Вальмовая крыша стропила. Устройство стропильной системы вальмовой крыши – составляющие и расчет. Нюансы опирания накосных стропилин
Вальмовая кровля прекрасно справляется с поставленными перед ней задачами. Но ее прочность и надежность во многом зависит от качества монтажа, который невозможно сделать без хорошей схемы. А как составляется чертеж стропильной системы вальмовой крыши? Какие нюансы и параметры следует учитывать? Об этом и пойдет речь в статье.
Что такое вальма
Прежде чем начать рассказывать о том, как составляется чертеж стропильной системы вальмовой крыши, стоит познакомиться с самой конструкцией. Что такое вальма и почему такой вариант кровли пользуется достаточно большой популярностью?
Любая конструкция имеет свои «специфические» элементы. То же самое относится и к рассматриваемому в статье варианту крыши. Здесь такой особой деталью является вальма. А что это такое? Вальма – это треугольная часть кровли, расположенная с торца здания. У обычной четырехскатной крыши все стороны треугольные. В случае с вальмовым вариантом, основные два ската имеют трапециевидную форму.
Основные принципы создания вальмой крыши дома
Такой вариант крыши используется не столь часто, но все-таки он пользуется хорошей славой. У вальмовой крыши есть свои плюсы и минусы. К преимуществам такой конструкции специалисты относят следующее:
- вальма, в отличие от фронтона, обладает низким сопротивлением ветрам. Такая крыша способна выдержать даже ураганы;
- стропильная система такой кровли прочная и устойчивая к внешним воздействиям. Это достигается путем установки угловых ребер, которые играют роль ребер жесткости;
- вальмовая крыша дает возможность создать широкие свесы со всех сторон дома, что надежно защищает стены от атмосферных осадков;
- не стоит забывать и про внешний вид. Вальмовая крыша способна значительно украсить любое строение.
Но есть и свои недостатки. Если говорить о минусах, то в первую очередь специалисты напоминают о сложности чертежей стропильной системы вальмовой крыши. Конструкция имеет множество элементов, которые нужно правильно смонтировать. Сделать это без наличия необходимых навыков бывает достаточно сложно. К тому же, большое количество элементов значительно удорожает всю конструкцию.
Есть и другие сложности. Если вы решите сделать мансардную комнату, то обязательно с ними столкнетесь. Во-первых, чердачное помещение под вальмовой кровлей меньше, чем в случае использование обычного двухскатного варианта. Во-вторых, вам придется устанавливать специальные окна, которые могут обойтись достаточно дорого.
Виды вальмовых стропильных систем
При возведении крыши нужно тщательно продумать все ее элементы и конструкции. Но самое главное – это определиться с выбором вида стропильной системы. Именно эта часть кровли будет нести на себе все нагрузки. В случае с вальмовым вариантом крыши применяются следующие два типа стропильных системы:
Типы конструкций стропильных систем крыш — схемы - Наслонная.
- Висячая.
Первый вариант считается наиболее приемлемым. Такой тип стропильной системы для вальмовой кровли подразумевает наличие дополнительной опоры под коньком. Для этого в доме должна быть несущая стена, расположенная посередине строения. На нее устанавливают опорные балки, на которые монтируют коньковый пролет. Такая конструкция более прочная. В ней стропильные пары упираются не только на мауэрлат, но и на коньковый пролет.
В случае если осевой несущей стены нет, то применяют висячую систему. Тут стропила сверху крепятся друг к другу, а снизу упираются в мауэрлат. Такой тип системы используется для небольших домов, когда длина одного ската не превышает шести метров. Но в случае вальмовой крыши лучше все-таки использовать наслонную систему стропил. Это поможет избежать проблем при монтаже и дальнейшей эксплуатации.
Создание чертежа стропильной системы вальмовой крыши
Перед началом возведения любой кровли нужно проделать множество предварительной работы. И, наверное, самой главной задачей будет создание чертежа системы вальмовой крыши. Именно от правильности выполнения этой работы будет зависеть быстрота и точность монтажа. Для составления чертежа нужно дополнительно выяснить множество параметров и характеристик будущей конструкции. А как это сделать будет рассказано чуть ниже.
Измеряем габаритные данные строения
Самый первый параметр, от которого будут отталкиваться все остальные расчеты – это размеры самого дома. От этой характеристики будет многое зависеть, а именно:
- высота расположения конька;
- длина ската;
- угол наклона;
- количество необходимого материала.
Если у вас есть проект дома, то выяснить его размеры будет несложно. Для этого достаточно посмотреть на чертеж. Если проекта нет или дом построен с небольшими отклонениями от него, то за измерение нужно взяться самостоятельно. Для дальнейших расчетов четырёхскатной кровли вам понадобится узнать длину и ширину строения, а также высоту стен.
Выбор оптимальной высоты крыши
После того, как габариты дома вам известны, можно приступать к следующим вычислениям. Первое из них – это выбор оптимальной высоты крыши. При этом нужно учитывать следующее:
- будет ли использоваться чердачное помещение. Если да, то высота должна быть больше, чтобы пространство было достаточно;
- размеры самого дома. Слишком высокая крыша может существенно ухудшить внешний вид всего строения;
- нужный угол уклона ската. Чем выше будет крыша, тем этот параметр будет больше.
