Деревянная крыша

Функция конструкции крыши заключается, прежде всего, в поддержке кровельных покрытий из шифера, черепицы или соломы, которые защищают здание от дождя, снега и ветра. Кроме того, пространство внутри может быть приспособлено для размещения здания либо по первоначальному проекту, либо часто в результате более поздней адаптации.

При оценке конструкции крыши важно сначала осмотреть здание как внутри, так и снаружи, чтобы лучше понять его планировку, конструктивную форму, вероятные этапы его строительства и его общее состояние. Он также обеспечивает первоначальное понимание любых существующих рисков для здоровья и безопасности, которые могут повлиять на оценку или ограничить ее. В частности, для внутренних помещений крыши с полом/потолком необходимо определить, безопасно ли ходить по ним или изоляция на этом уровне делает это невозможным.

Часто полезно набросать план крыши, чтобы разделить ее на отсеки, где это уместно, и создать поперечное сечение, отмеченное названиями различных элементов, которые затем можно использовать при детальном осмотре. В этом упражнении также будут отмечены основные и очевидные места структурных дефектов, таких как прогибы, выпуклости или, возможно, провалы, а также наиболее уязвимые области, в основном там, где с большей вероятностью может скапливаться вода, такие как желоба, устои и ендовы. В то время как крыша является целью детального осмотра, стены или конструкции, которые ее поддерживают, также должны быть проверены, поскольку они могли быть затронуты характеристиками крыши или, альтернативно, могли повлиять на крышу из-за осадки или других дефектов. Этот первоначальный осмотр поможет определить объем детального обследования.

Пример стропильной крыши с венцовыми стойками: каждая пара стропил обхватывается венцом и раскрепляется, но нет прогонов. Анкерные балки обеспечивают основное поперечное ограничение на уровне карниза и поддерживаются в средней точке коронными стойками, чтобы предотвратить их провисание. (Все фотографии: Эд Мортон, Партнерство Мортона, если не указано иное.)

Переходя к более подробной оценке, во-первых, полезно попытаться установить, как работает конструкция, задав такие вопросы, как «как нагрузки, приложенные к крыше, передаются на стены или конструкции под ними?» Ориентацию крыши можно проверить по отношению к преобладающим направлениям погоды, а форму можно проверить, наблюдая, заканчивается ли крыша фронтонами, вальмами, полувальмами с фронтонами или устоями ендов с примыкающими крышами.

Конструктивно важно понимать, что скатные крыши обычно стремятся выступать на уровне карниза из-за веса, прикладываемого через кровельные покрытия, отделку и накладываемые или временные нагрузки, такие как снег и ветер. Возникающая тяга должна быть ограничена, причем наиболее эффективной формой является введение связей (деревянных или стальных) на уровне карниза по всему зданию. Связи могут располагаться на каждой стропиле или, за счет использования ферм, через определенные промежутки времени. Тем не менее, архитектурный проект может потребовать ситуацию без связей, например ферму крыши с молотковыми балками, или обеспечить увеличенную высоту для мансардного этажа, или чтобы нижний этаж имел приподнятую связь или воротник.

В результате исторические крыши бывают самых разных форм и стилей, а также из разных типов древесины. Крыши с широким скатом можно разделить на две категории: прогонные крыши и стропильные крыши. В первом случае фермы поддерживают прогоны (горизонтальные балки), которые, в свою очередь, поддерживают общие стропила. В стропильных крышах нет прогонов, и именно обычные стропила являются основным конструктивным элементом, образуя регулярную структуру элементов в относительно близких центрах. Прогонная крыша будет направлять более высокие нагрузки в опорных точках фермы на конструкцию ниже, тогда как стропильная крыша обычно более равномерно распределяет нагрузку по линии стены.

В некоторых случаях в самой конструкции крыши может не быть необходимости в боковом креплении. Достаточное сдерживание может быть обеспечено толстыми каменными стенами или стенами с опорами, или внутренние конструкции, такие как стены и стойки, могут поддерживать крышу выше, что значительно снижает потребность в сдерживании. Конечно, есть и исторические примеры плоских крыш, часто покрытых свинцом. Хотя эти кровельные конструкции могут столкнуться с теми же проблемами, что и скатные крыши, необходимость в боковом креплении маловероятна.

