Усиление стропильной системы
Для обеспечения прочности и долговечности вальмовой крыши недостаточно изготовить стропильную систему, ее необходимо еще и усилить.
Самыми распространенными способами усиления являются:
- Установка на углы крыши шпренгелей со стойкой, подпирающей диагональную опору. Если шпренгель расположен вдалеке от угла, лучше всего пристроить к нему шпренгельную ферму.
- Установка стоек, соединенных сверху брусом на перекрытие (железобетонное) или затяжку. Они выполняют функции подпорок и обеспечивают равномерное распределение нагрузки на дом.
- Использование сдвоенных балок вместо одного бруса при излишней длине диагональных стропил.
- Использование деревянных досок 40*40 или 50*50 мм для сооружения обрешетки.
Устройство стропильной системы вальмовой крыши
Коровин Сергей Дмитриевич
Магистр архитектуры, закончил Самарский Государственный Архитектурно-Строительный Университет. 11 лет опыта в сфере проектирования и строительства.
Кровля защищает здание от проникновения неблагоприятных атмосферных явлений в помещения. Чтобы гарантировать надежность и прочность кровельных конструкций, необходимо правильно подобрать тип крыши и знать все ее конструктивные элементы. Нагрузку от покрытия и снегового покрова берет на себя стропильная система. Чаще всего вальмовая крыша становится наиболее оптимальным вариантом. Но что она из себя представляет?
Вальмовая крыша
Важными в чертежах четырехскатной вальмовой крыши являются узлы соединений основных элементов конструкций:
- Крепление диагональных и рядовых стропил к мауэрлату;
- Соединение концов конька с балками;
- Крепление кобылки к стропильной ноге. При ее отсутствии – детализация на чертеже запила доски для соединения с мауэрлатом.
- Установка нарожников.
Следующим этапом в проектировании четырехскатной вальмовой крыши будет нанесение слуховых или мансардных окон, отверстий вентиляционных труб, дымоходов на чертеж. Эти проемы в каркасе обрамляют деревянными брусками. Кровля укладывается на «пирог» из теплоизоляции. На балки натягивается пароизоляционная пленка, поверх нее устанавливают крепление обрешетки. Укладывается утеплитель, а следом за ним – рейки контробрешетки. Завершающий этап зависит от кровельного материала.
Конструкция
На четырехскатную крышу здания помимо постоянной нагрузки от кровли, каркаса и утеплителя воздействует ветер и осадки. От максимального количества снега, выпадающего зимой в регионе строительства, зависят такие показатели:
- Тип кровельного материала, следовательно, и вид обрешетки;
- Размер сечения бруса;
- Количество поддерживающих элементов в конструкции.
Расчет постоянной нагрузки G на четырехскатную крышу производится путем сложения веса всех материалов в кровельном пироге на 1 кв.м. Полученное значение по СНИПу необходимо умножить на коэффициент 1,1 для запаса прочности.
Ветровая нагрузка рассчитывается по формуле: W=Wo×k×с,
где Wo – ветровое давление, которое можно взять из справочника для определенной местности;
k – коэффициент, учитывающий изменение по высоте ветрового давления;
с – коэффициент аэродинамический (принимаем равным 0,8).
Формула расчета снеговой нагрузки представляет собой значение из справочника для города постройки, умноженного на коэффициент, зависящий от уклона скатов. Дальнейший расчет покажет подходящее сечение балки для каркаса четырехскатной вальмовой крыши, а также необходимость укрепления конструкции дополнительной опорой.
Полученные нагрузки стоит сложить и умножить на грузовую площадь стропильной ноги. Чтобы узнать линейную распределенную нагрузку по длине балки, необходимо будет поделить полученное значение суммарной нагрузки на длину элемента.
Расчет площади скатов вальмовой крыши
Чтобы составить смету кровли, необходимо знать, сколько понадобится материала. Для этого «разбивают» четырехскатную крышу на плоские геометрические фигуры и вычисляют площадь каждой из них. Исходные данные берут из чертежей: высоту конька или углы наклона, расстояние между стеной и свесом, габариты здания.
Для простой шатровой четырехскатной крыши делают расчет площади одного равнобедренного треугольника и умножают полученное значение на 4. Следует учитывать, что посчитать площадь от конька до карниза на чертеже с точностью до кв.см – невозможно. Расчетами определяют приближенное количество материала.
В примере ниже чертеж и расчет четырехскатной шатровой крыши с длиной свеса крыши в 1 метр, углом уклона 50°для здания со стенами размерами 5,25м.
Этап ІІ. Заготовка конструктивных элементов
Итак, если вы взяли готовый чертеж крыши или набросали его сами и уверены в будущем качестве, самое время заготовить необходимые элементы стропильной системы. А для этого сначала разберемся с тем, как правильно они называются.
