Крыша является не менее важным элементом дома, чем фундамент и стены. Её конструкция задаёт настроение всему архитектурному ансамблю, делает здание аккуратным и привлекательным. Четырёхскатная крыша приобрела широкую популярность не только из-за высокой надёжности и внешней притягательности, но и вследствие появившейся возможности обустраивать дополнительные сооружения - мансардные и слуховые окна, эркеры и т. д. Несмотря на то, что монтаж подобной кровли немного дороже и сложнее двускатной конструкции, её всё так же несложно построить своими руками.
Преимущества четырёхскатных крыш перед двускатными конструкциями
Одной из основных задач, которая появляется ещё на этапе проектирования собственного дома, является выбор типа крыши. Наличие множества вариантов среди двускатных и четырёхскатных конструкций требует ответа на вопрос, какой кровле отдать предпочтение. И хоть эстетика сооружения играет не последнюю роль, на передний план всё же выступают критерии надёжности и практичности.
Двускатная крыша представляет собой классическое сооружение, которое образуют два противоположных ската и пара вертикальных торцевых частей, именуемых фронтонами. Просторное подкровельное пространство позволяет обустраивать мансарду, жилое помещение или использовать чердак в бытовых целях.
Классическую двускатную крышу легко узнать по паре прямоугольных скатов, которые примыкают друг к другу по центральной оси здания, и двум треугольным фронтонам с его торцов
Сооружения этого типа в силу своей простоты и практичности длительное время оставались самыми популярными в индивидуальном строительстве. Вместе с тем зависимость геометрии кровли от размеров строения, а также усложнение и удорожание конструкции при обустройстве мансарды вынуждало к поиску других, более практичных и функциональных вариантов. И они нашлись в виде разнообразных четырёхскатных крыш, которые в своей основе имеют пару треугольных и два трапециевидных ската. Последние нередко называют вальмами, а саму крышу - вальмовой. При возведении конструкции этого типа отпадает необходимость во фронтонах и появляется возможность сделать здание более современным и оригинальным.
Скаты простейшей вальмовой крыши определяют поверхности в виде двух трапеций и пары треугольников
Можно назвать несколько преимуществ вальмовых крыш перед традиционными двускатными сооружениями:
- возможность обустройства чердачных окон прямо на скатах;
- увеличенная прочность, надёжность и устойчивость стропильной системы;
- повышенная стойкость к погодным факторам;
- возможность увеличения площади чердачного помещения простым уменьшением ширины основания вальмы;
- более равномерное распределение веса кровли;
- улучшенный температурный режим при обустройстве мансардного помещения.
Пусть вас не введут в заблуждение многочисленные достоинства более стильной четырёхскатной кровли - есть у неё и недостатки. К ним относится более сложная конструкция, незначительное уменьшение размера чердачного помещения и неэкономное расходование кровельного материала. Что же касается расходов, то бюджет, который потребуется на сооружение той и другой кровли, отличается незначительно.
Четырёхскатная крыша не является ноу-хау в архитектуре - её конструкция известна с глубокой древности
Классификация вальмовых крыш
Различия в форме зданий, а также требования к функциональности и практичности традиционной вальмовой кровли способствовали появлению множества вариаций. Если не рассматривать самые экзотические из них, то можно выделить несколько основных типов четырёхскатных крыш.
- Традиционная вальмовая кровля, боковые скаты которой доходят до уровня карниза. Для сооружения её основных поверхностей применяют прямые стропила, а рёбра вальм образуют брусья, отходящие от окончаний конька. Проработанная конструкция и распределение веса кровли на увеличенную площадь позволяет не только расположить свесы на одной линии, но и увеличить их вылет. Благодаря этому фасад здания надёжно защищается от дождя даже при сильных порывах ветра.
В скаты классической вальмовой крыши нередко встраивают элементы остекления
- Шатровую крышу можно установить на дом, который в плане имеет форму квадрата. Особенностью такой конструкции являются скаты одинаковой конфигурации. Их рёбра сходятся в одну точку, а вальмы имеют форму равнобедренных треугольников.
Шатровые крыши широко используются в современном индивидуальном строительстве
- Полувальмовые крыши получили своё название из-за укороченных вальм. В отличие от традиционной кровли, их длина уменьшается в 1.5–3 раза по сравнению с размерами основных скатов.
Боковые скаты полувальмовых крыш имеют укороченную длину, поэтому до линии карниза не достают
- Датская полувальмовая кровля имеет небольшой фронтон под коньком и короткую вальму со стороны карниза. Подобная конструкция позволяет устанавливать элементы вентиляции и освещения непосредственно в вертикальный торец кровли, тем самым исключая необходимость в установке мансардных окон.
Датский проект хорош тем, что позволяет с лёгкостью обустраивать чердачные помещения
- Полувальмовая голландская крыша имеет вертикальный фронтон, разделяющий вальму на два коротких ската. Стропильная система «голландки» хоть и имеет повышенную сложность, но зато позволяет сделать более просторным и практичным чердачное помещение. Кроме того, эта конструкция отлично подходит для монтажа вертикального остекления в мансарде.
Построенная по голландскому проекту крыша пока ещё редко встречается в нашей местности
- Ломаная четырёхскатная крыша имеет несколько скатов разного размера на одном склоне. Благодаря их различному наклону удаётся увеличить объём подкровельного пространства. Хоть ломаную конструкцию и нельзя назвать простой, дома с такой кровлей встречаются очень часто. Причиной популярности является возможность обустроить дополнительные жилые комнаты на верхнем ярусе. По этой причине крышу с ломаными скатами нередко называют мансардной.
Ломаная крыша несколько утяжеляет архитектуру здания, но зато позволяет обустроить несколько жилых помещений в чердачном пространстве
Существуют и более сложные сооружения из множества вальм, а также те, в которых четырёхскатная крыша комбинируется с кровельными системами других типов. Проектирование и монтаж такой кровли требует многолетнего опыта и знаний, поэтому строительство мудрёной крыши лучше поручить специалистам.
Проектирование четырёхскатных крыш
При разработке вальмовой крыши учитывают все виды нагрузок, которые на неё будут воздействовать. Для этого следует в первую очередь решить несколько важных вопросов:
- целевое назначение чердачного пространства;
- материал кровли;
- степень атмосферного воздействия в регионе строительства.
На основании этих факторов определяют степень наклона скатов и площадь кровли, выполняют расчёт нагрузок и принимают решение о конструкции и параметрах стропильной системы.
Геометрические параметры скатов
Угол наклона скатов зависит от снеговой и ветровой нагрузки, поэтому варьируется в очень широких пределах - от 5 до 60 градусов. В районах с дождливой погодой и высоким снеговым покровом возводят крыши с покатостью от 45 до 60 градусов. Если же регион отличается сильными ветрами и минимальным количеством осадков, то уклон можно уменьшать вплоть до самого минимума.
Определяя угловые параметры кровли, необходимо обязательно учитывать, каким материалом она будет укрыта:
- шиферные листы, ондулин, кровельный металл и рулонные материалы укладывают на скаты с уклоном от 14 до 60 градусов;
- черепицу монтируют на поверхности со степенью покатости от 30 до 60 градусов;
- рулонное покрытие используют на покатых скатах - от 5 до 18 градусов.
Определившись с углом наклона крыши, совсем нетрудно рассчитать, на какой высоте окажется конёк. Для этого используют простые тригонометрические формулы для прямоугольного треугольника.
Площадь кровли
Даже самая сложная вальмовая крыша состоит из отдельных скатов, повторяющих контуры простейших геометрических фигур, поэтому чаще всего для расчётов достаточно знать линейные размеры основания и углы наклона вальм.
Для определения квадратуры крыши необходимо сложить площади скатов, из которых она состоит
Общую площадь кровли вычисляют, суммируя квадратуру отдельных вальм. Скаты сложной конфигурации разделяют на несколько простых поверхностей, после чего проводят отдельные вычисления для каждой из них.
Принципы расчёта геометрических параметров четырёхскатных крыш основаны на вычислениях для простых поверхностей
Расчёт нагрузок
Нагрузки, воздействующие на четырёхскатную крышу, разделяются на два вида:
- постоянные,
- периодические.
К первым относится вес кровельных материалов, стропил, обрешётки и других деталей каркаса. Вторые - это усилия, которые оказывают осадки и сила ветра. Кроме того, при расчёте следует учитывать полезную нагрузку в виде разнообразных инженерных систем и коммуникаций, прикреплённых к элементам стропильной системы.
Ориентируясь на СНиП, при проектировании крыши необходимо принимать снеговую нагрузку 180 кг/кв. м. При опасности накопления снега на крыше этот параметр повышается до 400–450 кг/кв. м. Если же кровля имеет угол наклона скатов более 60 градусов, то снеговую нагрузку можно не учитывать - на поверхностях с такой крутизной склонов осадки не задерживаются.