Пример специальных бревен, добавленных с течением времени, чтобы улучшить крышу.

При более подробном рассмотрении оценка крыши должна включать проверку стропил на наличие прогибов, переломов или расщеплений, а также областей разрушения либо из-за проникновения воды, либо из-за нападения жуков-древоточцев, либо в результате того и другого, либо в результате использования деревянные бревна, бывшие в употреблении, которые могли быть ослаблены старыми пазами или чем-то подобным. На многих средневековых крышах обычные стропила уложены так, что их ширина превышает глубину. Конструктивно это не так эффективно, и часто мы обнаруживаем, что стропила довольно сильно прогибаются. Если прогиб существует, то раскрепление (или выравнивание) могло быть выполнено как часть повторной кровли, чтобы обеспечить достаточную плоскость для крепления обрешетки и наложения покрытий. Конечно, такая отделка, как сланец, менее терпима к значительным неровностям, чем обычная глиняная плитка ручной работы.

Внешне, если кровля имеет достаточно хорошие линии по коньку и не имеет значительных прогибов в плоскости, но такие деформации обнаруживаются внутри, можно с уверенностью сказать, что кровля существенно не сдвинулась с момента последней перекрытия. Иногда крыша может казаться поврежденной из-за регулярных волнистостей, но это может быть недостаточный размер или дефектные кровельные рейки, а сама конструкция не повреждена. Таким образом, значительные смещения крыши или опорной конструкции могут выглядеть тревожными, но они могут не требовать каких-либо ремонтных работ, если они находятся в равновесии и не имеют поступательного движения.

Чтобы приспособиться к перемещению, указанному на диаграмме выше, эти стропила были обрезаны в верхней части столба из тесаного дерева, что могло привести к обрушению.

Наряду с общей конструкцией необходимо проверить на наличие дефектов и прогибов другие основные элементы конструкции, в том числе прогоны, фермы и анкерные балки. Доказательства движения включают раскрытие суставов, вышедшие из строя шипы или штифты. Проверьте наличие зазоров в местах соединения прогонов со стропилами, фермами и фронтонами, а также в местах соединения стропил и ферм со стеновыми пластинами. В частности, анкерные балки, проходящие между противоположными карнизными пластинами, должны быть проверены на открывание.

Помимо исходной структуры, важно попытаться выявить изменения. К прогонам часто могут быть добавлены распорки из опорных точек внизу или действительно между противоположными прогонами и вырезаны с помощью соединения «птичья пасть». Иногда стропильные фермы и связи обрезают, чтобы лучше использовать здание для жилья, а в других местах вы можете найти довольно беспорядочное расположение бревен, которые были добавлены в разное время.

Обычная форма средневековой крыши, особенно часто встречающаяся в церквях, спроектирована так, что стропила доходят до внешней пластины карниза, а внутренняя пластина карниза поддерживает столб из тесаного дерева (короткий вертикальный брус, поднимающийся к нижней стороне стропила) и образует небольшая треугольная пустота на уровне карниза, закрепленная стяжками по правильным центрам. Опять же, могут быть варианты, например, отсутствие стеновых пластин, при этом каждое стропило имеет затяжку, которая поддерживает его ногу и стойку. При упомянутом выше прогибе, происходящем в этой ситуации, стойки могут стать точкой опоры, а в крайних случаях подошва стропила отрывается от карнизной пластины. В сердцевине стены может образоваться пустота, а иногда столбы могут наклоняться назад под углом. Часто ремонт заключается в том, чтобы привязать стропильную ногу к внутренней пластине карниза или правильно триангулировать соединение, чтобы помочь противостоять этому действию, с соответствующей набивкой, чтобы обеспечить поддержку пластины.

РАЗЛОЖЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Крепление к существующим стропилам.	Для исследования состояния древесины можно использовать микродрель: изменение скорости, с которой 2-миллиметровое сверло проникает в древесину, дает надежное представление о глубине и степени разрушения. (Фото: Hutton + Rostron Environmental Investigations Limited)

В общих чертах и ​​до середины 18 века древесина, скорее всего, была дубовой, тогда как после этой даты хвойная древесина (обыкновенная или балтийская сосна) встречается гораздо чаще. Тем не менее, всегда есть варианты, включая использование вяза, а иногда и черного тополя и других местных лиственных пород. Древесина из Северной Америки не импортировалась до 19 века. Конечно, разные породы дерева имеют разные структурные характеристики и разную устойчивость к гниению или нападению жуков.