Итак, первое, о чем вам придется позаботиться перед тем, как построить четырехскатную крышу – это мауэрлат.
Это балка квадратного либо прямоугольного сечения, которую вы уложите на верхнюю часть стен по всему периметру дома. Она станет опорой для стропил, которые будут передавать на нее нагрузку, и именно эта доска распределит равномерно вес всей крыши на стены дома и фундамент. Идеальный вариант –использовать в качестве мауэрлата брус сечением 15 на 10 см.
Далее вы будете строить стропильные ноги– это основной элемент, который будет создавать собой уклон крыши. Стандартные стропила изготавливаются из доски 50 на 150 мм, а диагональные – 100 на 150 мм.
Понадобятся вам и затяжки, главная задача которых – препятствовать смещению стропильных ног в стороны. Сами затяжки вы будете фиксировать и соединять нижними концами, и для этого запасите доски параметром 50 на 150 метров.
А вот сверху и диагональные стропильные ноги, и стандартные стропила будут сходиться и закрепляться между собой в коньке. Для этого возьмите брус 150 на 100 мм.
Далее, по центру двух противоположных сторон должна быть поперечная балка – лежень, которая служит опорой для стоек, а они, в свою очередь, поддерживают коньковый прогон. Для этой цели подойдет брус с сечением 100 на 100 мм или 100 на 150 мм.
Откосыстанут подпоркой для стропил, который препятствует их сдвигу. Такие вы должны установить их под углом к стойке, для этого возьмите такой же материал, как на лежень.
Далее, важной деталью будет стойка– вертикальный элемент каркаса крыши. Она станет служить опорой для конька
Изготовьте ее из такого же материала, что и мауэрлат.
Не забывайте также о ветровой доске – это горизонтальный элемент, который связал между собой все нижние концы стропил. Вам нужно будет прибить ее к стропилам по внутреннему периметру кровли и таким способом подчеркнуть линию ската. Для этой цели подойдет доска 100 на 50 мм.
А вот для наружной стороны вам понадобится еще одна доска – кобылка, из такого же материала. Такое странное название это доска получила с тех времен, когда ее делали вырезной, в виде лошадиных морд.
А вот самые необычный и сложный элемент четырехскатной крыша – это шпренгель, который придает жесткости всей конструкции. Его главная задача – связать все горизонтальные и вертикальные элементов. Он тоже монтируется под углом, и изготавливается из бруса 100 на 100 мм:
И наконец, если речь идет именно о вальмовой крыше, то единственный элемент, который присутствует исключительно в вальмовых крышах, – это нарожники. Они представляют собой укороченные стропила, которые опираются на диагональной стропильную ногу. Их вы можете изготовить из доски 50 на 150 мм.
В жизни все эти элементы выглядят так:
Подумайте также об утеплителе, гидроизоляционной пленке и доборных кровельных элементах:
Конструкция вальмовой крыши
Вальмовые стропила
Стропильная система собирается из бруса разного сечения, 150х50мм, 150х100мм. Обработка, подготовка стропильного материала включает в себя грунтовку антисептическими средствами, антипиренами. Брус нужен сухой с максимальной остаточной влажностью 12-15%, ровный, без сучков. Предпочтение следует отдать брусу из хвойных пород, смоляные мешочки которых защищают от разбухания, проникновения влаги.
Вальмовая крыша отличается от всех других типов и видов крыш наличием большого количества элементов, в частности стропил разного назначения. Скелет вальмовой крыши схож со скелетом большого кита, где малые и большие кости, а так же костные связки между ними образуют длинную прочную конструкцию.
Помимо отмеченных выше стропил в стропильной системе есть так называемые ребра, устанавливаемые с разных сторон, в зависимости от конфигурации вальмовой крыши. Ребрами могут называть так же угловые стропила.
Короткие ноги стропил крепят не на конек, а на стропильную доску, углового расположения. Центральные стропила стыкуются в узлы конькового элемента, в который приходят с трех сторон. Промежуточные стропила соединяют конек и карниз. Особенность вальмовой крыши не только в большом количестве элементов
Важно правильно рассчитать угол наклона, шаг вальмовых стропил и прочие особенности стропильной системы
Правильный расчет угла наклона вальмовой крыши, а также её высоты зависит от веса кровельного материала и полной несущей нагрузки, в которую входит вес стропильной системы и природные нагрузки.