Сила ветровых нагрузок значительно меньше - до 35 кг/кв. м. Если уклон крыши составляет от 5 до 30 градусов, то воздействием, которое оказывает ветер, можно пренебречь.
Приведённые выше параметры атмосферных воздействий являются усреднёнными величинами, принятыми для средней полосы. Выполняя расчёты, следует использовать поправочные коэффициенты в зависимости от региона строительства.
Расчёт стропильной системы
При расчёте стропильной системы определяют шаг стропил и максимальную нагрузку, которую они могут нести. На основании этих данных принимают решение об установке раскосов, которые способствуют перераспределению нагрузки, и затяжек, предохраняющих каркас от расшатывания.
Основная нагрузка вальмовой кровли приходится на диагональные стропила
Наличие вальм на четырёхскатных крышах, кроме обычных стропил, требует устанавливать ещё и диагональные (по-другому, накосные) - те, что крепятся к коньку и направляются к углам здания. Их длина больше поперечных узловых элементов кровли. Кроме того, к диагональным рёбрам крепятся укороченные элементы - нарожники. По сравнению с обычными стропилами, накосные ноги испытывают увеличенную в 1.5–2 раза нагрузку, поэтому их сечение удваивают, а для обеспечения многопролётности подпирают одной-двумя стойками.
Нередко вальмовые крыши имеют усложнённую стропильную систему, которая, в отличие от простой четырёхскатной конструкции, оказывает дополнительную нагрузку в местах установки вертикальных опор. Эту особенность следует обязательно учитывать при расчёте прочности деревянного каркаса кровли.
Расстояние укладки стропил называют шагом и определяют исходя из длины стропильной ноги и сечения используемого пиломатериала. Определять этот параметр удобнее всего по специальным таблицам, одна из которых приводится ниже.
Таблица: зависимость сечения и шага стропил от их длины
Проводимые вручную расчёты достаточно трудоёмки. Для сокращения времени проектирования можно воспользоваться одним из онлайн-калькуляторов для определения параметров вальмовых крыш. С его помощью можно определить не только геометрические параметры, но и массу других не менее важных факторов:
- количество влаго- и теплоизоляции с учётом нахлестов;
- количество кровельного материала, включая образующиеся при раскрое отходы;
- объём пиломатериалов, необходимых для обустройства стропильной системы;
- длину свесов и т. д.
Видео: использование строительного калькулятора для расчёта кровли
Какие материалы понадобятся для сборки стропильной системы
Для постройки вальмовой крыши лучше всего подходит брус и доска из лиственницы, сосны и другой древесины хвойных пород. Выбирая материал для строительства, необходимо тщательно отбраковывать дефектные доски. Повреждение грибком, сучки и трещины снижают прочность досок и влияют на долговечность кровли. При влажности древесины более 22% пиломатериалы штабелируют на открытом воздухе и просушивают. Следует понимать, что недосушенные доски может покоробить, а это, в свою очередь, приведёт к нарушению геометрии кровли с возможным повреждением финишного покрытия.
Для сборки деревянного каркаса используется прямоугольный брус сечением от 80х80 мм до 150х150 мм - точные параметры определяются расчётным путём или с помощью приведённой выше таблицы. Как альтернативу, можно использовать доску сечением 50х100 мм или 50х200 мм. Если есть необходимость усилить стропильную ногу, то используют спаренные доски.
Для надёжного крепления, а также увеличения жёсткости деревянного каркаса, применяют стальные скобы и другие металлические элементы. Нередко под особо нагруженные коньковые прогоны устанавливают не деревянные, а стальные опоры. Комбинированные каркасы имеют увеличенную прочность и надёжность.
Особенности стропильной системы
Чтобы правильно спроектировать и установить четырёхскатную кровлю, необходимо детально разобраться с её конструкцией, а также особенностями обустройства вальмовых крыш наиболее распространённых видов.
Устройство стропильной системы в деталях
Каркас вальмовой крыши состоит из большинства таких же деталей, что и двускатной, но более сложная стропильная система требует монтажа дополнительных элементов. При детальном рассмотрении можно обнаружить такие составляющие:
Все эти элементы можно найти в четырёхскатной крыше любого типа. Исключение составляет лишь шатровая кровля, которая боковых стропил и конькового бруса не имеет.
В деревянных и каркасных домах стропильная система монтируется без мауэрлата. В первом случае его функции берут на себя крайние венцы, а во втором - верхняя обвязка.
Разновидности стропильных систем вальмовых крыш
Поскольку основу стропильной системы вальмовой крыши составляют накосные стропила, при монтаже кровельного каркаса необходимо придерживаться следующих правил:
- В конструкциях, где накосные ноги испытывают увеличенную нагрузку, для их изготовления используют брус удвоенной толщины.
- Сращивание отдельных частей диагональных стропил выполняют в местах с максимальной нагрузкой (чаще всего - в верхней их части) и укрепляют при помощи подкосов и вертикальных стоек, установленных под углом 90° к стропильным ногам.
- При изготовлении накосных стропил следует предусматривать запас на подрезку по месту, поэтому расчётную длину бруса увеличивают на 5–10%.
- Ответственные узлы соединения накосных стропильных ног необходимо усилить металлическими крепёжными элементами - скобами, скрутками или перфорированными строительными полосами.
При выборе стропильной системы необходимо обязательно учитывать размер здания и наличие внутренних опор или капитальных простенков. Исходя из конкретных условий, выбирают схему с висячими или наслонными стропилами.
Система с висячими стропилами
Кровельная конструкция с висячими стропилами не имеет опор по средней линии, поэтому основной вес приходится на стены внешнего периметра. Эта особенность проявляет себя в перераспределении внутренних усилий - стропильная система подвергается сжимающим и изгибающим нагрузкам. Что же касается стен, то на них передаются значительные распирающие усилия. Чтобы устранить этот фактор, каждую пару стропил соединяют между собой так называемыми затяжками - перемычками из деревянного бруса или металлопроката.
Затяжка может располагаться как у основания стропильных ног, так и выше. В первом случае перемычка будет исполнять ещё и роль поперечной балки, что является удачным вариантом при строительстве мансардной кровли. Если же затяжка будет установлена в районе средней линии или выше, то она будет выполнять лишь функцию закрепляющего звена. Следует отметить, что от такого, казалось бы, незначительного момента, как высота установки затяжек, зависит стоимость стропильной системы. Чем выше будут расположены поперечные перемычки, тем больше должно быть сечение всех составляющих деревянного каркаса.
Вальмовые крыши с наслонными и висячими стропилами имеют отличия между опорными элементами конструкции
Конструкция с наслонными стропилами
Вальмовая крыша с наслонными стропилами подходит лишь для тех домов, внутреннее пространство которых разделяется на две равные части капитальной стеной или установленными для поддержки перекрытия опорными столбами. В этом случае нижний край стропильных ног опирается на мауэрлат, а средняя часть - на несущий простенок. Наличие дополнительных точек опоры позволяет разгрузить элементы стропильной системы, сняв с них, а также со стен здания знакопеременные горизонтальные усилия. Как и кровельные балки, стропила начинают работать лишь на изгиб. Каркас с наслонными стропилами становится более жёстким и прочным по сравнению с той конструкцией, в которой используются стропила безопорного типа. И это при том что в первом случае можно использовать брус меньшего сечения. А это способствует уменьшению веса деревянного сооружения и снижает расходы на закупку пиломатериалов.
Монтаж четырёхскатной крыши
Сборку стропильной системы необходимо выполнять в строго определённом порядке. Это необходимо для того, чтобы правильно установить и закрепить все конструктивные элементы кровли.
- Для перераспределения нагрузки, которую оказывают на стены кровельная конструкция, ветер и осадки, на внешние стены укладывают мауэрлат. В индивидуальном строительстве для этих целей применяют брус сечением не менее 100х150 мм. Для крепления продольных балок конструкции используют анкерные шпильки. Их необходимо закладывать в верхние ряды кладки ещё на этапе возведения стен. Гидроизоляцию мауэрлата выполняют при помощи двух слоёв рубероида, который укладывают поверх несущих стен.
Мауэрлат к несущей стене крепят при помощи болтов или анкеров
- При необходимости установки вертикальных опор, на несущие простенки укладывают лежни. Для горизонтального выравнивания элементов стропильной системы используют деревянные подкладки. В дальнейшем это значительно упростит установку стоек и прогонов. Если капитальные перегородки планом здания не предусмотрены, то вертикальные опоры монтируют на балках перекрытий. Для этого их усиливают, сращивая две доски 50х200 мм или используя один брус 100х200 мм.
Опора вертикальных стоек на балки допускается только в том случае, если конструкция будет покоиться на капитальном простенке
- Выставляют опорные стойки. Для их выравнивания пользуются отвесом или лазерным уровнем, после чего устанавливают временные подпорки. Для крепления вертикальной опоры к лежню или горизонтальной балке используют металлические уголки и пластины.
