Конструкция стропильной системы вальмовой крыши

Конструкция вальмовой крыши

Как было отмечено выше, такой вид кровли представляет собой четыре ската, где каждый наклонен к дому. Таким образом конструкция получается обтекаемой, что обеспечивает ей хорошую защиту от ветровых нагрузок. Если в регионе преобладают частые и сильные ветра, то обустройство подобной крыши – оптимальный вариант.

К слову, данный вид кровли нередко встречается и в снежных районах, так как по ней легко скатываться снегу, что практически не нагружает несущие конструкции крыши.

Однако, если осадков будет слишком много, а крыша при этом выполнена с большим уклоном, велика вероятность, что снег сойдет лавиной. По этой причине, чтобы эксплуатация дома была безопасной, на крыше рекомендуется устанавливать снегозадержатели, регулирующие процесс спада снега.

По сравнению с обычной двухскатной крышей, вальмовая схожа с ней двумя длинными боковыми скатами, а отличается тем, что не предусматривает фронтонов. Они заменяются двумя наклонными треугольными плоскостями, которые «смотрят» на карниз.

Еще одна особенность крыши в том, что она предусматривает две вершины и, чтобы их соединить, необходимо укладывать конек.

Важно понимать, что на данный момент есть множество видов вальмовых крыш, где у каждой свои конструктивные отличия и особенности. Классический вариант – кровля спускается к карнизу

Под словом «вальма» понимается элемент крыши, выполненный в виде треугольника. И если на кровле вальма расположена только сверху, то крышу называют полувальмовой.

Отдельным видом вальмовых кровель считается «датская крыша». Ее особенность – наличие маленького фронтона с опорой на стропила в верхней трети крыши. Это дает возможность эффективно задействовать конструкцию, к примеру, если требуется установить окна или элементы вентиляции. Такие крыши, как правило, пользуются большим спросом в том случае, если владелец предусматривает наличие мансардного этажа.

Монтаж вальмовой кровли

Сборка стропильной системы такой крыши — довольно сложный процесс. Тем не менее в классической интерпретации процесс доступен для исполнения своими руками. Нужно сразу оговориться, что самостоятельная сборка не является препятствием для приглашения одного или двух помощников.

Монтаж вальмовой стропильной системы производится следующим образом:

1. Укладка и крепление мауэрлата. Под ним нужно проложить гидроизоляцию из рубероида поверх стены здания. По углам мауэрлата устанавливаются четыре укосины для усиления конструкции в продольном направлении.
2. Установка и временное крепление стоек. Их нужно поставить на лежень.

   Стойки монтируются на лежень и укрепляются временными подкосами до тех пор, пока не будут установлены все диагональные стропила

3. Закрепление коньковой балки поверх стоек.
4. Установка и крепление фронтальных стропил к мауэрлату и коньковой балке.
5. Монтаж диагональных стропил между коньковой балкой и углами мауэрлата — четыре штуки.

   Положение диагональных стропил окончательно устанавливает форму всех скатов

6. Установка нарожных балок между мауэрлатом и диагональными стропилами.
7. Установка шпренгелей между укосинами и диагональными стропилами.
8. Для зданий шириной до шести метров допускается изготовление затяжек между стропильными ногами при монтаже навесной системы. Эти элементы конструкции служат для компенсации распирающей нагрузки на мауэрлат со стороны стропильных ног.
9. Дополнительное укрепление стропильных ног стойками или укосинами в зависимости от размеров здания.

   Готовая стропильная система далее обивается обрешёткой, на которую монтируется кровельный пирог и финишное покрытие

При монтаже стропильной системы применяются различные виды дополнительных креплений. Их производят промышленным способом специально для различных узлов и соединений.

Элементы крепежа стропил позволяют обеспечить необходимую прочность и высокое качество монтажа

По окончании сборки стропильной системы формируется кровельный пирог и устанавливается финишное покрытие кровли выбранным материалом.

При выборе угла наклона вальмовой крыши обычно исходят из эстетических соображений, заботясь о внешнем виде здания. Можно сначала выбрать уклон скатов, а потом рассчитать высоту конька, а можно, наоборот, задаться положением конька и исходя из этого рассчитать угол между стропилами.

Видео: монтаж вальмовой кровли в одиночку

Повышенная трудоёмкость исполнения вальмой крыши многократно компенсируется её высокими прочностными характеристиками и завидным дизайном. Если внимательно разобраться с конструкцией и понять назначение каждой детали или узла, нет ничего невозможного для построения стропильной системы самостоятельно. Успехов вам!