Лучше всего производить подобные расчеты после определения угла наклона ската. Именно так чаще всего и поступают строители. В этом случае высота крыши будет равна половины ширины дома умноженное на тангенс угла наклона ската.
Выбор угла наклона ската вальмовой кровли
В проектировании крыши все параметры должны быть просчитаны и выверены. То же самое относится и к углу наклона ската. Здесь специалисты рекомендуют принять во внимание следующие факторы:
Как вычислить угол ската крыши и рассчитать ее монтаж - в первую очередь нужно учитывать погодные условия в вашем регионе. Если угол наклона небольшой, то на нем скопится много снега зимой, но при этом кровля не будет испытывать большие ветровые нагрузки. При большом угле все зеркально наоборот;
- также учитывается, и какой кровельный материал будет использоваться. Каждый производитель определяет свой минимальный угол наклона, при котором его продукция будет работать наиболее эффективно.
Самым оптимальным вариантом считается величина, лежащая в пределах от 20 до 45 градусов. При этом угол наклона основных скатов и вальмы может отличаться. Также наклон выбирается в зависимости от того, будет ли использоваться чердачное помещение. Чем круче кровля, тем меньше свободного пространства под ней останется.
Выбираем точки (шаг) установки стропилин
После определения угла наклона ската и высоты всей конструкции можно переходить к следующему этапу планирования. Самым важным элементом любой крыши являются стропила. Именно они будут выдерживать все нагрузки. Чтобы весь вес стропила выдержали, нужно правильно подобрать шаг их установки.
Как правильно подобрать шаг установки стропил Но тут многое будет зависеть от другого параметра, а именно от сечения используемых деревянных брусков или досок. Чем это значение больше, тем прочнее сами стропила. А это значит, что и устанавливать их можно реже.
Чтобы правильно подобрать сечение стропил, нужно учитывать следующие типы нагрузок:
- Переменные. Сюда специалисты включают нагрузки от выпавших осадков и давления ветра. Все эти данные можно узнать из специальных карт.
- Постоянные – это нагрузки от веса самих материалов кровли, а также всего оборудования установленного на крыше.
Лучше всего брать сечение с запасом, чтобы не было непредвиденных ситуаций. После того, как с данным параметром разобрались, можно определять и шаг стропил. Как правило, это значение лежит в пределах от 0,6 до 1,0 метра.
Для точного расчета сечения стропил и шага их установки, можно воспользоваться специальными программами или он-лайн калькуляторами. С их помощью можно более точно рассчитать все параметры будущей крыши, тем самым, избежать ошибок.
Определяем длину конька
Для определения этого параметра очень важно понимать, где именно должен находиться данный элемент. Конек в вальмовой крыши располагается строго по середине. Причем это относится как к продольной, так и к поперечной оси.
Как правило, расчет длины конька проводится в следующей последовательности:
- определяется ширина дома и эта величина делится пополам;
- полученное значение будет равно расстоянию, на котором будет начинаться и заканчиваться конек относительно блины строения;
- отсюда можно высчитать и сам искомый параметр. Длина конька равна длине всего дома (крыши) за минусом его ширины.
Такой расчет считается стандартным, но можно его и изменить. Самое главное – это соблюдение строго серединного расположения конька.
Рассчитываем количество необходимого материала
Очень важный вопрос, который нужно решить еще до начала строительства – это сколько потребуется вложить средств. Но решить его можно только высчитав расход материалов. Тут многое зависит от размеров самого дома. Сам расчет можно проводить в следующей последовательности:
Расчет площади вальмовой кровли - Вначале рассчитываем площадь кровли . Зная угол наклона и высоту расположения конька, сделать это будет несложно.
- Далее, можно узнать, сколько кровельного материала, гидроизоляции и утеплителя (если крыша будет теплой) вам понадобится.
- После этого, зная шаг установки стропил, высчитываем их количество.
- Также не стоит забывать и про дополнительные элементы. Если крыша большая, то вам обязательно понадобятся подпорки, растяжки, ригели и так далее.
Очень удобно для расчета использовать специальные программы. Некоторые их них не только высчитают, сколько и какого материала вам понадобится, но и помогут составить сам эскиз и чертеж стропильной системы и всей крыши. Но даже после этого лучше попросить проверить все расчеты вальмовой крыши , особенно схему, профессионалу. Вальмовая крыша довольно сложная конструкция и ошибиться при ее проектировании несложно. А ведь такие просчеты могут привести к серьезным последствиям при эксплуатации.
Вальмовая крыша очень практична и изящно смотрится. Но и усилий и затрат на неё уходит прилично. Её воздвижение своими руками возможно, но главное здесь обладать определёнными строительными инженерными навыками и чётко следовать расчётам и схемам .
Специфика крыши такого типа
Она является одним из типов четырёхскатной крыши . Вид сверху на дом с ней напоминает закрытый конверт. Два ската незначительной площади, имеющие формат треугольника специалисты наименовали «вальмовыми». Форма другой пары скатов – трапеция. Их размер больше.
Вальмовую кровлю образуют такие узлы (схема):
Конёк служит вершиной крыши. Это линия, образованная стропильными тандемами на участке их скрепления. Специфика конька – он проигрывает в длине перекрываемому строению.