- Поверх стоек укладывают прогоны. Традиционная вальмовая кровля нуждается в монтаже одного прогона, который, собственно, и образует конёк. Шатровые конструкции нуждаются в монтаже четырёх прогонов. Как и при монтаже стоек, крепление выполняют при помощи металлических уголков и саморезов.
Коньковый прогон можно крепить как непосредственно к стропильной ноге, так и посредством деревянных накладок
- Подготовка стропил. Боковые стропильные ноги простых четырёхскатных крыш монтируют точно так же, как и наслонные на двускатной кровле. Сначала следует сделать шаблон. Для этого со стороны крайней опоры к коньку прикладывают доску такой же ширины, как и стропила. Её толщина не должна превышать 25 мм - шаблон должен быть лёгким. На этой доске отмечают запил, необходимый для надёжной опоры и точного прилегания стропильной ноги к коньковому брусу, а также вырез, соответствующий месту стыкования с мауэрлатом. Отмеченные места выпиливают и далее используют для быстрой подготовки стропильных ног.
Изготовление шаблона сможет сократить время подготовки стропил к монтажу
- Прикладывая изготовленный образец к прогонному брусу, необходимо проверить, нужна ли точная подгонка стропила. При наличии зазоров, запилы в стропиле выполняют с учётом поправок. После того, как все опорные ноги будут готовы, их выставляют с шагом 50–150 см и прикрепляют к мауэрлату и коньку. Для монтажа лучше всего подходят скобы, но можно брать и мощные металлические уголки.
- Как уже говорилось, диагональные стропила изготавливают из срощенных досок или бруса увеличенного сечения. Для их монтажа также понадобится шаблон, который подготавливают в полном соответствии с описанным выше способом. Поскольку накосные стропила одной стороной примыкают к углу мауэрлата, а другой опираются на стойки, запил выполняется под углом 45° к плоскости.
Раскладку стропил и нарожников на вальмовой крыше выполняют по шаблону
- В промежутках между накосными стропилами крепят нарожники. Их шаг соответствует расстоянию между стропилами, а точками опор выступают диагональные ноги и мауэрлат. Нагрузку, которую испытывают нарожники, не сравнить с тем весом, который приходится на стропила, поэтому первые можно сооружать из досок толщиной 30–50 мм. Для ускорения монтажа понадобится шаблон с запилами со стороны диагонального стропила и мауэрлата, но вырезы на половине нарожников необходимо сделать в зеркальном отображении.
Использование металлических крепёжных элементов делает стропильную систему более жёсткой и устойчивой
- Если есть необходимость, то к стропилам и нарожникам крепят кобылки. Концы стропильных элементов обрезают по шнуру.
Крепление стропил к мауэрлату можно выполнить несколькими способами
- Укрепляют накосные и боковые стропила. В первом случае используют вертикальные шпренгели, а во втором - установленные под углом 45° подкосы. Их опирают на лежни или балки.
- После того как стропильная система будет собрана, поверх неё устанавливают кровельный пирог.
Стропильная система подготовлена к монтажу кровельных материалов
Обрешётка и утепление
Прежде чем приступить к монтажу обрешётки, поверх стропил укладывают пароизоляцию, и, при необходимости, рулонную теплоизоляцию. Сверху слой утеплителя закрывают гидроизоляционной плёнкой, которую монтируют с нахлестом шириной 10–20 мм и крепят к брусу строительным степлером. После этого к стропилам прибивают рейки контробрешётки. Если кровельный пирог монтируется без утеплителя, то пароизоляция не требуется - достаточно будет слоя влагостойкого материала. Разумеется, не понадобятся при этом и дополнительные рейки, поскольку поддерживающие кровлю доски будут крепиться непосредственно к нарожникам и стропильным ногам.
В зависимости от типа кровельного материала, на вальмовых крышах используют один из двух видов обрешётки:
- сплошную;
- разреженную.
Первую чаще всего обустраивают под мягкую кровлю и только в отдельных случаях - для обустройства чердачного помещения. Обрешётку этого типа делают из досок шириной от 100 до 200 мм и толщиной не менее 20–25 мм. Монтаж выполняют без зазоров. Кроме того, допускается применение фанерных листов и плит OSB. Их достоинство - чрезвычайно ровная поверхность, которая позволяет уложить кровельный материал с минимальными затратами времени и сил.
Под мягкую кровлю обустраивают сплошную обрешётку из OSB, фанеры или досок, набитых без зазора
Для разреженной обрешётки используют такие же доски, как и в первом случае, однако монтируют их с зазором. Поскольку этот тип основания используется для укладки шифера, профнастила, металлочерепицы и кровельного железа, то расстояние между отдельными досками должно учитывать особенности кровельного материала.
Крепление обрешётки выполняют гвоздями, длина которых равняется утроенной толщине досок. Если для фиксации используют саморезы, то можно использовать более короткий резьбовой крепёж с длиной, соответствующей двойной толщине пиломатериала.
Для крепления шифера, ондулина и других листовых материалов используют разреженную обрешётку
Деревянное основание кровельного пирога монтируют снизу вверх, при этом первая доска каждого ската выставляется параллельно мауэрлату. Сначала обрешётку набивают на вальмах, после чего обрезают выступающие края ножовкой вровень с диагональными рёбрами. Далее приступают к креплению пиломатериала на основных скатах, выпуская края досок за накосные стропила. После этого торцы досок запиливают аналогично первому случаю.
Видео: сооружаем вальмовую крышу своими руками
Типовой проект вальмовой крыши
При строительстве простой вальмовой крыши можно воспользоваться типовым проектом, который разрабатывали специалисты. Проектная документация включает в себя:
- технологическую карту;
- план кровли;
- схемы стропильной системы;
- чертежи разрезов и угловых примыканий;
- ведомость и спецификацию с полным перечнем используемых материалов.
В качестве образца ниже приводится документация по типовому проекту вальмовой крыши для дома площадью 155 кв. м.
Галерея: чертежи и схемы четырёхскатной крыши
На чертеже указываются точные размеры всех элементов кровли В основании стропильной фермы лежат треугольники Стропила трапециевидных скатов опираются на длинные несущие стены строения Затяжки устанавливаются у основания стропил и выполняют роль балок перекрытия При создании проекта необходимо учитывать длину стропил, их шаг, рекомендуемое сечение бруса или доски Для крепления стропил применяются деревянные и металлические изделия Крепления позволяют передать нагрузку от одного элемента системы к другому
Несмотря на кажущуюся сложность четырёхскатной крыши, соорудить её своими руками ненамного труднее, чем двускатную конструкцию. Важно только тщательно разобраться с назначением отдельных элементов и принципами построения стропильной системы. В остальном надёжность и долговечность кровли будет всё так же зависеть от соблюдения технологии и аккуратности монтажа. Что же касается дополнительных сложностей и затрат, то они окупятся полным удовлетворением от работы, которая сделает постройку более яркой и привлекательной.
Завершающий конструкционный элемент здания должен не только надежно защитить от осадков, сохранить тепло, но и подчеркнуть архитектурные достоинства. Форма классифицируется по: углу наклона (плоские, скатные); наличию сводов, куполов; числу наружных и внутренних ребер; количеству плоскостей (скатов). Чем сложнее система, тем вероятнее, что для выполнения работ придется нанять строительную бригаду. Необходимо подобрать не самый простой вариант, но интересный с точки зрения дизайна. Четырехскатная крыша – идеальное решение.
Типы исполнения:
- Вальмовая – состоит из двух треугольных скатов, упирающихся вершинами в окончания конька. Две другие плоскости – трапеции.
- Полувальмовая – отличается от первого исполнения тем, что часть наклонной поверхности занимает фронтон. Кровля по одной или двум плоскостям имеет укороченный вид. Испытывает меньшие ветровые и снеговые нагрузки. Еще один плюс – возможность установки на мансарде полноценных окон или балконов в области фронтонов.
- Шатровая – треугольные скаты сходятся в одной точке. Применение такого решение целесообразно для дома с одинаковыми размерами внешних стен.
Особенности четырехскатных крыш:
- Более равномерное распределение нагрузки на фундамент, по всему периметру.
- Сокращение объема чердачного пространства – уменьшение расхода тепла на обогрев, сложность организации мансардного помещения.
- Хорошее противостояние ветровым и снеговым нагрузкам.
- Более высокая жесткость конструкции за счет увеличения числа внешних ребер.
Нюансы четырехскатной крыши:
- В окончаниях конькового бруса сходятся центральные промежуточные и диагональные стропила. Организация узла довольно сложная.
- К угловым крепятся нарожные стропила.
- Необходимо выдерживать угол наклона элементов для создания плоскости под установку кровли.