Выполнение расчета и чертежа стропильной системы

Большинство специалистов рекомендуют перед выполнением работ по устройству вальмовой крыши обязательную разработку необходимой проектной документации. Это достаточно простая процедура для грамотного и квалифицированного проектировщика, особенно в том случае, когда проектирование выполняется при помощи различных специализированных программных комплексов.

Пример подробного расчета стропильной системы с использованием специальной программы приведен на видео:

Однако, достаточно часто, прежде всего, в целях экономии, часть расчетов или чертежей заказчики выполняются самостоятельно. Такой подход нельзя считать целесообразным, тем не менее, он продолжает применяться. В этом случае следует соблюдать несколько основных правил расчета элементов стропильной системы вальмовой крыши.

Основные правила, учитываемые при проектировании

При проектировании и последующем выполнении работ следует учитывать некоторые особенности вальмовой крыши:

• промежуточные стропила всегда имеют более крутой наклон, если сравнивать их с угловыми элементами;
• при выполнении чертежей конструкций стропильной системы следует учитывать, что конек и стропила изготавливаются из материала одинакового сечения;
• центральные стропила вальмов упираются как в коньковый брус, так и в обвязку;
• угловые, более короткие, стропила вальмов упираются только в угловые стропила.

Несмотря на кажущуюся простоту основных правил устройства вальмовой крыши, ее проектирование и составление чертежей – крайне сложный и трудозатратный процесс, который целесообразнее и правильнее доверить профессионалам.

Разметка расположения главных элементов – конькового бруса и стропил

Этот важный этап проектирования практически всегда можно выполнить самостоятельно. Для этого следует произвести ряд последовательных и несложных операций:

• определить и отметить центральную ось здания с обоих торцов на верхней части карниза. Таким будет будущее местоположение конька;
• обычной измерительной (иногда ее называют мерной) линейкой (один ее конец находится на линии конька, другой – на боковой стене) необходимо разметить места расположения обычных стропил;
• следующие этап – разметка длины свеса, когда измерительная линейка располагается одним концом за пределами стены;
• все описанные операции необходимо выполнить для всех стен строящегося здания.

После завершения определения мест конька и стропил, становятся более понятны очертания будущей вальмовой крыши.

Для того чтобы выполнить окончательный расчет, а затем и чертеж будущей конструкции, необходимо рассчитать основные параметры стропил, которые зависят от планируемого угла наклона кровли. Коэффициенты соотношений указанных величин приводятся в таблице.

Правила вычисления угла наклона

Важнейшим параметром, влияющим на всю конструкцию вальмовой крыши, в том числе и на стропильную систему, является уже упоминавшийся угол наклона крыши. На его величину оказывает влияние множество факторов, основными из которых являются:

• особенности района строительства, которые выражаются в уровне осадков и величине снеговой и ветровой нагрузки;
• тип и назначение чердачного помещения. Различные варианты – холодный чердак или мансарда – оказывают различную нагрузку на стропильную систему;
• материал покрытия кровли и т. д.

Учитывая множество факторов, выполнение расчета вручную практически нереально, либо требует серьезных профессиональных навыков и знаний. Однако существует достаточно большое количество вспомогательных программ, которые нетрудно найти в интернете на специализированных сайтах. Поставив имеющиеся данные в соответствующие окна программы, можно получить требуемую величину угла, которая может колебаться в пределах от 5 до 60 градусов.

После получения угла и других основных параметров, для составления чертежа достаточно перенести все имеющиеся данные на бумагу. Следует отметить, что все вышесказанное относилось к наиболее простому типу вальмовой крыши. В случае появления дополнительных элементов, например, эркера или подобных ему украшений здания, расчеты и проектирование усложняется.

Использование вспомогательной программы при выполнении чертежа вальмовой кровли показано на следующем видео:

https://youtube.com/watch?v=wqluVOEP9Lw

Устройство 4 скатной шатровой крыши на примере беседки

Для квадратной беседки 4,5*4,5 метра сделали шатровую крышу, покрытую мягкой черепицей. Угол уклона выбран «пол материал», с учетом снеговых и ветровых нагрузок — 30°. Так как сооружение небольшое, решено делать простую систему (на рисунке ниже). Расстояние между стропильными ногами получается 2,25 м. При длине стропил до 3,5 м нужна доска 40*200 мм. На обвязку использовали брус 90*140 мм.

Схема стропильной системы шатровой крыши для беседки

Собирали стропильную систему на земле, закрепили на опорных столбах, затем установили сплошной настил из ОСБ, после — покрыли гибкой черепицей.

