.

Это важно! Один из лучших материалов для стропильного каркаса – клееный брус. Он выдерживает значительные нагрузки

Например, вес керамической черепицы – минимум 40 кг на 1 кв. метр. Одним словом, без надежных стропил вам точно не обойтись.

Стропильные ноги играют роль ребер

Чтобы рассчитать точное количество, берут во внимание тип кровли, ее характеристики

Разновидности купольной крыши

Геодезическая крыша Существует несколько вариантов исполнения кровельных конструкций с круглым основанием. Они различаются внешним видом и особенностями строения.

Геодезическая

Такая сферическая крыша появилась в середине прошлого века в США. Ее особенность – отсутствие привычной системы стропил. Конфигурацию образуют равносторонние треугольные детали, сделанные из брусков метровой длины с сечением 5 на 10 см. Для соединения используется трубка-коннектор из стали 10 см, к которой посредством сварки попарно прикрепляют лопасти. В результате получается конструкция в форме звезды с 5 или 6 лучами. Иногда треугольники объединяют без коннекторов.

Арочная

Эта конструкция имеет больше сходства с привычной крышей со скатами. Стропила для нее намеренно делают изогнутыми.

Можно приобрести готовые деревянные или металлические элементы или изготовить их своими руками из бруса.

Конусная

Конусная крыша может быть независимой конструкцией или компонентом сложносоставной кровли

Важно, чтобы основание под нее имело форму круга. Ноги стропил в данном случае должны быть прямыми. Схема строения конической конструкции не включает таких привычных элементов, как фронтоны и конек

Крыша должна иметь достаточный угол уклона (минимум 15 градусов)

Схема строения конической конструкции не включает таких привычных элементов, как фронтоны и конек. Крыша должна иметь достаточный угол уклона (минимум 15 градусов).

Конусная

Арочная

Исходные данные.

Область «Исходные данные» предназначена для задания геометрии каркаса. Можно изменять параметры в следующих полях:

«Многогранник» — многогранник на основание которого строится вся конструкция. Возможны два варианта: икосаэдр и октаэдр.

«Частота, V» — количество разбиений вершин. При увеличении частоты, увеличивается количество вершин и ребер соответственно. Чем больше это значение, тем больше форма каркаса приближается к сфере и тем меньше длина рёбер.

Икосаэдр — многогранник, у которого значение частоты разбиения V равно 1.

Октаэдр — многогранник, у которого значение частоты разбиения V равно 1.

Значение частоты разбиения равное единице соответствует конструкции в виде икосаэдра или октаэдра в зависимости от того какой многогранник задан в графе «многогранник». При увеличении частоты происходит разбиение рёбер многогранника на части. Количество рёбер, составляющих разбитое ребро, равно частоте разбиения.

Частота разбиения икосаэдра.

«Класс разбиения» — этот пункт отвечает за выбор способа разбиения, а следовательно и формы конечной конструкции.

При частоте разбиения равной двум и более возможны различные варианты каждого разбиения. Эти варианты делятся на классы. Если спроецировать разбиение на грань икосаэдра, то все возможные классы разбиения икосаэдра можно представить в виде схемы.

Классы разбиения купольных конструкций.

В калькуляторе римскими цифрами обозначены основные классы, всего их три. Арабскими цифрами обозначены вариации основных классов.

Аналогично способы разбиения задаются для октаэдра.

«Метод разбиения» — позволяет сделать выбор между «Равные хорды», «Равные дуги» и «Мексиканец».

«Осевая симметрия» — выбор оси симметрии, которая учитывается при отсечении части купола от сферы и выстраивании купола по вертикали. Возможные варианты:

• Pentad — ось симметрии проходит через вершину, в которой сходится 5 рёбер.
• Cross — ось симметрии проходит через вершину, в которой сходится 6 рёбер.
• Triad — ось симметрии проходит через грань.

«Фулерен» — выбор формы купола в виде фулерена, который вписывается («вписанный») в сферу, или описывает её («описанный»). Поле «Фулерен» не доступно при выборе варианта соединения «Joint».

купол в форме фулерена

«Выравнивание основания» — позволяет выравнивать основание относительно плоскости основания за счет изменения длин рёбер у основания купола. Поле «Выравнивание основания» не доступно при выборе способа соединения «Cone» или выборе формы фулерена.