- Уклон углового стропила всегда меньше, чем у центральных и промежуточных. Это самый длинный элемент.
- Опорой служат мауэрлат и коньковый прогон.
Инструкция по выбору и расчету стропильной системы
Возведение дома начинают с оформления проекта. Самостоятельная разработка чертежа невозможна без:
- изучения технологии строительства;
- расчета ферм.
Факторы, влияющие на выбор:
- угол наклона скатов;
- материал вальмовой кровли;
- вес «кровельного пирога»;
- ветровые и снеговые нагрузки;
- сейсмическая опасность;
- габаритные размеры коробки дома, наличие внутренних несущих перегородок, колонн;
- планирование организации мансардного помещения.
Уклон скатов определятся не только из эстетических соображений. Важно найти золотую середину между положительным визуальным восприятием и сохранением надежности, функциональности конструкции. Величина угла тесно взаимосвязана практически со всеми вышеуказанными факторами:
- Применение всех видов кровельных материалов ограничено диапазоном этого параметра.
- Чем меньше угол наклона, тем незначительнее воздействие ветровой нагрузки.
- Увеличение до 45-60° гарантирует самостоятельный сход осадков. Воздействие снежного покрова минимизируется.
- Уменьшая угол наклона, получаем снижение площади и веса всей системы. Падает расход тепловой энергии для прогрева чердачного пространства.
- Организация мансардного этажа маловероятна при малой величине наклона.
Виды стропильных ферм
1. Наслонная – конструкция вальмовой крыши выполняется с опорой на:
- внешние стены (мауэрлат);
- прогон (коньковый);
- на внутренние несущие перегородки, колонны внутри дома через лежень.
Распределение нагрузки происходит за счет установки дополнительных стоек под коньковый брус. Лежень разделяет давление по всей поверхности внутренней перегородки (колонны).
2. Висячая – применяется для строений с максимальным размером фундамента до 6 ~7 метров. Стропилы опираются на стены. Распределение нагрузки с помощью стоек, затяжки, ригеля, подкосов. Для вальмовых крыш такой вид редко используется.
Инструкция по расчету стропильной системы
Выполнение чертежа четырехскатной крыши невозможно без совершения математических расчетов.
1. Размер прогона – определяется исходя из габаритов дома. Стандартное решение: длина за минусом ширины. Середина конькового бруса расположена четко над пересечением диагоналей основания. Линия прогона параллельна фронтальным стенам.
2. Высота конька: Н = b х tgα. b – половина длины торцевых стен дома, α – уклон скатов. Числовое значение тангенса определяется по таблице Брадиса.
3. Размер центральных и промежуточных стропил ската: Lцтр.стр.ската = √(Н² + b²).
4. Длина центральной стропильной ноги вальмы: Lцтр.стр.вальм = √(Н² + b²). При нестандартном выборе размера конька величина b определяется как половина разницы длин дома и прогона.
5. Размер диагональных элементов: Lдгн.стр. = √ (Lцтр.стр.вальм² + b²).
6. Вычисление длин нарожников – используется свойство подобных треугольников. Если углы равны, по одной из сторон выполняется пропорция длин, то будет соблюдаться соотношение остальных составляющих фигуры: D = 3/4 C, значит: Lнар = Lцтр.стр.вальм х 3/4.
7. Расстояние между стропилами зависит от выбора:
- Размеров сечения, качества древесины. Чем слабее материал, тем меньше должен быть шаг.
- Наличия, вида теплоизоляционного слоя – определяется удобством монтажа утеплителя (60-120 см).
- Кровельного материала, его веса и геометрии. Чем больше общая масса, тем меньше шаг. Как и с теплоизоляцией, учитывают размеры листа.
Минимальный шаг между фермами – 60 см, максимальный – 2 метра.
8. Формирование и расчет свесов зависят от предпочтений жильцов и высоты дома. Минимальный размер для 1-этажного строения – 500 мм. Задача – защитить стены от атмосферных осадков.
Постройка вальмовой стропильной системы
Мауэрлат – брус или верхний венец, обвязка дома, к которым крепят стропила. Обеспечивает равномерность распределения нагрузки на внешние стены. Сечение: 10х10 см ~15*15 см. Армопояс – бетонная армированная конструкция по верхнему периметру стен. Его задача – укрепить основание под мауэрлат, обеспечить надежную сцепку с кровлей.
Варианты установки мауэрлата:
- На армированный бетонный пояс с помощью закладных шпилек, анкеров.
- Анкерами в тело стены – кирпичные одноэтажные дома с незначительным уклоном вальмовой крыши.
- На последний венец деревянного сруба или верхнюю обвязку каркасного строения.
- Монтаж на шпильки, закладываемые в кирпичную кладку.
- Скобами, забиваемыми в деревянные вкладыши внутри кирпичной стены и тело мауэрлата.
- Проволокой из некаленой стали, закладываемой в момент возведения фасада.
- На шпильки, зафиксированные в стене химическим анкером – двухкомпонентным составом. Клей вводится в просверленные отверстия в кладке дома, высыхая, надежно удерживает элемент.
Особенности:
- Количество шпилек, скоб, анкеров должно быть больше или равным числу стропильных ног.
- Под брус укладывают рубероид или наносят на основание битумную мастику.
Руководство по монтажу:
- Разметка отверстий под шпильки, анкера осуществляют укладкой реек на крепежные элементы с последующим ударом по поверхности дерева. По насечкам выполняется просверливание. Брус одевают на шпильки, фиксируют с помощью шайбы и гайки.
- Соединение проволокой – концы пропускают поверх планок, делают скрутку.
- Схемы наращивания на длинных участках:
- Осуществляют укладку балок перекрытия либо на одном уровне с мауэрлатом, либо на брусок, закрепленный к стене. Шаг – 0,6-1 метр.
- Стяжка мауэрлата рейками, к которым в дальнейшем будут зафиксированы стойки под прогон.
- После завершения на поверхности мауэрлата делают разметку расстановки стропил.
Монтаж прогонов
Коньковый брус испытывает значительные нагрузки, устанавливается на стойки. От правильности работ зависит:
- Симметрия конструкции, равномерность распределения веса.
- Надежность четырехскатной кровли при максимальных ветровых и снеговых нагрузках.
Краткая инструкция по монтажу:
- Схема (висячая, навесная) зависит от наличия внутренних несущих перегородок. Крепление стоек может быть к стяжкам или перекрытиям.
- В домах с большими размерами конструкцию необходимо укрепить подкосами для обеспечения сопротивляемости нагрузкам.
- Материал для конька и опор выбирают одинакового сечения, не менее 100х100 мм.
- Перед работой тщательно замеряют и определяют центральную и крайние точки фиксации стоек. На их количество влияет длина прогона. Шаг – не более 1 метра.
Установка стропил своими руками
Существует два порядка работ:
- Сначала центральные стропила, затем – диагональные. Нарожники устанавливаются в последнюю очередь.
- Монтаж диагональных элементов, после этого – центральных.
Первый метод считается более простым. Второй позволяет на начальном этапе работ провести контроль симметричности.
Варианты крепления к мауэрлату:
- Жесткое – в стропилах выполняют запил, глубина которого – не более 1/3 ширины бруса. Углубления (седло) можно вырезать по шаблону.
- Скользящее – применяется для сооружений, дающих усадку. Для фиксации к мауэрлату используют специальный крепеж, плавающие опоры для стропил. При таком методе соединение ног над коньком выполняется шарнирным способом.
- Наслонное – окончание стропила опирается на мауэрлат. Свесы вальмовой крыши оформляются с помощью наращивания ног дополнительными рейками (кобылками) меньшего сечения. Этот метод позволяет сэкономить на материале.
Оформление конькового узла центральных, промежуточных противоположных стропил:
- Встык – соединение с распилом окончаний ног под углом. Выполняют сопряжение сечений. Крепеж узла производят гвоздями. Дополнительную фиксацию обеспечит металлическая пластина или деревянная накладка.
- Внахлест – стропила накладываются друг на друга боковыми поверхностями. Крепление – шарнирное (болт), гвозди.
- К коньковому брусу – стыковка сечения стропила с боковой поверхностью прогона.
Особенности монтажа диагональных ног:
- Размещение верхнего узла с упором среза накосного стропила в боковую поверхность центральных элементов системы.
- Для усиления диагональных ног, испытывающих наибольшую нагрузку, требуется установка шпренгельных ферм, стоек.
Монтаж нарожников к диагональной стропиле осуществляют подпилом и стыковкой с его боковой поверхностью, фиксация с помощью гвоздей.
По окончании работ необходимо выполнить проверку равенства углов наклона и длин противоположных стропил, соблюдения плоскости скатов и вальм.