Сначала собрали обвязку, которая будет крепиться к опорным столбам. Далее установили стропила, которые опираются на середину обвязки. Порядок действий тут такой: в середине ставим стойку, на вершине которой будут стыковаться стропильные ноги. В данном варианте эта стойка временная, нам нужна она только на время — пока не соединим первые четыре стропила в центе. В других случаях — для больших домов — эта стойка может оставаться.

Порядок сборки шатровой 4-х скатной крыши: собрали обвязку, к ней прикрепили срединные стропильные ноги

Берем доску нужного сечения, прислоняем к стойке в том месте, где будут они соединяться (зависит от нужного угла наклона). Отмечаем, как надо ее подрезать (вверху, в месте стыка и там, где она стыкуется с обвязкой). Отрезаем все лишнее, еще раз примеряем, корректируем при необходимости. Далее по этой заготовке делаем еще три такие же.

Теперь стропильную систему четырехскатной шатровой крыши можно начать собирать. Больше всего вопросов возникает насчет места соединения стропильных ног в центре. Оптимальный способ — надежный и не слишком сложный — взять кусок бруса подходящего сечения, сделать из него восьмиугольник — для стыковки восьми стропильных ног (четыре угловых и четыре центральных).

Размер граней — по сечению среза стропильных ног

Зафиксировав при помощи гвоздей все четыре центральных элемента стропильной системы, проделываем те же операции с угловыми стропилами: берем одну, примеряем, вырезаем, по сделанному шаблону делаем три копии, монтируем.

Стропильная система 4 скатной вальмовой крыши собрана

По тому же принципу делаем полуноги (укороченные стропила). При желании все соединения можно дополнительно усилить уголками или металлическими пластинами, тогда стропильная система четырехскатной крыши будет более надежной и можно будет не бояться даже в самые сильные снегопады.

Испытания прошли успешно

Собранную систему водружаем на стойки беседки, крепим гвоздями, уголками, закрепляем укосами. После этого можно монтировать обрешетку (в данном случае — сплошную) и настилать кровельный материал.

Mонтаж вальмовой крыши

Верхнюю обвязку кровли выполняют из бруса (фото справа), толщина которого должна составлять половину толщины конькового бруса. Затем замерную рейку прикладывают одним концом к заранее отмеченной линии, в то время как другой конец располагается вдоль боковой стены, и это позволяет получать место для установки промежуточного стропила.

Длину стропильного свеса рассчитывают очень просто. Сначала рейку устанавливают таким образом, чтобы один из ее концов располагался на внешнем контуре стены. Второй конец находится на образовавшемся свесе.

Потом замерную рейку переносят на боковую стену, на которой также производят разметку стропил. Аналогичные действия выполняют на всех других углах для получения мест расположения центральных стропил и торцов конька.

После определения точек расположения всех кровельных элементов в горизонтальном сечении данной конструкции выполнение расчета не будет представлять сложности. В этом случае надо использовать теорему Пифагора, которую применяют к прямоугольным треугольникам, образованным стропилами и нормалью от точки их прикрепления к полу помещения чердака – другими словами, высотой над мауэрлатом.

Применение замерной рейки

Замерная рейка – необходимый при монтаже вальмовой крыши самодельный измерительный прибор. Изготовить его можно из тонкой фанеры или планки толщиной не более 5 см.

Так как рейка должна быть довольно длинной, для ее изготовления не подходит толстая заготовка, поскольку в этом случае вес инструмента будет значительным и работать с рейкой станет неудобно.

По ходу работ все отмеряемые для установки деталей кровли замеры наносят на рейку, и поэтому рулетка будет нужна всего несколько раз. Одинаковые расстояния в дальнейшем откладываются уже при помощи рейки. Есть готовая таблица коэффициентов соотношения длины стропил и их расположения, которой следует руководствоваться при выполнении таких работ.

Величина длины ноги стропильного узла должна равняться произведению конкретного коэффициента на проекцию ноги. При знании этой формулы все операции выполняются значительно быстрее.

В качестве примера можно воспользоваться следующими расчетами:

для начала отмеряют величину горизонтальной проекции стропила, после чего по таблице выбирают необходимый угол наклона детали конструкции, который умножается на полученное при измерении значение;

после этого рассчитывают длину стропила от выборки на месте крепления до выборки на коньке;

затем вычисляют длину свеса, которая равняется произведению проекции (горизонтальной) этого элемента на поправочный коэффициент.

Можно воспользоваться также теоремой Пифагора: в ней длинами катетов являются горизонтальная и вертикальная проекции.