Полезные инструменты для проверки конструкции деревянной крыши включают в себя блокноты, фонари, камеру, рулетку, считыватель содержания влаги и зонд для проверки скрытого распада. Это может быть шпатель, перочинный нож или отвертка. Конечно, в зависимости от значения здания или конкретных элементов может потребоваться специальное оборудование для исследований. Особенно полезной может быть микродрель, которая измеряет и регистрирует плотность древесины, выявляя таким образом области скрытой гнили. Поскольку используется только сверло диаметром 2 мм, повреждения минимальны. Ручная дрель также может использоваться почти таким же образом, но зависит от опыта и навыков пользователя, чтобы оценить ее продвижение по древесине, чтобы различать здоровые и гнилые участки.

Что касается нападения жуков, общий подход заключается в том, чтобы попытаться обеспечить поддержание содержания влаги в древесине на низком уровне (ниже 15 процентов), в этом случае жуки не будут размножаться, а древесина не потребует обработки.

Стропильная нога с напарным брусом.	Ремонт косынки к анкерной балке со скрытым креплением.

РЕМОНТ И ИЗМЕНЕНИЯ

В тех случаях, когда обнаруживаются структурные дефекты и требуется ремонт, или если предлагаемые изменения повлияют на характеристики существующей крыши, необходимо тщательное рассмотрение, чтобы установить наиболее подходящую методологию и философию для работ. На это влияет важность затронутой ткани, возможность строительства, стоимость и мнение установленного законом органа власти в случае памятника архитектуры.

Для разложившегося элемента есть два основных варианта: либо вставить новую секцию и соединить ее соответствующим образом, либо применить дополнительные элементы. Они могут быть из дерева или, возможно, из стали. В первом случае ремонтная древесина может быть тщательно детализирована для работы с существующей, или, в качестве альтернативы, ремонт может быть сделан очевидным, например, ремонт планки или усиленных стропильных ног, поэтому ясно, что это ремонт, часто называемый «честный подход».

При наклонном стропиле это можно улучшить, установив конструкционные обрешетки. Это новые бревна, часто дубовые для прочности, прочерченные по изогнутой форме, а затем прикрученные к верхней части существующих в близких центрах. Хотя это довольно значительные работы по переделке, они значительно улучшают конструктивные возможности стропил. Другой вариант — установить соседнюю древесину рядом и закрепить болтами, но это может быть нецелесообразно, если стропила открыты. Однако, если подошва стропила сгнила, короткая партнерская древесина вполне может быть невидимой и бесспорной.

Для изогнутого прогона можно добавить дополнительные распорки из опорной конструкции внизу или между противоположными прогонами, но это может повлиять на использование пространства или вообще невозможно. Параллельный элемент рядом может быть возможен, но визуально, возможно, не привлекателен, или стальная пластина может проходить по задней части стропил, а затем соединяться, создавая действие диафрагмы.

Если анкерная балка или главный конец стропила сгнили, можно вырезать прорезь и вставить в элемент стальную пластину, известную как планка, чтобы заменить функцию пораженного участка. Для его установки, вероятно, потребуются полный доступ и временные работы, при этом болты должны быть установлены как через древесину, так и через ремонтную пластину, чтобы они действовали составно, с утопленными и гранулированными болтами, если это необходимо.

Там, где использование планок невозможно, можно использовать стальные пластины, швеллеры или уголки для крепления рядом с дефектными элементами. Это, возможно, лучше подходит для элементов, которые скрыты в пустотах пола или подобных местах, хотя там, где они видны, визуальное воздействие может быть уменьшено за счет использования специально изготовленных стальных конструкций.

В некоторых ситуациях требуется комбинированный подход как из новой древесины, так и из стали. При использовании зеленого дуба требуется осторожность, поскольку дубильные кислоты в зеленой древесине могут вызвать коррозию мягкой стали, и необходимо использовать нержавеющую сталь. Это в равной степени относится к креплениям с ремонтом под зеленый дуб.