Нюансы и возможные ошибки
1. Приобретая пиломатериалы, нужно убедиться, что:
- Влажность дерева не превышает 20 %. При высыхании доска меняют геометрию, что приведет к изменению длин, прямолинейности. Нарушение пропорций влечет протекание, снижение сопротивляемости ветровым и снеговым нагрузкам. Самое лучшее качество у древесины, заготовленной в зимний период в регионах с холодным климатом. Перед оформлением покупки обратитесь к продавцу с просьбой о замере влажности.
- В теле отсутствуют трещины, вросшие сучки, следы от жизнедеятельности насекомых.
- Приобретая клееный брус, убедитесь в порядочности продавца, изготовителя. Применение некачественной продукции приведет к нарушению прочности.
2. Элементы стропильной системы можно заказать на предприятиях со специализацией в строительстве и изготовлении домов под ключ.
3. Древесину перед началом монтажных работ обрабатывают антисептиками и антипиренами.
4. Длина приобретенной рейки иногда не соответствует расчетному размеру. Технология выполнения наращивания:
- Косой прируб с максимальной подгонкой сопрягаемых плоскостей. В сквозное отверстие болт или шпильку вставляют с натягом, без люфта; закручивают гайку.
- Внахлест более 100 см. Проводят с помощью гвоздей, болтов, шпилек в шахматном порядке.
- Встык по сечению – отпил под 90°. Место стыковки с противоположных сторон перекрывают накладками. Крепление – как в предыдущем способе.
5. Узлы дополнительно фиксируются металлическим крепежом: углы, пластины и другие. Каждый из этих элементов имеет отверстия под метизы. Целесообразно применять изделия с овальными прорезями, допускающими незначительные смещения сопрягаемых поверхностей. В процессе усадки, воздействия нагрузок может произойти разрыв жесткого соединения.
- Отсутствие расчета нагрузок, веса. Превышение допустимых показателей влечет разрушение фундамента, каркаса кровли. Необходимые вычисления можно выполнить самостоятельно или применив онлайн-калькуляторы. Привлечение специалистов – самое верное решение.
- Шаг превышает расчетное значение. Сэкономив на материалах, мастер приобретет множество проблем.
- Не выполняется контроль плоскости скатов и вальм с помощью шнура. Отклонения вызовут провисание кровли, нарушат герметичность и надежность крыши, вплоть до ее деформации.
В частном домостроении помимо распространённых двускатных крыш нередко применяются более прочные и жёсткие четырёхскатные конструкции. Они отличаются отсутствием фронтонов, которые заменяют скаты треугольной формы, срезающие концы конькового хребта. Такая конфигурация делает четырёхскатные крыши очень привлекательными и экономичными, несмотря даже на то, что при их сооружении увеличивается протяжённость карнизных свесов, количество водосточных труб и желобов. Поэтому они заслуживают самого пристального внимания.
Разновидности стропильных систем для четырехскатных крыш
Устройство стропильной системы зависит от формы четырёхскатной крыши. Наиболее распространены на сегодняшний день следующие конфигурации.
- Вальмовая структура. Все четыре ската занимают площадь от конька до карнизного свеса, при этом два боковых имеют трапециевидную форму, а два торцевых (вальмы) - треугольную. Особенностью стропильного вальмового каркаса является наличие двух пар установленных диагонально наслонных стропил, которые идут от края конька и служат опорами для нарожников и шпренгелей.
Вальмовая четырёхскатная конструкция характеризуется тем, что скаты занимают всю площадь крыши - от конька до карнизов
- Голландская полувальмовая. Устройство с усечёнными торцевыми скатами, не достающими до карниза. Как правило, они меньше трапециевидных в 2–3 раза. Преимуществом такого строения четырёхскатной крыши является возможность установки в торцах дома обычного окна, а также отсутствие типичного для двускатных кровель острого выступа, что многократно повышает ветроустойчивость конструкции.
Голландская полувальмовая крыша имеет усечённые треугольные скаты и часть фронтона, в который можно установить обычное вертикальное окно
- Датская полувальмовая. Характеризуется наличием в треугольных скатах фронтона у конька, который позволяет обеспечить полноценное естественное освещение подкровельного пространства без установки мансардных окон.
- Шатровая конструкция. Устанавливается на домах, имеющих квадратный каркас. Все четыре ската шатровой крыши представляют собой одинаковые равнобедренные треугольники, соединённые в одной точке. При возведении такой крыши важным аспектом является соблюдение симметрии.
Структура четырёхскатной стропильной системы зависит от выбранной конфигурации крыши
Особенности несущего каркаса четырехскатной крыши
Сразу отметим, что стропильная система четырёхскатной крыши будет более сложной по сравнению с традиционными двускатными конструкциями по двум причинам.
- Из-за увеличения количества наклонных плоскостей и их стыковки друг с другом. По своей сути соединение скатов - это линии пересечения, идущие под определённым углом к горизонту. Стыки, образующие выступающий над поверхностью скатов угол, называются рёбрами крыши. От них вода стекает по скатам и аккумулируется в разжелобках (ендовах) - линиях пересечения с внутренним углом. Если все плоскости имеют одинаковый уклон, то рёбра и ендовы делят угол основания в месте стыковки смежных скатов надвое и создают наклон к периметру здания в 45°.
Четырёхскатные стропильные системы отличаются отсутствием полных фронтонов, вместо которых имеются два треугольных торцевых ската, а также наличием двух боковых трапециевидных наклонных плоскостей, разжелобков и рёбер
- По причине того, что прогоны в четырёхскатной конструкции образуют замкнутый контур, где по линиям рёбер и ендов располагаются вальмовые (диагональные) стропильные ноги. Они длиннее рядовых балок, которые установлены продольно скатам на расстоянии между пересечениями вальмовых стропил в верхней обвязке. А вот между нижними частями диагональных ног монтируются короткие стропила, именуемые нарожниками. Отличительной чертой каркаса четырёхскатной крыши является наличие шпренгелей - деревянных распорок под вальмовые стропила.
Опорные прогоны в четырёхскатных конструкциях имеют замкнутый контур, где по линиям ендов и рёбер располагаются диагональные стропильные ноги
Основными конструктивными элементами стропильной системы четырёхскатной крыши являются:
Таким образом, количество элементов стропильной системы четырёхскатной крыши значительно больше, чем, например, у двускатной конструкции, а это, естественно, удорожает её возведение. Однако в целом, как мы уже отмечали выше, обустройство четырёхскатной крыши обойдётся ненамного дороже за счёт экономии на укладке кровельного пирога, поскольку отходов изоляционных материалов и укрывного настила при раскрое на многоскатную конструкцию будет значительно меньше.
Несмотря на то, что стропильная система четырёхскатной конструкции более сложная и дорогая, сооружение всей крыши является более выгодным за счёт экономии на обустройстве кровельного пирога
К тому же четырёхскатная конструкция:
Видео: двускатная или четырёхскатная крыша - что выбрать
Как рассчитать стропильную систему четырёхскатной крыши
Несущая конструкция четырёхскатной крыши может быть наслонной, если строение имеет капитальные внутренние стены, или висячей, когда промежуточные опоры в строении не предусмотрены. При висячем устройстве стропила опираются на стены дома и оказывают распирающее усилие на них. Для снятия нагрузки на стены в таких случаях у основания стропильных ног монтируют затяжку, соединяющую стропила между собой.
Использование наслонной конструкции делает каркас более лёгким и экономным в силу того, что на её обустройство требуется меньше пиломатериалов. Из-за этого наслонная стропильная система применяется при сооружении многоскатных крыш гораздо чаще. Но независимо от типа используемых стропил лишь правильный расчёт несущего каркаса и точная разметка повысят экономический эффект от возведения четырёхскатной конструкции.
Разметка и расчёт несущего каркаса четырёхскатной крыши
При расчёте стропильной системы необходимо придерживаться следующих правил.
Для определения места установки стропил и нахождения их длины понадобится шаблон.
Использование шаблона намного облегчит замеры и расчёт стропильного каркаса четырёхскатной крыши
Длину стропильной ноги можно определить по её заложению (горизонтальной проекции). Для этого существует специальная таблица коэффициентов, представленная ниже. Длина стропила определяется размером её проекции, умноженной на коэффициент, соответствующий уклону ската.
Таблица: соотношение между длиной и заложением стропил
| Уклон ската крыши | Коэффициент для расчёта длины промежуточных стропил | Коэффициент для расчёта длины угловых стропил |
| 3:12 | 1,031 | 1,016 |
| 4:12 | 1,054 | 1,027 |
| 5:12 | 1,083 | 1,043 |
| 6:12 | 1,118 | 1,061 |
| 7:12 | 1,158 | 1,082 |
| 8:12 | 1,202 | 1,106 |
| 9:12 | 1,25 | 1,131 |
| 10:12 | 1,302 | 1,161 |
| 11:12 | 1,357 | 1,192 |
| 12:12 | 1,414 | 1,225 |
| Примечание: при возведении каркаса крыши, данные по которой в таблице отсутствуют (для нестандартных уклонов скатов), параметры следует рассчитывать по теореме Пифагора или использовать математическую пропорцию. | ||
Рассмотрим пример: строится частный дом в Екатеринбурге размером 7,5Х12 м с планируемой высотой вальмовой крыши из металлочерепицы 2,7 м.