Накосные элементы (фото)

После завершения предыдущего этапа надо приступать к разметке положения угловых накосных элементов и промежуточных стропил.

С одной стороны стропила имеют косой срез, который позволяет надежно закрепить их к коньку. Брус же имеет двойной подрез, который предназначен для установки угловых элементов.

Расчет накосного стропила производится в два этапа. Сначала делают замер длины детали от угла здания, после чего при помощи теоремы Пифагора получают необходимое значение, которое следует умножить на поправочный коэффициент.

Некоторые особенности вальмовой крыши

При сравнении вальмовой и двухскатной крыши можно сразу заметить, что в устройстве вальмовой крыши отсутствуют вертикальные стенки фронтонов. Их заменяют треугольные скаты, располагающиеся с торцов. Благодаря этому визуальный и реальный объем крыши значительно уменьшается. С экономической стороны выгода от этого является спорным вопросом, так как при резке больших листов кровельного материала на вальмы происходит увеличение расходов.

Как и любое сооружение, вальмовая крыша условно делится на простые геометрические фигуры. Самый простой вариант имеет симметричные скаты: два в виде трапеции и два в форме треугольника. То есть вся конструкция состоит из четырех скатов, что послужило основанием для параллельного названия — четырехскатная крыша.

Боковой разрез вальмовой крыши имеет сходство с обычной двускатной крышей в форме треугольника. При визуальном осмотре в профиль можно увидеть трапецию, которая условно делится на прямоугольник с примыкающими по бокам развернутыми треугольниками. Форма трапеции определяется непосредственно застройщиком и зависит от отношения длины конька к длине карнизного свеса. Часть конструкции, которая имеет форму прямоугольника, возводится на основании кровельных стандартов по сооружению висячих и наслонных стропильных систем.

Вальмы, которые заменяют фронтоны, должны устанавливаться с определенным наклоном, так как конструкция предусматривает их соединение с наклонными сторонами трапеции. Именно устройство вальм является самым сложным этапом обустройства вальмовой стропильной системы. Тем, кто решит выполнить работу по аналогии с обычным скатным методом, можно сказать, что ничего из этого не выйдет. Все дело в том, что длина конькового прогона не соответствует длине ската, следовательно, стропильные ноги вальм в верхней части, а также примыкающие к ним треугольные части больших скатов, остаются без опоры.

В качестве опоры конструкцией предусмотрена установка особых накосных стропильных ног, которые соединяют коньковый брус и углы конструкции. Взгляд на вальмовую крышу сверху позволяет заметить, что накосные элементы представляют собой диагонали, по этой причине их второе название — диагональные. Кроме того конструкция вальмовой кровли подразумевает, что диагональ станет опорой для стропилин разной длины, установка которых выполняется под прямым углом к свесу. Эти разновеликие элементы называются нарожниками.

Таким образом, основными элементами вальмовой стропильной системы являются:

• Рядовые стропила вальмовой крыши, нижняя часть которых опирается на балки перекрытия или мауэрлат. В зависимости от типа опоры стропилины могут быть висячими или наслонными.
• Диагональные стропильные ноги, необходимые для соединения углов крыши и края конькового бруса. Такие элементы могут использоваться как для выпуклых углов вальмовой конструкции, так и при обустройстве вогнутых углов ендов.
• Нарожники — элементы, создающие плоскость вальмы и частей трапециевидных скатов, которые примыкают к диагональным стропилинам.

Особенности конструкции

Сегодня строители и архитекторы при возведении вальмовых крыш не ограничивают себя четырьмя скатами. Они создают и более сложные строения с коньками на разном уровне, ендовами и сторонами различной геометрии. Но у такой кровли есть несколько особенностей, характерных для всех ее разновидностей. У нее нет фронтонов, верх завершается коньком, боковые поверхности идут от карнизного свеса, а заканчиваются образованием ребер.

Основные элементы 

• Опора (мауэрлат) — длинный столб, укрепляемый по периметру внешней стены.
• Коньковый брус — перекладина, в которой сходятся боковые трапеции в верхней части строения. Ее кладут на стойки.
• Основные стропила: опираются на главный столб в периметре и поддерживают конек.
• Диагональные (накосные) стропила — части несущей системы, идущие к углам дома.
• Нарожники — небольшие перекладины, соединяющие мауэрлат и диагонали.
• Шпренгели — элементы, которые стоят на укосине и упираются в накосные стропила. Укосины соединяют две опоры по углам.
• Подкосы — подпорки, которые устанавливают по бокам здания, чтобы повысить сопротивляемость ветру. Проходят от центра опоры к диагоналям под прямым углом.