Очень редко крыша находится в таком состоянии, что требуется более серьезное вмешательство. Одним из примеров этого была церковная средневековая крыша стропильной формы с двойной карнизной пластиной, где прогиб стропил составлял примерно 300 мм (12 дюймов). Чтобы уменьшить этот эффект, были применены слои обжиговых бревен, но стропильная нога должна была приподняться на значительное расстояние от стеновой плиты, до точки, где они были срезаны над столбом из тесаного дерева, оставив основную крышу в состоянии слабого равновесия и крайне уязвим для коллапса.

Здесь был использован вариант вставки новых стропильных ферм между существующими для поддержки кровельного покрытия, а, следовательно, и нагрузки от ветра и снега. Существующая структура была сохранена, и к ней была применена внутренняя отделка (токарная обработка и штукатурка). Несмотря на значительное вмешательство, он сохранил всю историческую ткань и был явно обратимым, поскольку добавленные стропила фермы можно было снять позже, если потребуется.

В заключение, при оценке исторических крыш необходимо обеспечить четкое понимание значения, формы и геометрии, состояния и дефектов. Это позволит разработать четкую методологию и философию работ, которые необходимо выполнить.

Справочник по консервации зданий 2019

Автор

ЭД МОРТОН является управляющим директором Morton Partnership, консультирует инженеров-строителей и специалистов по историческим зданиям. Эд имеет аккредитацию в области сохранения (CARE), входит в комиссию CARE, технический комитет IHBC, комитет ICOMOS UK по лесоматериалам, а также внес основной вклад в переиздание журнала English Heritage. Практическая консервация зданий на Тимбер. Он инженер шести соборов и почетный инженер четырех епархий и Общества древних памятников.

Внешний вид средневековой фахверковой постройки

Доктор Джеки Крэйвен имеет более чем 20-летний опыт написания статей об архитектуре и искусстве. Она является автором двух книг о домашнем декоре и устойчивом дизайне.

Фахверковые конструкции — это способ возведения деревянных каркасных конструкций с открытыми конструкционными брусьями. Этот средневековый метод строительства называется деревянным каркасом. А фахверковый здание носит свой деревянный каркас, так сказать, на рукаве. Деревянный каркас стены — шпильки, поперечные балки и раскосы — выставляются наружу, а промежутки между деревянными балками заполняются штукатуркой, кирпичом или камнем. Первоначально распространенный метод строительства в 16 веке, фахверк стал декоративным и неконструктивным в конструкции современных домов.

Хорошим примером настоящего фахверкового строения 16 века является усадьба эпохи Тюдоров, известная как Литтл-Моретон-холл (ок. 1550 г.) в Чешире, Соединенное Королевство. В Соединенных Штатах дом в стиле Тюдоров на самом деле является возрождением Тюдоров, которое просто принимает «вид» фахверка вместо того, чтобы обнажать структурные деревянные балки на внешнем фасаде или внутренних стенах. Хорошо известным примером этого эффекта является дом Натана Дж. Мура в Оук-Парке, штат Иллинойс. Это дом, который Фрэнк Ллойд Райт ненавидел, хотя сам молодой архитектор спроектировал эту традиционную американскую усадьбу в стиле Тюдоров в 1895 году. Почему Райт ненавидел его? Хотя Tudor Revival был популярен, дом, над которым Райт действительно хотел работать, был его собственным оригинальным дизайном, экспериментальным современным домом, который стал известен как стиль прерий. Его клиент, однако, хотел традиционно достойный дизайн элиты. Стили Тюдоровского возрождения были чрезвычайно популярны среди определенного слоя американского населения, принадлежащего к верхнему среднему классу, в конце 19-го и начале 20-го веков.

Определение

Знакомая фахверковый использовалось неофициально для обозначения с деревянным каркасом строительство в средние века. Для экономии оцилиндрованные бревна разрезали пополам, чтобы одно бревно можно было использовать для двух (или более) столбов. Бритая сторона традиционно была снаружи, и все знали, что это половина дерева.