Вальмы. Это скаты треугольной формы. Они позиционируются над торцевыми стенами и используются вместо фронтона. Их составляют диагональные и промежуточные стропила (ДС и ПС).
Скаты. Их форма- трапеция. Их начало получается от конька, а завершение – в свесе.
Рёбра. Это углы, получившиеся в зонах скрепления вальм и скатов. Количество вальм равно числу ДС. Их итоговое число – 4.
Водосточная сеть. Её составляющие: воронки, трубы и желоба. Она позволяет отводить ненужную жидкость с поверхности такой крыши в канализацию.
Важно! Вальмовая крыша не предусматривает создание в ней жилой мансарды. Причина: её два ската существенно уменьшают высоту потолка в подкровельной зоне.
Стропила и опоры
Отличия в монтаже сложной вальмовой крыши от двускатной заключаются в наличии большего числа составляющих. Они таковы (схема):
Коньковый прогон. Это специальный брус. На нём монтируются стропильные дуэты.
Диагональные стропила (ДС). Они составляют рёбра вальм. От завершения конька они следуют к угловым узлам мауэрлата, соединяясь с ним. По длине они превышают стандартные стропила. Материал для их создания должен обладать большим сечением. И таковым обычно становятся сдвоенные доски. Составляя чертежи, важно учитывать, что угол позиции таких стропил более пологий, чем у стандартных (промежуточных) стропил.
Стандартные или промежуточные стропила (ПС). Местом закрепления их верхушки служит коньковый прогон, а зона их окончания – мауэрлат.
Центральные стандартные стропила. Их обычно 6 штук. Они стыкуются с завершением конька и ДС. На эту стыковку уходит много сил. Здесь нужно абсолютная концентрация и соблюдение точных разметок.
Нарожники или ноги короткой длины. В верхней стороне не допускается их контакт с коньком. Место их соединения – диагональные стропила Чем ниже позиция нарожника, тем он короче.
Затяжка . Это перемычка из бруса. Она позиционируется между стандартным стропильным дуэтом.
Ригель. Это затяжка, устроенная в верхней зоне кровли, прямо под коньком.
Балки перекрытия. Это затяжки, монтируемые внизу, в основании стропил.
Стойка. Это брус вертикального положения. Он служит опорой коньку, распределяет массу кровли на несущие элементы. Если нужно сделать мансардную зону просторнее, стойки можно сосредоточить посередине стропил.
Подкос . Это опоры, закрепляемые в перпендикулярной позиции к стропилам. Они уберегают их от провисания. Подкос крайне необходим, если скаты крыши достигают в длину 4,5 – 5 м.
Шпренгель.
Это устройство для поддержки диагональных стропил. Шпренгель образуют две балки. Одна монтирует две части мауэрлата. Вторая с упором заходит в первую и так же в одно ДС.
Расчеты, чертежи, проекты
Перед созданием вальмовой крыши необходимо скрупулёзно рассчитать составляющие её конструкции. Как правильно это сделать? Перед расчётами создаётся схема перекрываемого здания со всеми параметрами. Затем, применяя несложные формулы на базисе теоремы Пифагора, можно вычислять:
Схема с параметрами:
- Значение высоты конька. Данные здесь таковы: h = b x tgα/2. Здесь b – это длина конструкции между стропилами с торцевой плоскости. А a – это угол позиции скатов.
- Длину стандартных стропил. Данные: e = b / 2 x cosα. Здесь b – та же длина, а – тот же угол, е – длина стандартных стропил.
- Площадь скатов. Данные: S = 2ea. Здесь S – общая площадь поверхности скатов, е – тот же параметр из п.2, а – длина между стропилами по длине строения.
Длина ДС:
Вальмовая крыша с параметрами:
Эти схемы помогают вычислить длину указанных стропил лишь с наличием данных о параметрах стандартных стропил.
Нужный шаг между стропильными тандемами тоже часто находят в справочниках, опираясь на породу и толщину рабочего материала (дерева) и длину скатов. Результаты расчётов отражаются в чертеже. По нему далее делаем разметку кровли.
Еще очень удобно произвести вышеуказанные расчеты на калькуляторе.
Монтаж мауэрлата
Мауэрлатом называют основу для установки крыши. Он нужен для распределения массы крыши по всем несущим элементам. Он обычно создаётся из деревянного бруса, причём применяется дерево твёрдых пород. Чем больше масса крыши и сложнее её конфигурация, тем больше получается сечение мауэрлата. Как правило, мастера задействуют сосновый брус с минимальными параметрами 15 х 15 см.
Установка мауэрлата проходит перед постройкой дома. Как сделать:
- Работа с брусом. Он отмеряется, отпиливается на нужную длину. В угловых участках мауэрлат крепится между собой методом «в лапу». Для выпиливания паза под крепёж делается разметка.
- На последней линии кладки создаётся досочная опалубка. Она заполняется вязким бетоном. В него внедряются металлические шпили для крепежа необходимого бруса.
- После затвердевания бетона между ним и мауэрлатом устраивается гидрозащитный слой. Здесь можно применить битумную мастику или рубероид.
- Следует обработка бруса защитными средствами. Нужны антисептики и антипирен мощного проникновения, а также влагозащитный лак.
- В мауэрлате размечаются и создаются дырочки под металлические шпили. Для разметки сгодится маркер. Для создания – дрель.