Функция «выравнивание основания» изменят длину рёбер у основания купола таким образом, что вершины купола на внешней его поверхности располагаются в плоскости основания. Вершины купола на внутренней поверхности купола в общем случае не располагаются в плоскости основания, а строятся по общему принципу — к центру купола от его внешней поверхности.

При включении «выравнивания основания» рёбра своей широкой стороной лежат в плоскости горизонта в случае, когда в поле «часть сферы» выбрано 1/2. В остальных случаях, они не лежат в плоскости горизонта.

«Часть сферы» — выбор части сферы, из которой будет состоять купол. Для куполов разной частоты возможны различные пропорции отсечения.

«Луковичный» купол

Идеальным материалом кровли для полукруглой крыши является гибкая черепица.

Эта форма крыши стоит несколько особняком, т.к. дом с таким видом кровли сегодня вряд ли встретишь, а вот для православных храмов подобная конструкция уже давно стала своеобразной визитной карточкой в мире архитектуры. Однако, еще несколько столетий назад такую крышу имели и царские хоромы и жилые боярские терема. Причина, по которой власть имущие строили дом с крышей именно такой конструкции, банальна – все та же практичность и лишь отчасти – намек на близость к храму и богу.

Для небольших куполов, диаметром не более 3-х метров, в качестве материала для стропил используют дерево. Стропильные ноги луковичного купола имеют свою специфику, – особую форму, которая называется «журавец». Это наклонная стропильная система, в которой «журавцам», опирающимся на центральный столб, дополнительную жесткость придают разного рода распорки, подкосы, устанавливаемые там, где предполагается наибольшая нагрузка. Чтобы вырезать «журавцы», применяют специальные лекала из дерева. Для больших куполов, диаметром более 3-х метров необходим металлический каркас. В качестве обрешетки используют полоски из металла.

По сей день купольная крыша все еще непривычна взгляду. Тем не менее, практичность этого вида конструкции, ее необычность и привлекательность наверняка найдут еще много поклонников среди домовладельцев.

Строительство круглого дома своими руками

Сферические или цилиндрические постройки достаточно сложно спроектировать, ведь здесь придется работать с криволинейными фигурами, в которых тяжело рассчитать нагрузки. Если проект круглого дома лучше доверить профессионалам, то собрать конструкцию можно и самостоятельно.

В общем, строительство круглого дома можно разбить на несколько этапов:

• проект выполняют, разбивая сферу или полусферу на треугольники либо их фрагменты. Так намного проще рассчитать нагрузку на дом, кроме того, конструкцию, состоящую из треугольников, проще собрать и обшить.
• Теперь можно заняться фундаментом. Очень эффектно выглядит свайный тип фундамента вместе со сферической или цилиндрической формой строения. Также часто используют и плитное основание в виде круга. Облегченный фундамент сделать не сложно, да и застывает он намного быстрее капитального. Под круглым домом можно соорудить подвал или подземный гараж (если это предусмотрено проектом).
• Проще всего самостоятельно собрать дом каркасного типа. Тогда на участок привозят брус или металлический профиль для сборки купольного каркаса. Крепеж, как правило, используют обычный, металлический.
• Настал черед обшивки каркаса. Принято использовать в этих целях сип-панели, которые уже оснащены внутренним и внешним слоем, а также, утеплителем в виде минеральной ваты или пенополистирола. Треугольные панели просто вставляют в каркас, щели заполняют утеплителем.
• Внутренние стены, согласно проекту, обшивают любым листовым материалом или готовыми панелями. Обустраивают дом по своему вкусу. Следует учитывать, что криволинейная поверхность стен не позволит ставить обычную прямоугольную мебель вплотную к ним – придется продумать планировку заранее, а возможно, и заказать уникальную мебель.

Важно! Не стоит забывать о пароизоляции и гидроизоляции круглого дома. Если не проложить специальные пленки, внутри дома будет сыро и некомфортно, а стены его быстро придут в негодность из-за постоянной влажности.. Фото готовых круглых домов никого не оставят равнодушным – необычные проекты навсегда оставляют отпечаток в душе

Необычно в таком строении все: от внешнего вида до обстановки внутри дома. Не каждый сможет жить в нестандартных условиях, к круглому дому нужно привыкнуть. Зато сферические проекты точно придутся по вкусу творческим личностям и любителям ультрасовременных технологий

Фото готовых круглых домов никого не оставят равнодушным – необычные проекты навсегда оставляют отпечаток в душе. Необычно в таком строении все: от внешнего вида до обстановки внутри дома. Не каждый сможет жить в нестандартных условиях, к круглому дому нужно привыкнуть. Зато сферические проекты точно придутся по вкусу творческим личностям и любителям ультрасовременных технологий.