Компания Словарь архитектуры и строительства определяет «фахверк» следующим образом:

«Описание построек 16-17 вв. которые были построены с прочным деревянным фундаментом, опорами, коленями и стойками, а стены были заполнены гипсом или кладочными материалами, такими как кирпич ».

Метод строительства

После 1400 г. н.э. многие европейские дома были каменными на первом этаже и фахверковыми на верхних этажах. Этот дизайн изначально был прагматичным — мало того, что первый этаж казался более защищенным от банд мародеров, но, как и сегодняшние фундаменты, каменная основа могла хорошо поддерживать высокие деревянные конструкции. Это модель дизайна, которая продолжает современные стили возрождения.

В Соединенные Штаты колонисты принесли с собой эти европейские методы строительства, но суровые зимы сделали фахверковое строительство непрактичным. Древесина резко расширялась и сужалась, а штукатурка и кирпичная кладка между бревнами не могли защитить от холодных сквозняков. Колониальные строители начали покрывать наружные стены деревянными вагонками или кирпичной кладкой.

Фахверковые конструкции были популярным европейским методом строительства в конце Средневековья и во времена правления Тюдоров. То, что мы считаем архитектурой эпохи Тюдоров, часто имеет фахверковый вид. Некоторые авторы выбрали слово «елизаветинский» для описания фахверковых конструкций.

Тем не менее, в конце 1800-х годов стало модным подражать средневековым строительным методам. Дом эпохи Тюдоров олицетворял американский успех, богатство и достоинство. Древесина была применена к наружным поверхностям стен в качестве украшения. Фальшфахверк стал популярным типом украшения во многих стилях домов девятнадцатого и двадцатого веков, включая королеву Анну, викторианскую палку, швейцарское шале, средневековое возрождение (тюдоровское возрождение), а иногда и на современных неотрадиционных домах и коммерческих зданиях. .

Примеры

До сравнительно недавнего изобретения скоростного транспорта, такого как товарный поезд, здания строились из местных материалов. В районах мира, покрытых естественными лесами, в ландшафте преобладали дома из дерева. Наше слово лесоматериалы происходит от германских слов, означающих «дерево» и «структура дерева».

Представьте себя посреди земли, засаженной деревьями — сегодняшняя Германия, Скандинавия, Великобритания, Швейцария, горный район восточной Франции — а затем подумайте, как вы можете использовать эти деревья, чтобы построить дом для своей семьи. Когда вы рубите каждое дерево, вы можете кричать «Тимбер!» чтобы предупредить людей о его надвигающемся падении. Когда вы собираете их вместе, чтобы сделать дом, вы можете складывать их горизонтально, как бревенчатый домик, или вертикально, как частокол. Третий способ использования дерева для строительства дома — построить примитивную хижину — использовать дерево для изготовления каркаса, а затем положить между каркасами изоляционные материалы. Сколько и какие материалы вы используете, будет зависеть от того, насколько суровая погода там, где вы строите.

По всей Европе туристы стекаются в города и поселки, процветавшие в средние века. В районах «Старого города» восстановлена ​​и сохранена первоначальная фахверковая архитектура. Во Франции, например, такие города, как Страсбург недалеко от границы с Германией и Труа, примерно в 100 милях к юго-востоку от Парижа, имеют замечательные образцы этого средневекового дизайна. В Германии Старый город Кведлинбург и исторический город Гослар являются объектами наследия ЮНЕСКО. Примечательно, что Гослар известен не своей средневековой архитектурой, а своей практикой добычи полезных ископаемых и управления водными ресурсами, восходящей к средневековью.

Возможно, наиболее примечательными для американского туриста являются английские города Честер и Йорк, два города на севере Англии. Несмотря на свое римское происхождение, Йорк и Честер имеют репутацию типичных британцев из-за множества фахверковых домов. Точно так же место рождения Шекспира и коттедж Энн Хэтэуэй в Стратфорде-на-Эйвоне являются хорошо известными фахверковыми домами в Соединенном Королевстве. Писатель Уильям Шекспир жил с 1564 по 1616 год, поэтому многие здания, связанные со знаменитым драматургом, представляют собой фахверковые стили эпохи Тюдоров.