Купольные крыши становятся всё более популярным архитектурным решением в современном частном строительстве. Эти конструкции круглой формы не только придают дому уникальный внешний вид, но и обладают рядом практических преимуществ. В строительной практике принято выделять три основных типа купольных крыш: геодезический, арочный и конусный, каждый из которых имеет свои особенности монтажа и эксплуатации.
Ключевые достоинства купольных крыш:
- Создание максимально просторного чердачного или мансардного пространства за счёт эффективного использования объёма;
- Возможность интеграции практически любого количества оконных проёмов для организации полноценного естественного освещения;
- Аэродинамическая форма, препятствующая накоплению снежных масс и снижающая ветровую нагрузку;
- Высокая структурная прочность и устойчивость сферической конструкции при относительно небольшом собственном весе;
- Уникальный и запоминающийся архитектурный облик здания.
Геодезическая купольная крыша: инновационный подход
Концепция геодезического купола была разработана американским архитектором Ричардом Бакминстером Фуллером в середине XX века. Эта технология позволяет создавать идеальные сферические конструкции с минимальным расходом материалов.
Дом с геодезической купольной крышей.
Технология монтажа геодезического купола
Конструкция принципиально отличается от традиционных стропильных систем. Каркас формируется из множества взаимосвязанных треугольных модулей, собранных из деревянных брусьев стандартного сечения (обычно 100х50 мм) длиной около одного метра.
Монтаж начинается с установки мауэрлата — опорного бруса, который крепится по периметру стен. В отличие от скатных крыш, здесь мауэрлат часто состоит из отдельных сегментов, соответствующих сторонам базовых треугольников. Для соединения элементов каркаса используются специальные металлические узлы — коннекторы. Эти элементы, напоминающие звёзды с 5-6 лопастями, изготавливаются из отрезков труб с приваренными пластинами и позволяют надёжно фиксировать рёбра треугольников под заданными углами.
Коннектор (он же соединитель).
Существуют различные модификации соединительных элементов, а также безконнекторные технологии сборки. Подробнее о методах соединения рёбер в купольных конструкциях можно узнать в специализированных публикациях.
После закрепления первого яруса треугольников на мауэрлате, монтируется следующий ряд, образуя перевёрнутые треугольные элементы. Процесс повторяется до полного замыкания сферы. Завершающим этапом является усиление каркаса дополнительной обрешёткой и монтаж кровельного покрытия — часто для этого используют битумную черепицу, наклеиваемую на треугольные панели ОСП.
Строительство купольной крыши.
Купольная крыша с черепицей.
Интересно, что данная технология применяется не только для кровель, но и для возведения целых домов-сфер, в которых купол одновременно является и крышей, и стенами.
Каркас геодезического купола.
Особенности проектирования геодезических конструкций
Проектирование купольных крыш требует использования специализированного программного обеспечения для трёхмерного моделирования, так как традиционные двухмерные чертежи не позволяют adequately отобразить все нюансы конструкции. Для расчётов также применяются онлайн-калькуляторы, которые помогают определить необходимое количество материалов: бруса для рёбер, коннекторов и обшивки. Важным экономическим преимуществом является снижение расхода материалов примерно на 30% по сравнению с классическими двускатными крышами.
Арочная купольная кровля: классика с изгибом
Арочные кровли конструктивно ближе к традиционным скатным системам, но используют изогнутые стропильные элементы. Для их создания применяют три основных типа стропил:
- Гнутоклеёные балки заводского изготовления;
- Сборные конструкции, изготавливаемые непосредственно на стройплощадке;
- Металлические арочные фермы.
Наиболее дорогостоящим вариантом являются стропила из гнутоклеёного бруса, которые производятся путём специальной обработки древесины с последующей склейкой под давлением. В монтаже нижние концы таких арок крепятся к мауэрлату, а верхние — соединяются в центральном кольце.
Изогнутые стропила из клееного бруса.
Соединение арочных стропил.
Более экономичным решением является самостоятельное изготовление арок из отдельных сегментов бруса, которые соединяются металлическими пластинами и иногда усиливаются спицами. Для больших пролётов (свыше 5 метров) рекомендуется использовать металлические фермы, которые проектируются с учётом веса кровельного пирога и снеговой нагрузки.
Стропила купольной крыши.
Конусная купольная кровля: простота и эффективность
Конусные кровли могут покрывать как весь периметр круглого дома, так и являться частью комбинированной крыши. В их конструкции используются прямые стропила, сходящиеся в одной верхней точке. При проектировании важно правильно рассчитать высоту конуса, так как от этого параметра зависит распределение нагрузок и необходимость установки дополнительных поддерживающих элементов.
Конусная купольная крыша.
Вариант для неэксплуатируемого чердака
Если чердачное пространство не планируется использовать, можно создать пологий конус с минимальным уклоном (от 15 см на погонный метр). В этом случае для предотвращения провисания стропил могут потребоваться вертикальные опоры, устанавливаемые на балки перекрытия.
Вариант для жилой мансарды
При создании жилого помещения под крышей угол наклона стропил увеличивается до 70-75 градусов. Основная нагрузка в такой конструкции переносится на верхний узел соединения, что исключает необходимость в промежуточных опорах. Однако для обеспечения жёсткости противоположные стропильные пары связываются распорными перемычками.
Соединение стропил и перемычек с использованием металлических конструкций.
Требования к основанию и совместимость с архитектурой
Основное условие для строительства купольной крыши — правильная геометрия несущих стен. Идеальными основаниями являются круглые или квадратные в плане здания.
Основание под строительство купольной крыши.
Для прямоугольных строений может быть применена полукруглая (арочная) конструкция, которая сохраняет многие преимущества купольных решений.
Полукруглая крыша может применяться там, где купольная крыша не подходит.
В случаях сложной архитектуры или при наличии пристроек оптимальным решением становится комбинированная кровля, сочетающая элементы разных типов.
Комбинирование различных типов крыш.
Выбор материала для каркаса купольной крыши должен учитывать несущую способность стен. Для лёгких каркасных домов подходят деревянные конструкции, тогда как для каменных, кирпичных или монолитных зданий ограничений практически нет — можно использовать как дерево, так и металл, и даже железобетонные элементы при соответствующем расчёте нагрузок.