Из каких материалов делают купольную крышу

Мы уже упоминали, что для возведения купольной крыши может быть использован деревянный или металлический каркас (фермы или алюминиевые профили). С последним работать проще (можно выбрать нужной формы). Выдержит тяжелый кровельный материал (керамическую черепицу, например). Но металлический каркас не подойдёт, если на такую нагрузку не рассчитаны стены и фундамент дома.

Кровельный материал выбирают из тех, что способны сгибаться, принимать нужную форму (например, тростниковая кровля, фальцевая). Поэтому целесообразнее отдать предпочтение штучным материалам: металлическая и гибкая черепица, кровельный сланец, деревянная щепа. Профнастил не подойдёт.

А также ориентируются на возможность создания покрытия с полной герметичностью. Герметичность не могут гарантировать кровельный сланец, керамическая черепица, цементно-песчаная черепица. И всё же эти материалы используют, но предусмотрев надежную гидроизоляцию. Отличной водонепроницаемостью отличается гибкая черепица, но для её укладки требуются хорошие навыки (навыки кровельщика).

Безусловно, учитывают нагрузку, которую способен выдержать материал, срок и условия эксплуатации (указываются производителем, в зависимости от применённого сырья).

Исходя из всего сказанного, специалисты рекомендуют использовать:

• фальцевая кровля (герметичный материал, большой выбор);
• штучная металлочерепица;
• гибкая битумная черепица;
• поликарбонат;
• наборная деревянная кровля (щепа, гонт, дранка).

Круглая купольная крыша станет настоящим украшением дома и прослужит долгие годы. Но лишь при условии наличия грамотно составленного проекта, при правильном выборе материалов (в зависимости от разновидности купольной крыши, от нагрузок), при неукоснительном соблюдении технологии строительства.

Все плюсы круглого дома

Естественно, проект круглого дома неординарен, каждая такая постройка уникальна в своем роде. Архитектор, работающий над проектом круглого жилья, должен учитывать массу факторов, таких как:

• рельеф местности, в которой будет располагаться дом;
• полезная площадь строения;
• климатические и сейсмические особенности региона;
• пожелания заказчика относительно внутреннего обустройства круглого дома и многое другое.

Кроме уникальности круглые дома имеют еще массу достоинств:

1. Из-за того, что масса сферических конструкций меньше стандартных прямоугольных, круглые дома можно возводить на фундаменте облегченного типа. Это может быть свайный фундамент (особенно популярный в холмистой местности), мелкозаглубленный ленточный или основание под дом в виде цельной бетонной плиты. В любом случае, стоит помнить об особенностях куполообразного проекта – большая часть нагрузки приходится на центральную часть конструкции. Поэтому в центре круга фундамент должен быть усилен (часто в круглом доме делают центральную колонну, в которой располагают эркерную гостиную, кухню или лестницу на второй этаж, как в проекте на фото ниже).
2. Надежность круглых строений настолько высока, что строители дают гарантию на такие дома сроком более чем на 50 лет. Постройки каркасного типа и вовсе могут простоять около двух столетий.
3. Круглые дома редко нуждаются в капитальных ремонтах, стены таких домов практически не трескаются, внешний вид с годами тоже не меняется.
4. Круглая форма дает строению возможность противостоять внешним факторам, таким как ветер, снег, дождь, и даже землетрясение. Дело в том, что сфера имеет намного меньшую парусность, чем прямоугольник, а во время сейсмической активности дом останется целым, даже если будет повреждена третья часть его несущих конструкций. На круг практически не налипает снег, поэтому разрушение из-за снежных масс на крыше тоже не грозит куполообразному дому. Благодаря этому круглые дома можно строить в самых сложных климатических условиях.
5. При одинаковой площади внутренний объем сферического дома намного больше, чем прямоугольного. Это и понятно, ведь в проекте нет углов, крадущих полезную площадь.
6. Крыша круглой постройки не протекает, ведь там не может скапливаться вода и не задерживается снег.
7. Строительные материалы и их монтаж обходятся, в среднем, на 20% дешевле, так как проект круглого дома проще, чем прямоугольного.
8. Уникальное внутреннее пространство обеспечивает оптимальную конвекцию (движение теплых и холодных потоков воздуха), благодаря чему в круглом доме тепло зимой, а летом прохладно даже без кондиционеров.
9. Внутри нет углов, солнце равномерно обогревает все криволинейные комнаты – экономия на теплоносителях.
10. Простой монтаж круглого дома вполне можно выполнить своими руками, имея необходимый инструмент.
11. На кровельном материале тоже можно существенно сэкономить, ведь здесь почти не будет отходов (около 5% по сравнению с 15% для квадратных крыш).
12. Акустические особенности сферических конструкций обеспечивают снижение шума в доме на 30% о – в круглом доме будет тихо и комфортно.
13. Окна и двери в таком проекте можно располагать где угодно, что позволяет разработать уникальную внутреннюю планировку круглого дома.
14. Внутреннее пространство круглого дома идеально подходит для таких современных дизайнов, как эко, хай-тек или минимализм (как в этом проекте на фото).