- Брус насаживается на эти шпили и мощно закрепляется болтами анкерного типа.
Стадии возведения
Здесь крайне необходимо следовать инструкции и технологии. Стадии работ таковы:
- Ставятся затяжки. Ими служат балки перекрытия. Их требуется хотя бы две. На них ставятся стойки. Специалисты поверх них устраивают дощатый настил. Так стропильная сеть возводится удобнее и безопаснее.
- Присоединение стоек к затяжкам. Стоек можно задействовать больше. Но излишняя масса для конструкции нужна лишь при особой надобности. Пока сеть не устойчива, стойки на некоторое время фиксируются вертикальными подкосами.
Схема
пошагово
:
Для создания вальмовой крыши обычно задействуется мягкая кровля. Ею легче покрывать скаты со сложной конфигурацией. Для такой кровли готовится сплошная обрешётка из пластов влагоустойчивой фанеры.
- Для фиксации кровельного материала на обрешётке применяется особый крепёж. Его состав: сталь-нержавейка с каучуковой шляпой. Метод позиционирования листов – внахлёст 10-15 см.Так создаётся оборона от попадания влаги. Чем круче скат, тем больше нужно следовать этому методу.
- После укладки кровли крыша утепляется изнутри. В ней можно создать окна, водосток и даже дымоход.
Для беседки
Вальмовая крыша – идеальный вариант для частных домов. Её грамотное создание невозможно без особых навыков, расчётов, трудолюбия и терпения.
Вальмовые крыши можно создавать и на более маленьких строениях, например – беседках. Но для такой крыши походят лишь беседки следующих типов:
- Квадратной формы. Здесь крыша составлена из четырёх скатов – треугольников одинаковых размеров. Они соединяются в одной точке. Конёк не создаётся. Схема:
- Прямоугольной формы. Крышу образуют два ската – трапеции и два ската – треугольника. Вверху – конёк. Он следует вдоль длинной плоскости прямоугольника. Фото:
Обязательные стройматериалы
Вальмовую крышу строим из следующих материалов:
- Деревянный брус. Походящие параметры: 10х10 см или 15х15 см. Из него формируется мауэрлат, а также вертикальные стойки и затяжки.
- Доски. Нужное сечение: 5х 5 см и 10х15 см. Из них образуются стропилы. Для диагональных стропил нужны доски большей длины и толщины. Поэтому популярен вариант со сдвоенными досками.
- . Необходимые размеры: 3х10 см или 4х10 см. На них монтируется обрешётка.
- Рейки. Параметры: 3х3. Они послужат контр-обрешёткой.
- Ветровая доска.
- Доска для карниза.
Все деревянные элементы необходимо обработать антисептиками, антипиренами.
Конструкция стропильной сети
Схема:
Создание вальмовой крыши для беседки также невозможно без стадии чертежей и расчётов. Рассчитываются:
- угол наклона скатов;
- высота конька;
- нагрузка (чтобы определиться с сечениями стропил).
На основе расчётных данных делается чертёж. В нём отражены параметры и взаимное расположение составляющих стропильной сети. У неё много аналогий со стропильной сетью для покрытия дома. Как видно из схемы, здесь практически такой же состав. Есть только некоторые нюансы:
- Опора и распределение массы крыши – это функция верхней обвязки.
- Шаг между стандартными стропилами , которые верхом опираются на коньковый прогон, а низом – на основу (мауэрлат), таков: 60 – 120 см.
- Нарожники , образующие скат, ставятся с шагом 60-80 см.
- Нет необходимости в опалубке и её бетонировании .
Стропильная система вальмовой крыши и эркера от Антона Вебера:
Стадии воздвижения вальмовой крыши на беседку
Беседка с вальмовой крышей возводится по следующим правилам:
- Усиливается верхняя обвязка беседочного каркаса. Здесь нужна доска. Можно действовать и в два слоя. Доски можно накладывать друг на друга внахлёст. Вдоль самой длинной стороны конструкции к обвязке монтируется балка-затяжка. Крепёж здесь – металлические уголки.
- От середины этой затяжки нужно отступать по полметра. На эту дистанцию ставятся две метровые стойки. Их вертикальность поддерживается временными подкосами. Их верхушки потом скрепляются коньковым прогоном.
- Установка стандартных стропил. При условии прогона в 1 м требуется монтировать пару стропил с каждой стороны, по краям прогона. Между ними получится тоже метровый интервал.
- Стелется обрешётка. Она должна быть сплошной. Она приколачивается на гвозди.
- Раскраивается кровельный материал. Он крепится оцинкованными крепежами (саморезами). Стыки покрываются герметиком.
Далее предложен пример грамотно устроенной вальмовой крыши на беседке:
Как создать проект
О создании проекта вальмовой крыши для бани в программе SketchUp рассказывает автор блога «Каркасная баня в деревне своими руками!»
Вальмовые крыши обладают многими достоинствами. Они красивы, надёжны при любых погодных нагрузках, четырёхсторонняя конструкция позволяет эффективно утеплить дом со стороны кровли. Некоторую сложность представляет устройство стропильной системы. С её схемами и расчётами мы разберёмся в этой статье.
Вальмовые крыши, называемые иногда голландскими и датскими, отличает добротность, надёжность и эффектный европейский дизайн. Стропильная основа таких крыш состоит из многих основных и усиливающих элементов, требующих прорисовок или трёхмерных чертежей, точных расчётов и исполнения.