- Первым делом рисуем чертёж или эскиз крыши.
Перед расчётом стропильной системы необходимо сделать эскиз здания и нанести на него все исходные данные
- Находим угол наклона скатов, используя формулу: тангенс угла наклона равен отношению высоты крыши к половине длины пролёта, в нашем случае - к половине торцевой стороны L = 7,5 /2 = 3,75. Таким образом, tg α = 2,7 / 3,75 = 0,72. По справочным таблицам определяем: α = 36°, что соответствует нормативам, предусматривающим уклон крыши для металлочерепицы не менее 14°, и климатическим условиям Екатеринбурга.
Тангенс угла наклона скатов определяется по известной формуле расчёта сторон прямоугольного треугольника как отношение противолежащего катета к прилежащему
- Определяем положение и край конькового хребта, для чего прикладываем шаблон под углом 36° посередине верхней обвязки торца (место установки первого центрального промежуточного стропила) на высоту 2,7 м и проектируем очертание на эскиз.
- От осевой (ключевой) линии отступаем ½ толщины конькового бруса и устанавливаем конец измерительной рейки в этой точке. На другом конце рейки делаем отметки наружного и внутреннего контура боковой стены, а также свеса. Поворачиваем рейку на боковую сторону и от внутреннего угла внешней обвязки отмечаем заложение промежуточного стропила по отметке внутреннего контура, определив таким образом место установки второго промежуточного центрального стропила.
При обустройстве стропильного каркаса четырёхскатной крыши первоначально определяют положение центральных стропильных ног, используя шаблон и мерную рейку
- Подобные действия проводим на всех углах, определяя края конькового хребта и расположение всех центральных стропильных ног.
- После планировки промежуточных стропил определяем по таблице их длину. В нашем примере угол наклона равен 36°, его тангенс - 0,72, что соответствует отношению 8,64:12. Такого значения в таблице нет, поэтому рассчитаем коэффициент относительно строки с параметром 8:12 - 8,64/ 8 = 1,08. Значит, искомый коэффициент равен 1,202 · 1,08 = 1,298.
- Умножив глубину заложения промежуточных стропил на рассчитанный коэффициент, находим их длину. Примем в расчёт глубину заложения 3 м, тогда L стр = 3 · 1,298 = 3,89 м.
Длина рядовых и центральных промежуточных стропил зависит от угла наклона крыши и глубины их заложения
- Аналогично определяем длину диагональных стропил, предварительно рассчитав заложение, равное расстоянию от угла соединения боковых и торцевых скатов до первого промежуточного центрального стропила. По исходным данным заложение угловых стропил равно 7,5 / 2 = 3,75 м. Тогда расчётная длина угловых стропил будет равна 3,75 · 1,298 = 4,87 м.
Угловые стропила отличаются от промежуточных устройством подрезов с двойным скосом в зоне конька, более глубоким заложением и большей длиной подрезов для опорной части
- Рассчитываем свес по теореме Пифагора согласно сделанным разметкам или просто добавляем к длине стропил желаемый размер, например, 0,6 м плюс как минимум 0,3 м для обустройства наружного водостока.
Для расчёта длины свеса нужно умножить его заложение на коэффициент для промежуточного либо углового стропила или к расчётной длине стропил добавить планируемую длину свеса и минимум 0,3 м для организации наружной водосточной системы
- Сделав маркировку всех элементов стропильного каркаса, определяем длину конькового хребта, которая равна разности длины боковой стороны и удвоенной величины заложения промежуточных стропил: 12 – 2 · 3 = 6 м. Именно на этом расстоянии будут установлены рядовые стропила. Если принять шаг в 1 м, то понадобится 5 рядовых стропил, равных по длине центральным. К тому же на участке заложения промежуточных центральных стропил, имеющему длину 3 м, будет установлено по два коротких стропила с одного и другого края боковой стороны.
- Поскольку короткие стропила (нарожники) крепятся к диагональным, значит, на торцевые стороны между угловым и центральным промежуточным стропилом тоже будет установлено по два нарожника слева и справа.
Подведём предварительный итог - для стропильного каркаса четырёхскатной крыши понадобится:
- две пары вальмовых (угловых) стропил длиной 4,87 + 0,6 + 0,3 = 5,77 м;
- три пары промежуточных центральных стропил длиной 3,89 + 0,6 + 0,3 = 4,79 м;
- пять пар рядовых стропил длиной 4,79 м.
Всего десять пар стропил, общая длина которых приблизительно составит 100 погонных метров. Прибавляем сюда 6 м на коньковый брус, а также десятипроцентный запас и получаем, что необходимо примерно 117 погонных метров пиломатериала для изготовления простого вальмового стропильного каркаса с подкосами, распорками, ригелями, шпренгелями и кобылками. Но если в конструкции предусмотрены стойки и лежень, то их придётся обсчитать отдельно или добавить больший процент запаса.
Видео: стропильная система четырёхскатной крыши, технология установки
https://youtube.com/watch?v=n_Yr2QB3diMИзмерительная рейка очень облегчает работу и помогает избежать грубейших ошибок при замерах. Её чаще всего изготавливают самостоятельно из фанеры шириной 50 мм.
Несколько слов нужно сказать о коротких стропилах. Их рассчитывают точно так же, как и промежуточные: заложение, умноженное на коэффициент для промежуточных стропил из таблицы. Однако задачу можно облегчить и не рассчитывать специально длину нарожников, поскольку процент запаса берётся достаточный, а обрезки досок понадобятся для изготовления усиливающих конструкцию элементов - подкосов, распорок, ригелей и т. д.
Длину коротких стропил (нарожников) можно не рассчитывать, поскольку обрезки пиломатериалов пригодятся для изготовления усиливающих элементов конструкции
Видео: стропильный каркас вальмовой крыши, разметка элементов и сборка
Расчёт сечения пиломатериалов
После разметки положения составляющих стропильного каркаса необходимо подобрать подходящие пиломатериалы, т. е. определить их допустимое сечение. Для расчётов понадобится районированная карта снеговой и ветровой нагрузок и теплового сопротивления, а также вспомогательные таблицы, основанные на нормативных актах - СНиП II-3–79, СП 64.13330.2011, СНиП 2.01.07–85 и СП 20.13330.2011.
Устройство четырёхскатной крыши включает в себя определение необходимого сечения пиломатериалов, которое выполняется на основе анализа нагрузок на стропильную конструкцию в процессе эксплуатации
Нагрузку от снежного покрова определяем по формуле S = S g · µ, где S - искомая снеговая нагрузка (кг/м²); S g - нормативная нагрузка для реальной местности, обозначенная в карте, µ - поправочный коэффициент, зависящий от наклона крыши. Поскольку угол наклона у нас находится в пределах от 30 до 60°, µ рассчитываем по формуле 0,033 · (60 – 36) = 0,792 (см. примечание к приведённой ниже таблице). Тогда S = 168 · 0,792 = 133 кг/м² (Екатеринбург находится в четвёртом климатическом регионе, где S g =168 кг/м 2).
Таблица: определение показателя µ в зависимости от уклона крыши
| Определение угла наклона крыши | |
| Значение тангенса | Угол α° |
| 0,27 | 15 |
| 0,36 | 20 |
| 0,47 | 25 |
| 0,58 | 30 |
| 0,7 | 35 |
| 0,84 | 40 |
| 1 | 45 |
| 1,2 | 50 |
| 1,4 | 55 |
| 1,73 | 60 |
| 2,14 | 65 |
| Примечание: если угол покатости (α) ≤ 30°, то коэффициент µ принимают за 1; если угол α ≥ 60°, то µ = 0; если 30° < α < 60°, µ высчитывают по формуле µ = 0,033 · (60 - α). |
|
Таблица: нормативные снеговые нагрузки по регионам
| № региона | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| S g , кг/м 2 | 56 | 84 | 126 | 168 | 224 | 280 | 336 | 393 |
Ветровую нагрузку рассчитываем по формуле W = W o · k · c, где W o - нормативный показатель по карте, k - табличный индекс, c - коэффициент аэродинамического сопротивления, изменяющийся от -1,8 до +0,8 и зависящий от уклона скатов. Если угол наклона более 30°, то согласно СНиП 2.01.07–85 п. 6.6 в расчёт берётся максимальное положительное значение аэродинамического показателя, равное 0,8.