Крыша-луковица. Тонкости строительства

А вот еще один любопытный вариант исполнения – круглая крыша, напоминающая луковицу. Конечно, ее крайне редко применяют при строительстве беседок. В основном, она используется во время реконструкции религиозных зданий. Однако мы не могли обойти стороной данную разновидность.

Если купол-луковица не больше 3 метров, для изготовления используется древесина. Стропильные ноги выглядят специфично, называются журавцами. Для придания большей жесткости сооружение дополняют подкосами и раскосами. Их монтируют там, где нагрузка максимальна, чтобы не произошло преждевременное разрушение каркаса. Журавца делают из лекал – последние накладывают на доски диаметром 4 сантиметра. Можно взять 2 доски толщиной по 2 сантиметра. В центре делают опору для всех стропил.

Если луковичная конструкция выше трех метров, каркас должен быть металлическим, распорки журавцев тоже делают металлическими. Это касается и обрешетки. Для финишной отделки берут фальцевую или чешуйчатую кровлю.

Устройство стропильного каркаса

Стропильная система – основа крыши, ее скелет, который придает ей необходимую форму, жесткость, позволяет выдерживать и распределять значительный нагрузки. При монтаже конусовидных кровель чаще всего применяется наслонный тип каркаса.

При этом стропильные ноги опираются одним концом на мауэрлат, положенный на верхний пояс стены, а вторым – на стойку, вертикальную опору. Стропильный каркас кровель с формой конуса состоит из следующих элементов:

1. Мауэрлат. Месте, где будет установлен стропильный каркас укладывают кольцевой мауэрлат, который равномерно распределит вес крыши. С этой целью в нижней части стропильного каркаса к мауэрлату или опорному брусу по периметру полукруглой стены крепятся стропила.
2. Стяжки. Дополнительную прочность конструктивному узлу придают с помощью стяжек. Для этого выполняют монтаж креста, который стягивает между собой противоположные стороны мауэрлата.
3. Стойка. По центру креста устанавливается вертикальная стойка, в которую врезают верхние части стропил.
4. Стропила. Стропила своей частью, что обеспечивает прочность крепления, соединяются в верхней точке крыши, образуя коньковый узел. А нижней частью ноги они крепятся к мауэрлату.
5. Обрешетка. Перпендикулярно стропильным ногам фиксируется обрешетка. Изготовьте ее из реек или чего-то другого и прикрутите к стропилам саморезами. Выбор шага между рейками объясняется выбором материала и необходимым расстоянием для его крепления.

Самонесущая кровля

Расчет материала для перекрытия конусообразной кровли

Тип домов под круглые крыши

Основное требование к сооружению купольных крыш – геометрически правильное основание. А здесь два варианта: круглое или квадратное основание. Если форма стен дома – прямоугольник, то даже и не стоит думать о том, чтобы возвести кровельную конструкцию купольного типа. Есть вариант другой – арочная крыша полукруглого типа.

Если основание частного дома – это сложная по форме конструкции. Или в процессе строительства в него вносились изменения, к примеру, достраивались новые помещения, то в этом случае лучше использовать комбинированную кровлю. То есть ту, в которой используются скатные и купольные конструкции.