Разновидности вальмовой крыши
К вальмовым крышам, кроме базовой классической конструкции, состоящей из двух трапецеидальных скатов и двух треугольных торцевых вальм, относятся и их разновидности:
- Полувальмовая двухскатная.
- Полувальмовая четырёхскатная.
- Шатровая.
- Вальмово-фронтонная.
Каждая разновидность имеет свою схему стропильной системы. Далее мы рассматриваем и рассчитываем классическую вальмовую крышу.
Схема и основные элементы
Для выполнения расчёта стропильной системы нужно ознакомиться с её базовой схемой, основными и вспомогательными элементами.
Основные элементы стропильной системы
К основным элементам относятся (см. рис. ниже):
- Мауэрлат. Представляет собой брус, зафиксированный по периметру наружных стен с отступом от внешнего края. Крепится к стене. Мауэрлат рассредотачивает нагрузку от давления стропил, связывает стропильную систему со стенами дома, является основой кровли.
- Конёк. Верхняя перекладина для скрепления стропил скатов крыши. Высота расположения конька находится в зависимости от угла наклона скатов. Придаёт системе жёсткость и прочность.
- Центральные стропила скатов. Осуществляют опору концов конька на боковые стороны мауэрлата. Таких элементов в системе 4 шт. — по 2 шт. на каждом скате.
- Центральные стропила вальм. Осуществляют опору концов конька на торцевые стороны мауэрлата. Таких элементов в системе 2 шт. — по 1 шт. на каждой вальме.
- Накосные ноги (диагональные, угловые стропила). Соединяют углы мауэрлата с торцами конька. Являются частью несущей конструкции. В стропильной системе их 4 шт.
- Промежуточные стропила скатов. Устанавливаются параллельно центральным стропилам ската между ними с одинаковым шагом, опираясь на боковую часть мауэрлата и брус конька. Если длина конька незначительна — могут не применяться.
- Укороченные стропила скатов. Устанавливаются параллельно центральным стропилам скатов и имеют переменную длину — чем ближе к углу, тем короче. Опираются на боковую часть мауэрлата и накосные ноги. Количество элементов зависит от шага монтажа.
- Укороченные стропила вальм или нарожники. Устанавливаются параллельно центральным стропилам вальм и имеют переменную длину — чем ближе к углу, тем короче. Опираются на торцевую часть мауэрлата и накосные ноги. Количество элементов зависит от шага монтажа.
Схема и основные элементы стропильной системы
Подробнее о креплении стропил к мауэрлату вы можете прочитать в нашей статье .
Вышеперечисленные элементы являются базовыми, основными. Прочие элементы предназначены для усиления основных и применяются в ответственных постройках, например, для жилых домов:
- Вертикальные стойки для подпора конькового бруса. Опираются на ригели (см. ниже), уложенные параллельно торцу дома или лежень, расположенный по продольной оси строения (если под ним — капитальная стена).
- Ригели или затяжки. Связывают попарно стропильные ноги скатов. Служат опорой стойкам и диагональным подкосам (см. ниже). Могут служить балками перекрытия, если они встроены в мауэрлат или установлены непосредственно в продольные стены дома. Если затяжки расположить ближе к коньку, они станут основой потолка чердачного помещения.
- Диагональные подкосы (раскосы). Применяют для увеличения жёсткости системы, если длина стропил более 4,5 м. Применение подкосов позволяет снизить сечение стропил, которые они усиливают.
- Шпренгель. Балка, устанавливаемая в углах мауэрлата. Служит для монтажа стойки, подпирающей и усиливающей накосную ногу.
- Ветровая балка. Служит для сопротивления деформации стропильных ног при порывистых, сильных ветрах. Крепится на стропила скатов изнутри, наискосок, с одной или обеих сторон — зависит от ветровой нагрузки в районе строительства.
- Кобылка. Элемент меньшего сечения, чем сами стропила. Удлиняет ногу стропил для организации свеса кровли в случае, когда единый элемент не получается из-за ограниченной длины пиломатериала или из соображений экономии.
Элементы усиления
Расчёт стропильной системы
Расчёт системы включает выбор угла наклона скатов и вальм и расчёт длин основных и вспомогательных её элементов.
Выбор угла наклона продольных и торцевых скатов
Выбор угла скатов и вальм колеблется в пределах 25-45° и зависит от желания иметь чердачное помещение, принятого кровельного материала , оценки статических (вес кровли) и динамических (ветровых, снеговых) нагрузок.
В шатровых крышах угол наклона вальм и скатов одинаковый. В вальмовых крышах также зачастую принимают одинаковые углы с точки зрения эстетики, но они могут отличаться, если именно такой является задумка архитектора.
Рекомендации по применению кровельных материалов
Для лучшего понимания алгоритма расчёта рассмотрим в качестве примера вальмовую крышу дома со сторонами 8 и 12 м, и высотой расположения конька — 2,5 м. Угол наклона скатов примем в 35°, а угол наклона вальм — 45°.
Расчёт основных стропильных элементов
Классическая вальмовая крыша представляет собой два ската в форме трапеций, соединённых в коньке, и две вальмы — торцевых ската в форме треугольников.