Екатеринбург относится к первой зоне по ветровой нагрузке, дом строится в одном из районов города, высота здания вместе с крышей составляет 8,7 м (зона «B» по таблице ниже), значит, W o = 32 кг/м², k = 0,65 и с = 0,8. Тогда W = 32 · 0,65 · 0,8 = 16,64 ≈ 17 кг/м². Иначе говоря, именно с такой силой ветер на высоте 8,7 м давит на крышу.
Таблица: значение показателя k для разных типов местности
| Высота здания Z, м | Коэффициент k для видов местности | ||
| А | В | С | |
| ≤ 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,0 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | 1,8 |
| 250 | 2,65 | 2,3 | 2,0 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
| Примечание: «А» - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, а также пустыни, степи, лесостепи, тундра; «В» - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; «С» - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м. |
|||
Таблица: нормативная ветровая нагрузка по регионам
| № региона | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
| W o , кг/м 2 | 24 | 32 | 42 | 53 | 67 | 84 | 100 | 120 |
Теперь рассчитаем нагрузку на несущий каркас от веса кровли. Для этого сложим вес всех слоёв кровельного пирога, проложенных сверху стропил. Мы оставляем стропила открытыми для достижения декоративного эффекта, значит, укладываем все слои поверх стропил. Нагрузка кровли на элементы стропильной системы будет равна сумме весов металлочерепицы, обрешётки и контробрешётки, изоляционных плёнок, утеплителя, дополнительной обрешётки и вентиляционных реек, сплошного основания из фанеры и облицовочного материала подкровельного помещения.
При определении нагрузки на несущий каркас от веса кровли суммируются веса всех слоёв кровельного пирога, проложенных поверх стропил
Массу каждого слоя можно узнать в инструкции производителя, выбрав наибольшее значение плотности. Толщину теплоизолятора рассчитываем по карте теплового сопротивления для определённой местности. Её находим по формуле T = R · λ · P, где:
- T - толщина теплоизолятора;
- R - норматив теплового сопротивления для конкретной местности, согласно вложенной в СНиП II-3–79 карте, в нашем случае 5,2 м 2 ·°C/Вт;
- λ - коэффициент теплопроводности утеплителя, который для малоэтажного строительства принимается равным 0,04;
- P - наибольшее значение плотности теплоизоляционного материала. Мы будем использовать базальтовый утеплитель «Роклайт», для которого P = 40 кг/м².
Итак, T = 5,2 · 0,04 · 40 = 8,32 ≈ 9 кг/м². Таким образом, общая нагрузка кровли будет равна 5 (металлочерепица) + 4 (сплошной настил) + 23 (обрешётка основная, дополнительная и контробрешётка) + 0,3 · 2 (изоляционные плёнки) + 9 (утеплитель) + 3 (облицовка) = 44,6 ≈ 45 кг/м².
Получив все необходимые промежуточные значения, определяем полную нагрузку на несущий каркас четырёхскатной крыши: Q = 133 + 17 + 45 = 195 кг/м².
Допустимое сечение пиломатериалов рассчитывается по формулам:
- H ≥ 9,5 · L max · √, если угол α > 30°;
- H ≥ 8,6 · L max · √, если α < 30°.
Здесь используются следующие обозначения:
- Н - ширина доски (см);
- L max - максимальная рабочая длина стропил (м). Поскольку наслонные стропильные ноги соединяются в зоне конька, вся длина считается рабочей и L max = 4,79 м;
- R изг - показатель сопротивления древесины на изгиб (кг/см). Согласно своду правил 64.13330.2011 для древесины II сорта R изг = 130 кг/см;
- B - толщина доски, взятая произвольно. Предположим, B = 5 см;
- Q r - нагрузка на погонный метр одной стропильной ноги (кг/м). Qr = A · Q, где A - шаг стропил, который в нашем случае равен 1 м. Поэтому Q r = 195 кг/м.
Подставляем числовые значения в формулу → H ≥ 9,5 · 4,79 · √ = 9,5 · 4,79 · 0,55 = 25,03 см ≈ 250 мм.
Таблица: номинальные размеры обрезных досок хвойных пород
| Толщина досок, мм | Ширина (H) досок, мм | ||||||||
| 16 | 75 | 100 | 125 | 150 | - | - | - | - | - |
| 19 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | - | - | - | - |
| 22 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | - | - |
| 25 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 32 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 40 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 44 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 60 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 75 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 100 | - | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 125 | - | - | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 150 | - | - | - | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 175 | - | - | - | - | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 200 | - | - | - | - | - | 200 | 225 | 250 | - |
| 250 | - | - | - | - | - | - | - | 250 | - |
Из таблицы толщина доски при ширине 250 мм может меняться от 25 до 250 мм. Определить конкретнее поможет таблица зависимости сечения от шага и длины стропил. Длина промежуточных стропил 4,79 м, шаг 1,0 м - смотрим в таблицу и подбираем подходящее сечение. Оно равно 75Х250 мм.
Таблица: сечение пиломатериалов в зависимости от длины и шага стропил
| Шаг стропил, см | Длина стропил, м | ||||||
| 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | |
| 215 | 100Х150 | 100Х175 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х250 | - |
| 175 | 75Х150 | 75Х200 | 75Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х250 |
| 140 | 75Х125 | 75Х175 | 75Х200 | 75Х200 | 75Х200 | 100Х200 | 100Х200 |
| 110 | 75Х150 | 75Х150 | 75Х175 | 75Х175 | 75Х200 | 75Х200 | 100Х200 |
| 90 | 50Х150 | 50Х175 | 50Х200 | 75Х175 | 75Х175 | 75Х250 | 75Х200 |
| 60 | 40Х150 | 40Х175 | 50Х150 | 50Х150 | 50Х175 | 50Х200 | 50Х200 |
Приведём ещё одну таблицу для тех, кто будет использовать пиломатериалы лиственной породы.
Таблица: предельные отклонения от номинальных размеров досок
Проверяем правильность расчётов, подставив числовые параметры в следующее неравенство / ≤ 1. Получаем (3,125 · 195 х 4,79³) / (7,5 х 25³) = 0,57 - сечение подобрано точно и с хорошим запасом. Проверим менее мощные балки сечением 50х250 мм. Снова подставляем значения: (3,125 · 195 х 4,79³) / (5 х 25³) = 0,86. Неравенство снова выполняется, поэтому для нашей кровли вполне подойдёт брус размером 50х250 мм.
Видео: расчёт стропильной системы вальмовой крыши
После всех промежуточных расчётов подводим итог: для возведения кровли нам понадобится 117 погонных метров обрезной доски сечением 50Х250 мм. Это примерно 1,5 м³. Поскольку изначально было оговорено, что для четырёхскатной вальмовой конструкции желательно использовать пиломатериалы одного сечения, то для мауэрлата следует приобретать такой же брус в количестве, равном периметру дома - 7,5 · 2 + 12 · 2 = 39 пог. м. С учётом запаса в 10% на раскрой и брак получаем 43 погонных метра или примерно 0,54 м³. Таким образом, нам потребуется примерно 2 м³ пиломатериалов сечением 50Х250 мм.
Длина стропил - это промежуток от подреза для опорной части до подреза для конькового бруса.
Видео: пример расчёта крыши на онлайн-калькуляторе
Технология монтажа стропильной системы
Обустройство четырёхскатной конструкции имеет свои особенности, которые нужно обязательно учитывать:
Изготовленный и собранный с соблюдением всех правил стропильный каркас наслонного типа для четырёхскатной крыши будет безраспорной конструкцией. Можно предупредить появление распоров, если в местах опоры на мауэрлат плоскости стропил сделать горизонтальными.
В большинстве случаев для опоры стропильных ног используют две схемы.
В четырёхскатных вальмовых конструкциях зачастую длина угловых ног больше типовой длины пиломатериалов. Поэтому брус и доски сращивают, стараясь, располагать стыки на расстоянии 0,15 длины пролёта (L) от центра опор, что приблизительно равнозначно интервалу между точками опоры. Соединяют стропила методом косого прируба, затягивая места стыков болтами Ø12–14 мм. Запил рекомендуется делать на стропилах, а не на опорном брусе, чтобы срез не ослабил опоры.
Поскольку стандартная длина большинства пиломатериалов не превышает 6 м, диагональные стропила наращивают по длине методом косого прируба и соединяют болтами при использовании бруса или гвоздями и хомутами, если сращиваются доски
Таблица: положение опор под угловые стропила
| Длина пролётов, м | Типы опор | Месторасположение опор |
| менее 7,5 | стойка или подкос | в верхней части стропил |
| менее 9,0 | стойка или подкос | в верхней части стропил |
| шпренгель или стойка | в нижней части стропил - 1/4L пр | |
| свыше 9,0 | стойка или подкос | в верхней части стропил в нижней части стропил - 1/4L пр |
| шпренгель или стойка | по центру стропил | |
| стойка | по центру стропил | |
| Примечание: Lпр - длина пролёта, который перекрывается стропилами. | ||
Для стыковки нарожников со стропилами верх полустропил стачивают, выдерживая в одной плоскости с угловыми ногами, и фиксируют гвоздями. Размещая нарожники на стропиле, строго следят, чтобы они не сходились в одном месте. Если использовать при установке нарожников не врубку, а черепные бруски 50Х50 мм, набитые в нижней зоне стропил с обеих сторон, то жёсткость стропильных ног будет выше, а значит, повысится их несущая способность.