Что касается нагрузок от крыши на стены и фундамент, то здесь, как и в случае с другими видами кровельных конструкций, необходимо соотнести типы материалов, используемых для сооружения стен и крыши. К примеру, нельзя на деревянные стены, собранные по каркасной технологии, устанавливать фермы из металлопрофиля. Если дом сооружается из камня, блоков или кирпича, то ограничения снижаются, а во многих случаях полностью отсутствуют.

Квадрат, круг и равносторонний многоугольник – основа под купольную крышуИсточник plotnikov-pub.ru

Арочная купольная кровля

Конструкция арочной кровли более схожа с конструкцией скатной крыши. В конструкции уже присутствуют полноценные пропилы, правда, их форма изначально напоминает дугу.

Стропила для арочной кровли используют трех видов:

• Заводского производства из клеёного бруса;
• Сборные из бруса, изготовленные самостоятельно;
• Металлические фермы заводского производства.

Дороже всего стоят стропила из клеёного бруса. Во время их производства тонкую обрезную доску насыщают влагой и укладывают в специальные, задающие изгиб доске распоры. Далее доску искусственно сушат с применением паровой вытяжки. После этого из сухой изогнутой доски собирают клеёный брус, форма которого будет умышленно изогнута под определенным радиусом.

Изогнутые стропила из клееного бруса.

В процессе же монтажа, нижние концы дугообразных стропил закрепляют к основанию мауэрлата, а верхние концы арочных стропил соединяются вместе посредством небольшого круглого деревянного или металлического кольца.

Соединение арочных стропил.

Дешевле обходится изготовление дугообразных стропил самостоятельно или при участии специалистов сразу на строительном объекте. Для их сборки используют заготовки деревянного бруса длиной 60-100 см с сечением 40х100 или 50х100 мм. Изначально на бумаге делают чертеж и собирают первую стропилу, которую в дальнейшем используют в качестве образца. Для скрепления между собой заготовок деревянного бруса используют перфорированные металлические пластины и, в некоторых случаях дополнительно усиливающие крепление металлические спицы.

Стропила купольной крыши.

Если площадь перекрываемого пролета превышает 5 м, то вместо деревянных дугообразных стропил используют металлические фермы. В зависимости от выбора наружного кровельного материала и наличия теплоизолятора, вес купольной кровли может существенно различаться. По этой причине для изготовления полукруглых металлических ферм применяют различный металлопрокат. Например, используют как круглую или квадратную трубу, так и конструкции собранные из швеллера.

Подробнее о различных видах стропил для такой крыши можно прочитать в специальной статье: арочные стропила — выбор материала, проектирование и монтаж.

Стены

Следующим этапом строительства является возведение стен. В первых трех случаях для этого могут быть использованы разнообразные варианты:

1.  кирпич;
2.  пеноблоки;
3.  газоблоки;
4.  обработанное дерево;
5.  поленья;
6.  природный камень.

Данный вариант стен предусматривает укладку треугольных панелей из 15 мм влагостойкой фанеры

Из-за особенностей возведения первых двух типов основное в этом случае – качество раствора. Так как элементы выкладываются не стандартным способом, это значительно увеличивает швы. Поэтому необходимо использовать цемент высокого качества и создавать более густой раствор, который будет прочнее держаться.

При возведении сферического здания к материалу применяются следующие требования:

1. эластичность;
2. легкость;
3. прочность.

Каркас может быть создан как из железа, так и из дерева. Обшивается основа небольшими пластинками, что позволяет плотно зашить ими стены столь нестандартной формы.

Устройство стропильного каркаса

Стропильная система конусной крыши

В месте установки купола укладывают мауэрлат в форме окружности, распределяющий массу конструкции. Другими компонентами являются:

• Стяжки на противоположных сторонах, делающие каркас прочнее.
• Сферическая стропильная система. Она может иметь и прямые ноги (как в случае конуса), все зависит от выбранной конструкции. Нижние участки закрепляются на мауэрлате, а верхние, соединяясь в самой высокой точке, формируют узел конька.
• Стойка-вертикаль, в которую производят врезку верхних стропильных элементов.

Еще один компонент – обрешетка, фиксируемая под прямым углом к ногам. Делают ее из реек, в роли крепежных деталей используют саморезы.