Для начала нужно вспомнить некоторые формулы из школьной программы алгебры. Это отношение длин сторон прямоугольного треугольника, выраженное через тригонометрическую функцию угла и теорема Пифагора.
Тригонометрические функции острого угла прямоугольного треугольника
Изобразим каркас стропильной системы в аксонометрическом виде:
Выполним расчёт основных элементов стропильной системы.
1. Рассчитаем длину центрального стропила вальм CD, которое является высотой равнобедренного треугольника (вальмы) и гипотенузой прямоугольного треугольника, высота которого равна высоте конька (CE = 2,5 м). Угол наклона вальмы α = 45°. Sin 45° = 0,71 (по таблице Брадиса).
Согласно тригонометрическому соотношению:
- СD = CE / sin α = 2,5 / 0,71 = 3,52 м
2. Определим длину конька K. Для этого из предыдущего треугольника найдём длину основания ED, воспользовавшись теоремой Пифагора:
Длина дома: BL = 12 м.
Длина конька:
- CF = 12 - 2,478 х 2 = 7,044 м
3. Длина угловых стропил CA также может быть получена из теоремы Пифагора для треугольника ACD. Половина ширины дома AD = 8 / 2 = 4 м, CD = 3,52 м:
4. Длина центральных стропил ската GF — гипотенуза треугольника, катетами которого являются высота конька H (CE) и половина ширины дома AD:
Промежуточные стропила скатов имеют ту же длину. Их количество зависит от шага и сечения брусьев и определяется по расчёту совокупной нагрузки, в том числе погодной.
Данные таблицы соответствуют атмосферным нагрузкам Московского региона
| 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 | 100х250 | 100х250 | — |
| 175 | 75х150 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 | 100х200 | 100х250 |
| 140 | 75х125 | 75х125 | 75х200 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 |
| 110 | 75х150 | 75х150 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 | 100х200 |
| 90 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 |
| 60 | 40х150 | 40х175 | 50х150 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 50х200 |
Сравним максимальное, среднее и минимальное сечение бруса при длине 4,717 м (смотрим значения для 5,0 м).
При сечении 100х250 мм шаг составит 215 см. При длине конька 7,044 м число промежуточных стропил составит: 7,044 / 2,15 = 3,28 отрезков. Округляем в большую сторону — до 4. Число промежуточных стропил одного ската — 3 шт.
- 0,1 · 0,25 · 4,717 · 3 · 2 = 0,708 м 3
При сечении 75х200 мм шаг составит 140 см. При длине конька 7,044 м, число промежуточных стропил составит: 7,044 / 1,4 = 5,03 отрезков. Число промежуточных стропил одного ската — 4 шт.
Объём пиломатериалов на оба ската:
- 0,075 · 0,2 · 4,717 · 4 · 2 = 0,566 м 3
При сечении 50х175 мм шаг составит 60 см. При длине конька 7,044 м число промежуточных стропил составит: 7,044 / 0,6 = 11,74 отрезков. Округляем в большую сторону — до 12. Число промежуточных стропил одного ската — 11 шт.
Объём пиломатериалов на оба ската:
- 0,05 · 0,175 · 4,717 · 11 · 2 = 0,908 м 3
Следовательно, для нашей геометрии оптимальным с точки зрения экономики вариантом будет сечение 75х200 мм при шаге 1,4 м.
5. Для расчёта длин укороченных стропил ската MN опять придётся вспомнить школьную программу, а именно правило подобия треугольников.
Подобие треугольников по трём сторонам
Большой треугольник, который нам нужно усилить укороченными стропилами, имеет известные размеры: GF = 4,717 м, ED = 2,478 м.
Если укороченные стропила будут установлены с тем же шагом, что и промежуточные, их количество составит в каждом углу по 1 шт.:
- 2,478 м / 1,4 м = 1,77 шт.
То есть образуется два отрезка с одним укороченным стропилом в середине. Маленький треугольник будет иметь катет, в 2 раза меньше ED:
- BN = 2,478 / 2 = 1,239 м
Составляем пропорцию подобных треугольников:
Исходя из этого соотношения:
При такой высоте сечение стропила принимаем по таблице — 75х125 мм. Общее количество укороченных стропил обоих скатов — 4 шт.
6. Определение длины укороченных стропил вальм (нарожников) выполняется так же из соотношения подобных треугольников. Так как длина центральных стропил вальм СD = 3,52 м, шаг между укороченными стропилами может быть больше. При AD = 4 м укороченных стропил с шагом в 2 м будет по одной с каждой стороны центрального стропила вальм:
- (2 · 3,52) / 4 = 1,76 м
При такой высоте сечение стропила принимаем 75х125 мм. Общее количество укороченных стропил обоих вальм — 4 шт.
Внимание! В наших расчётах мы не учитывали свес.
Расчёт площади кровельного покрытия
Этот расчёт сводится к определению площадей трапеции (ската) и треугольника (вальмы).
Выполним расчёт для нашего примера.