Для увеличения жёсткости стропильного каркаса рекомендуется при установке нарожников использовать черепные бруски, набитые с обеих сторон в нижней части стропильных ног
Монтаж стропильной конструкции своими руками
Строительство каркаса четырёхскатной кровли производится в несколько этапов.
- Размечают и рассчитывают материалы, после чего прокладывают рубероид в качестве гидроизоляции по всему периметру здания. Поверх него укладывают опору для стоек и мауэрлат, закрепляя к стенам, особенно хорошо фиксируя по углам.
Мауэрлат в четырёхскатных конструкциях укладывается по всему периметру и хорошо закрепляется к стенам, особенно по углам, чтобы создать прочный узел для крепления диагональных стропил
- Устанавливают раму для конькового прогона и укладывают сам прогон, жёстко выдерживая высоту и пространственное расположение конька, поскольку от этого непосредственно зависит прочность и надёжность всей стропильной конструкции.
- Размещают опорные стойки с использованием водяного уровня для выравнивания и закрепляют под коньком наклонными подпорками. Расстановку стоек делают исходя из конфигурации крыши - в вальмовой конструкции стойки устанавливают в один ряд с интервалом не более двух метров, а в шатровой крыше - диагонально на одинаковом промежутке от угла.
- Монтируют центральные промежуточные стропила, а затем рядовые, заполняя середину боковых скатов.
- Согласно разметке устанавливают угловые стропила, желательно изготовленные с усилением, опирая их нижней частью на угол мауэрлата, а верхним фрагментом - на стойку. Здесь же делают закладку карнизного свеса и водостока.
- Следом размещают полустропила (нарожники), укрепляя нижнюю часть диагональных ног шпренгелями, которые частично разгрузят угловые стропила, и обшивают по периметру крыши ветровой доской.
Шпренгельная решётка применяется при крутых кровлях и сравнительно больших пролётах для того, чтобы избежать прогиба диагональных стропил
- После выполнения монтажа стропильной системы укладывают кровельный пирог, обустраивают карнизные свесы и водосточную систему.
При монтаже стропильной системы четырёхскатной крыши нужно внимательно отнестись к стыковке диагональных стропил, центрального стропила со стороны торца здания, а так же конькового бруса
Видео: четырёхскатная крыша на гвоздях и табуретке
Самостоятельное возведение четырёхскатной крыши - это, конечно же, нелёгкий процесс. Но если вы располагаете измерительными приборами, а также необходимыми инструментами, у вас всё получится. Главное - желание собрать конструкцию своими руками и стремление придерживаться общих принципов. А чтобы крыша прослужила как можно дольше и сохраняла свой удивительно красивый внешний вид, постарайтесь не экономить на элементах стропильного каркаса и использовать для их фиксации современные надёжные металлические крепежи для дерева.
Стропильная система – это сочетание всех опорных элементов, образующих каркас, на котором лежит кровельный пирог. От прочности и надежности этого основания зависит способность крыши выдерживать ветровую, снеговую нагрузку, защищать внутренние помещения от воды и холода. Чтобы не прибегать к дорогостоящим услугам фирм, выполняющих кровельные работы профессионально, мы расскажем из чего состоит стропильная система , какие материалы потребуются для ее изготовления и как осуществить ее сборку.
Виды четырехскатных крыш
Название «четырехскатная» объединяет несколько видов крыш, состоящих из четырех плоскостей, скатов:
Не смотря на внешние различия, стропильные системы четырехскатной крыши составляют из одних и тех же элементов, руководствуясь одинаковыми правилами.
Виды стропильных систем
Стропильная система крыши четырехскатного вида принимает различный вид, в зависимости от исходных условий: площади перекрываемого дома и внутренней планировки. Выделяют три вида:
Кокой вид стропильной системы подойдет для конкретного дома, определяют в период проектирования, производя расчеты и составляя чертежи.
Расчет уклона скатов и высоты конька
Составление проекта стропильной системы четырехскатной крыши начинают с расчетов, определяющих геометрию будущей конструкции:
Облегчить процесс проектирования стропильной системы четырехскатной крыши могут специальные компьютерные программы-калькуляторы, которые требует только занесения исходных данных: размеров дома, количества скатов.
Расчет нагрузок
Следующий этап проектирование – определение состава элементов стропильной системы и их сечения. Для этого выполняют расчет нагрузок, которым подвергается четырехскатная конструкция. Они делятся на три типа:
Суммируя значения всех нагрузок, определяют общую, которая, в зависимости от используемого кровельного материала может достигать 180-250 кг на квадратный метр. Исходя из этой цифры определяют количество элементов стропильной системы и их сечение, сверяясь со справочной таблицей. Более сложные системы удобнее рассчитывать в специальных программах, результатом работы которых является готовая схема стропильной системы крыши четырехскатного типа.
Основные элементы
Стропильная система четырёхскатной крыши состоит из множества составных частей, обязательных и вспомогательных:
- Мауэрлат. Брус сечением 100х100 мм или 150х150 мм, равномерно распределяющий нагрузку по периметру несущих стен. Отличие четырехскатной крыши в том, что для ее установки требуется четыре мауэрлата, а не два, как для двухскатной.
- Лежень. Брус, служащий опорой для стоек, которое используют в наслонной стропильной системе. Он, как и мауэрлат, распределяет вес кровли, но находится на внутренней несущей стене.
- Стропильные ноги. Элементы из досок сечением 50х150 мм или 100х150 мм, которые несут на себе кровельный пирог и задают геометрию скатов. В строительстве четырехскатных крыш используют рядовые, наслонные и нарожные стропила. Рядовые располагаются парами вдоль конькового прогона, образуя трапециевидные скаты. Накосные, расходясь от конька к двум углам дома, формируют торцевые треугольные скаты. А нарожные стропила опираются верхней частью на наслонные и имеют различную длину.
- Коньковый прогон. Брус, опирающийся на вертикальные стойки, к которому крепятся стропила. Это высшая точка крыши.
- Стойки. Вертикальные подпорки, которые устанавливают на лежень. Они поддерживают коньковый прогон или середину стропильной ноги.
- Подкосы. Бруски, которые устанавливают под углом к стропильным ногам для предотвращения их прогиба.
- Затяжка и ригель. Горизонтальные перемычки из дерева или металла, соединяющие пары стропильных ног, снижая распирающую нагрузку на стены. Ригель устанавливают в верхней части стропил, в затяжку в нижней, часто используя в качестве балок перекрытия.
- Шпренгельные фермы. Шпренгель – вертикальная стояка для накосных стропил. Если его не во что упереть, устанавливают затяжку межу двумя соседними сторонами дома и с помощью металлических уголков прикрепляют шпренгель.
- Обрешетка. Основание для настила кровельного материала. Если доски приколачивают без промежутков, конструкция обрешетки называют сплошной. А если доски чередуют с небольшим просветом – решетчатой. Схема обрешетки зависит от вида кровельного материала.
- Свес крыши. Часть стропил, которая на 40-50 см выступает за периметр дома, защищая его от влаги.
Сборка стропильной системы
Имея на руках чертеж стропильной системы, можно начинать работы по сборке. Так как в качестве материала используют в основном натуральную древесину, не будет лишним обработать ее антисептиком глубокого проникновения для защиты от влажности и бактерий. Кровельные мастера обращают на ряд особенностей, которые стоит учитывать при монтаже стропильной системе четырехскатной крыши:
Грамотно рассчитанная и качественно собранная стропильная система – основа долгой эксплуатации четырехскатной крыши, которая станет надежной защитой от непогоды, в независимости шатровая она или вальмовая!
Видео-инструкция
Крыши вальмовой конструкции обретают все большую популярность среди владельцев частных домов. Это – неудивительно, так как подобная схема отличатся целым рядом неоспоримых достоинств эксплуатационного свойства, а кроме того – смотрится очень оригинально, придавая дому особую эстетичность.
Некоторых домовладельцев, ведущих самостоятельное строительство, возможно, отпугивает то, что стропильная система вальмовой крыши выглядит слишком сложной. Да, она, безусловно, не столь проста, как или обычная двускатная щипцовая крыша. Тем не менее, и эта стропильная система вполне подчиняется законам геометрии, и произвести ее предварительный расчет – вполне возможно. Монтаж, конечно же, потребует определённого опыта в плотницкой работе, но с хорошими помощниками, а еще лучше – с квалифицированным консультантом, можно взяться и за это масштабное мероприятие.