Расчет стропильной системы

Монтаж вальмовой стропильной системы должен начинаться с расчетов параметров конструкции и чертежа. Основной целью этого мероприятия является выбор правильных материалов, способных нести вес всех материалов, нагрузку ветра и осадков. Главные величины, которые необходимо узнать для построения вальмовой кровли, это угол скатов и высота конька крыши.

Расчет угла наклона скатов и высоты конька

Угол наклона стропильной системы крыши может находиться в пределах 20-60°. Однако, угол меньше 35° не позволит создать под кровлей помещение с достаточной высотой потолка. Поэтому наклон крыши в 20-35° подойдет для хозяйственных построек.

Крыши жилых домов целесообразно устраивать под углом 40-60°. Выбор конкретной величины зависит от погодных условий региона. При снежных зимах лучше выбрать более острую конструкцию – снег с ее скатов будет лучше сходить. При больших ветреных нагрузках кровлю лучше делать более пологой, для избежания ее переворачивания.

Чем больше угол наклона кровли, тем сложнее ее схема и больше расход материалов на ее возведение.

Вычисление угла наклона и высоты конька, которые находятся в прямой зависимости друг от друга, возможно двумя способами:

• Если угол наклона выбран заранее: высота конька вычисляется как величина тангенса угла умноженной на половину ширины кровли;
• При заданной высоте конькового бруса: угол наклона равен высоте коньке, умноженной на 2 и поделенной на ширину здания.

Длина стропил

Размеры всех типов стропил вычисляются с применением теоремы Пифагора: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов. Остается разобраться какие значения элементов стропильной системы в каждом конкретном случае будут катетами, а какие гипотенузой.

• Центральные стропила выполняют роль гипотенузы в треугольнике с катетами, равными высоте коньковой балки и половине ширины крыши. Промежуточные стропила, расположенные на трапециевидном скате, имеют такую же длину;
• Величина центральных вальмовых стропил зависит от расположения конька. Как правило, конек равноудален от всех трех стен;
• Для нахождения длины угловых стропильных ног необходимо выбрать треугольник, в котором данный элемент является гипотенузой, а катетами являются центральная вальмовая стропильная нога и половина размера кровли;
• Для вычисления длины укороченных стропил необходимо знать шаг стропил.

Расчет шага стропильной системы

Расстояние между стропилами зависит от ширины дома и планов на подкровельное пространство.

Чем длиннее стропильные ноги, тем короче и шаг.

При планировании теплой комнаты шаг системы будет зависеть от выбранного утеплителя, так как он поставляется в определенных размерах:

• Минеральная вата подразумевает расстояние в 58 см;
• Пенополистирол требует шага в 60 см;
• Полиуретановая пена может использоваться при любом шаге.

На выбор шага влияет и наличие мансардных окон: расстояние между стропилами должно быть на 5-6 см больше ширины оконного проема.

Выбор сечения стропил

В зависимости от полученных данных выбирается материал для стропил. В любом случае предпочтительнее выбрать доски и брусья из хвойных пород деревьев, с влажностью не больше 22% без сучков и трещин. Все деревянные элементы будущей кровли должны быть обработаны специальным антисептиком для защиты древесины от гнили и вредителей.

Сечение стропил находится в зависимости от расстояния между ними и длины пролетов. Приведем общие сведения, рассчитанные для шага в 90 см:

• Длина стропильной ноги менее 3 м – сечение 50*150 мм;
• Менее 4 м – 50*200 мм;
• Менее 5 м – 75*175 мм;
• Менее 6 м – 75*200 мм.

При увеличении шага данные значения будут увеличиваться. Все усиливающие элементы всегда берутся большего сечения. Угловые стропила изготавливаются сдвоенными, так как несут гораздо большую нагрузку, чем остальные.

Площадь кровли

Схема кровли при своем создании требует и учета площади кровли и веса кровельного материала. Площадь вальмовой конструкции складывается из площадей своих простых фигур (треугольник и трапеция). Для расчета площади последней удобнее разбить ее на составные части (квадрат или прямоугольник и примыкающие к нему треугольники).

Расчет площадей фигур происходит по простым геометрическим формулам: площадь треугольника как половина основания, умноженная на высоту фигуры, площадь прямоугольника как произведение его двух сторон. Так как ранее размеры всех элементов системы уже были найдены, этот шаг не вызовет никаких затруднений.

Данные о площади позволят купить необходимое количество кровельного материала (не забудьте прибавить к полученному числу 15% для запаса) и вес кровли. От последнего значения также будут зависеть сечения элементов стропильной конструкции.