1. Площадь одной вальмы при CD = 3,52 м и AB = 8,0 м, с учётом свеса 0,5 м:
- S = ((3,52 + 0,5) · (8 + 2 · 0,5)) / 2 = 18,09 м 2
2. Площадь одного ската при BL = 12 м, CF = 7,044 м, ED = 2,478 м, с учетом свесов:
- S = (2,478 + 0,5) · ((12,0 + 2 · 0,5) + 7,044) / 2 = 29,85 м 2
Суммарная площадь кровельного покрытия:
- S Σ = (18,09 + 29,85) · 2 = 95,88 м 2
Совет! При покупке материала учитывайте раскрой и неизбежные потери. Материал, производимый элементами большой площади, для вальмовых крыш не самый оптимальный вариант.
Конструкции с висячими стропилами востребованы при возведении крыши с опорой только на наружные стены дома. Данный принцип строительства применим как для двухскатных, так и для вальмовых крыш.
Особенности конструкции вальмовой крыши
Расчет и строительство вальмовой крыши существенно сложнее возведения односкатных и двухскатных конструкций. Четырехскатная вальмовая крыша имеет два ската в форме трапеции, и два треугольных ската (вальма). Такая конфигурация позволяет противостоять высоким ветровым нагрузкам, надежно защитить строительные конструкции от внешних воздействий. Кроме того, получившееся просторное мансардное помещение может использоваться в качестве жилого (окна для естественного освещения монтируются на скатах кровли).
Четырехскатная крыша с коньковым прогоном может возводиться двумя способами: с наслонными или висячими стропилами. Использование наслонных позволяет сделать крышу более легкой, упрощает расчет и монтаж. Но в этом случае требуется, чтобы у строения имелась несущая средняя стена. Висячие стропила при строительстве вальмовой крыши могут применяться при небольшой ширине здания и отсутствии внутренних стен. Эксплуатационная нагрузка передается на наружные стены постройки.
Угол наклона скатов четырехскатной крыши с висячими стропилами должен составлять более 40°.
Висячие стропила крыши вальмового типа опираются либо на балки перекрытия, либо на мауэрлат. Проектирование стропильной системы требует точных расчетов и составления подробных чертежей с указанием принципов монтажа крепежных узлов. Для небольших зданий правильной геометрической формы расчеты можно выполнить самостоятельно, в других случаях рекомендуется обратиться к профессионалам, так как погрешности проекта станут причиной существенного снижения надежности крыши при эксплуатации.
На первом этапе расчетов необходимо выбрать угол наклона вальмовой крыши, что напрямую влияет на ее высоту. Для системы с висячими стропилами оптимальный угол наклона составляет 40 – 60° . Чем выше будет расположен конек, тем больше материала потребуется для возведения крыши. При этом высокая крыша – лучший вариант для регионов, для которых характерно большое количество осадков. Более пологая кровля имеет меньшую парусность и лучше противостоит ветровым нагрузкам.
При выборе угла наклона вальмовой крыши рекомендуется придерживаться правила «золотой середины» и исходить из эстетических соображений . Можно выбрать угол наклона скатов, и исходя из этого, рассчитать высоту расположения конька. Либо наоборот, определить желаемую высоту крыши, а затем вычислить угол ее наклона.
Выполняя расчет вальмовой крыши, требуется обеспечить правильное позиционирование конькового прогона. Он должен располагаться строго параллельно несущим боковым стенам, точно по центральной оси здания и равноудалено от торцевых стен. В противном случае центр тяжести крыши будет смещен, что приведет к неравномерному распределению нагрузки на стропильную конструкцию и несущие стены, что чревато деформацией и разрушением крыши.
Чертежи, подготовленные в рамках разработки проекта, должны содержать информацию о расположении, сечении, форме и размерах всех элементов стропильной системы. Учитывается их вид и конструктивные особенности, особенности крепления, ширина пролета, длина конька, высота крыши.
Стропильная система четырехскатной крыши
К основным элементам стропильной системы кровли вальмового типа можно отнести :
- мауэрлат/балки перекрытия (опора для стропильных ног);
- коньковый прогон (элемент, который вместе с накосными стропилами определяет конфигурацию крыши);
- рядовые боковые стропила (соединяют конек и несущие стены);
- диагональные (угловые, накосные) стропила (направлены от углов стен к коньку);
- центральное стропило вальма;
- нарожники (укороченные стропильные ноги, соединяющие накосные стропила с мауэрлатом);
- подкосы и стойки (применяются в качестве дополнительных опор);
- ригели (обеспечивают жесткую связь стропильных ног между собой попарно);
- шпренгель (выполняет функцию дополнительной опоры диагонального стропила).
При строительстве вальмовой крыши с применением висячих стропил коньковый прогон не устанавливается. Вместо этого монтируются центральные фермы – стропильные ноги, соединенные ригелями для жесткости. Стропильная система в центральной части будущей вальмовой крыши выполняется точно так же, как и при строительстве двухскатной. Стропильные фермы рекомендуется изготавливать на земле по заранее подготовленному шаблону, чтобы точно соблюсти все размеры. При монтаже ферм необходимо проверять вертикальность каждой конструкции. Важно, чтобы крайние стропильные фермы находились на одинаковом удалении от соответствующих торцевых стен здания: это обеспечит правильную геометрию и симметричность вальм .
После монтажа ряда из ферм в коньковой части получившейся системы (на обоих скатах) монтируются бруски или доски, связывающие фермы между собой. Затем к крайним фермам пристыковываются накосные стропила, опирающиеся на углы здания. На следующем этапе монтируется центральное стропило вальма (на каждом треугольном скате) и нарожники.
Стропильные фермы могут опираться на мауэрлат либо балки перекрытия. При разработке проекта следует учитывать, что во втором случае шаг укладки балок должен соответствовать шагу стропил. Если стропильная система предусматривает монтаж ферм на мауэрлат, то затяжки, расположенные в нижней части ферм, не только обеспечат жесткость конструкции, но и могут служить балками перекрытия.
Нижняя затяжка может применяться, если длина пролета не превышает 6 метров. Если висячие стропила монтируются в пролет от 6 до 7,5 метра, необходимо использование ригелей в верхней части. При длине пролета 7,5 – 9 метров верхнюю часть стропил следует связать с затяжкой с помощью бабки (стойки). Если длина пролета составляет от 9 до 10 метров, предыдущий вид конструкции следует усилить подкосами.
Перед тем, как приступить к монтажу стропильной системы, необходимо проверить геометрию стен постройки. Верхняя часть стен (мауэрлат, балки перекрытия) должны располагаться строго горизонтально.
Принципы изготовления и монтажа накосных стропил
Установка диагональных стропил – ключевой этап строительства вальмовой крыши. Важно обеспечить правильную геометрию конструкции, чтобы стропильная система равномерно распределяла эксплуатационные нагрузки кровли.
Диагональные стропила длиннее боковых, они опираются на углы коробки здания, а в верхней части соединяются с коньковым элементом крыши. На накосные, в свою очередь, опираются стропильные полуноги (укороченные) – нарожники. К накосным стропилам предъявляются повышенные требования по прочности, так как они несут повышенную нагрузку, выступая в качестве опорных элементов системы. Суммарная нагрузка на диагональные стропила вдвое больше, чем на обычные стропильные ноги. Нижняя часть накосных стропил упирается в мауэрлат или в уложенную на угол стены балку, либо опирается на них, в зависимости от принципа конструкции – распорной или безраспорной.
Накосные стропила могут изготавливаться из прочного клееного бруса необходимой длины. Но, чаще всего, применяются сдвоенные доски, срощенные с соблюдением определенных требований. Сращивание диагональной стропильной ноги позволяет :
- повысить сопротивляемость элемента нагрузкам за счет удвоенного сечения;
- изготовить неразрезную балку необходимой длины;
- унифицировать размеры деталей вальмовой крыши.
Унификация позволяет применять для изготовления диагональных элементов тот же материал, что и для стандартных стропильных ног – применение досок одного типоразмера упрощает конструктивные решения при проектировании и монтаже узлов стропильной системы .
Под диагональное стропило устанавливаются одна или две опоры. Доски по длине сращиваются таким образом, чтобы стыки располагались на расстоянии 0,15L от центра опоры. Соответственно, длина досок для изготовления накосных стропилин подбирается в зависимости от длины пролета и количества требуемых опор. В частности, если для вальмовой крыши требуется диагональное стропило длиной 10 метров, рекомендуется использовать доски длиной 7 и 3 метра, чтобы расположить стойку на расстоянии 1/4 длины пролета от верхнего конца стропилины. В этом случае конструкция будет способна выдержать расчетные нагрузки – под средней частью стропилины опоры ставить не рекомендуется .
В роли опоры под диагональное стропило выступает подкос или стойка, выполненная из бруса или спаренных досок. Угол установки принципиального значения не имеет, если подкос упирается в прочное железобетонное перекрытие (с укладкой гидроизоляционного слоя). Если стойка упирается в лежень, угол установки обычно составляет 35 – 45° к горизонтальной плоскости.
Дополнительные опоры устанавливаются по следующему принципу. Длина пролета до 7,5 метров требует использования одного подкоса. Если длина пролета составляет 7,5-9 метров, устанавливается опора в нижней части стропилины, либо монтируется шпренгельная ферма. При увеличении длины пролета устанавливается дополнительная опора. При недостаточно прочном перекрытии необходимо уложить дополнительную промежуточную балку для упора стоек .
Шпренгель – балка, пересекающая угол, образованный двумя стенами, примыкающими друг к другу. Шпренгельная ферма представляет собой конструкцию, в которой накосные стропилины подпираются опорами, которые лежат на шпренгелях. Вся система при этом усиливается двумя подкосами. Для изготовления шпренгельной фермы используется брус 100×150 мм для балок, 100×100 для стоек и 50×100 для подкосов.
Монтаж верхней части диагональных стропил
Верхний конец накосных стропил крепится к коньковой части крайней стропильной фермы при монтаже системы с висячими стропилами. Для этого может потребоваться использование шпренгеля или прибоины (короткой доски толщиной от 50 мм), к которой крепятся запиленные под необходимым углом концы диагональных стропил. Если прибоину расположить с отступом от конька, получится датская полувальмовая четырехскатная крыша. Для крепления накосных стропил в верхней части могут использоваться следующие виды крепежа :
- перфорированные пластины;
- гвозди;
- скрутка из проволоки-катанки;
- хомуты.
Нарожники к накосным стропилам крепятся методом врубки либо с устройством черепных брусков (второй вариант позволяет получить более жесткую конструкцию). Сечение брусков, которые нашиваются на стропило с обеих сторон, составляет 50×50 мм. Нарожники следует опирать на стропила со сдвигом, чтобы не образовывались стыки брусков в одной точке.
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.