Ещё на этапе проектирования дома составляется схема вальмовой крыши, делается её чертеж, производится расчет стропильной системы вальмовой крыши. Проектирование конструкции вальмовой крыши происходит в такой последовательности:
- Выбирают высоту конька, от которой напрямую зависит угол скатов. Оптимальным вариантом считается одинаковый уклон основных и вальмовых скатов крыши, когда нагрузки распределяются равномерно, кровля распределяется естественнее, а визуальная оценка выше. Оптимальное значение угла вальмовых крыш 20° – 45°. В регионах с большой снеговой нагрузкой высоту конька следует делать максимально высокой, в местности с регулярными ветрами большой силы минимальной. Высота конька вальмовой крыши определяется так же необходимостью создания чердачного пространства. Если планируется устройство мансарды, поднимать конек следует выше.
- После определения высоты конька и производится расчет угла ската стропильной системы крыши вальмовой рановидности. Следует помнить, что увеличение угла усложняет конструкцию вальмовой крыши и увеличивает расход материала для кровли. Расчет угла производится так. Чтобы найти тангенс будущего значения угла, берется высота конька, умножается на цифру 2 и делится на длину ската (берется не ширина дома, а длина ската от верха до низа). Длина ската вальмовой крыши вычисляется с помощью Пифагора, то есть извлекается квадрат из суммы катетов. Катетами в данном случае являются высота конька и половина ширины основания вальмы. Здесь же следует не откладывая, найти длину накосных стропил, вычисляется она аналогичным способом.
- Расчет площади крыши, следующий этап. Общая площадь крыши это сумма площадей двух вальмовых сторон и двух основных. Знать площадь необходимо для того чтобы произвести расчет необходимого количества кровельного материала, площади обрешетки, матов или рулонов для утепления крыши, паро-гидроизоляционных материалов. При использовании листовой кровли будет большой отход до 30% .
Устройство стропильной системы вальмовой крыши лучше понять, осмотрев схему, наглядное пособие поможет понять нюансы и подробности монтажа, к примеру, для чего заранее делают разметочную рейку, лекала по которым затем пилят стропила.
Схема стропильной системы вальмовой крыши
Вальмовые четырехскатные кровли превосходят по сложности возведения обычные двускатные модели. Это объясняется сложностью точной стыковки всех четырех скатов под требуемым уклоном. Такие крыши имеют два больших ската в форме трапеции и два торцевых ската в форме треугольника. При формировании стропильной системы и возникают основные трудности устройства вальмовой крыши.
Проект дома с вальмовой крышей учитывает, что уклон скатов должен находиться в пределах от 10 до 60 градусов. На выбор угла наклона влияет количество атмосферных осадков, материал кровельного покрытия, а также то, будет ли использоваться подкровельное пространство под мансардное помещение. В регионах с большим количеством осадков уклон должен быть не менее 45 градусов.
Схемой вальмовой крыши должны быть предусмотрены форма сечения, размеры и точное расположение всех конструктивных элементов каркаса. Помимо этого, в чертежах стропильной системы вальмовой крыши отражается длина конькового прогона, высота крыши, угол наклона скатов, ширина пролетов, методы усиления конструкции и специфика крепления элементов.
Что такое вальма – Конструкция вальмовой крыши
Конструкция вальмовой крыши, представляет из себя, четырехскатную стропильную систему, в вершине которой, находится конек или просто точка соединения скатов. Такой тип конструкции, подходит для капитальных строений, имеющих большую, в виде квадрата или объемного прямоугольника, площадь. Главное условие, чтобы не было фронтонов и стены по всему периметру, были одинаковой высоты. Оптимальным значением угла наклона, имеет значение от 20° до 45°.
Основными частями конструкции, являются:
- 4 ската – образующую, прямоугольную или квадратную форму кровли;
- конек – самая верхняя часть крыши;
- карниз – нижняя часть кровельного сооружения.
Конструкция вальмовой крыши
Конструктивные элементы вальмовой крыши
Устройство стропильной системы вальмовой крыши, предполагает наличие следующих, конструктивных элементов кровельного сооружения здания:
Элементы вальмовой кровли
- Стропильные ноги – основные несущие стропила, которые имеются только у прямоугольных вальм. Это наклонные балки, опирающиеся одной стороной на мауэрлат, а другой на коньковый ригель.
- Нарожники – стропильные ноги, опирающиеся, обеими сторонами, на накосные ноги. В качестве нижней опоры, не редко, выступает мауэрлат. Эти конструктивные элементы, являются основными частями квадратной вальмовой кровли. При прямоугольной форме строения, как правило, используются совместно с обычными стропилами. Шаг и сечение, совпадают.
- Накосные ноги – это диагональные стропила, образующие торцовые скаты, которые, в нижней точке, опираются на угол стен строения. Обычно, имеют большее сечение, чем рядовые стропильные ноги. На эти стропила, опирают нарожники.
- Коньковый ригель – горизонтальная балка, находящаяся в центральной части сооружения. Как правило, отсутствует при квадратной форме строения. Он является, основной верхней опорой для наклонных балок.
- Мауэрлат – балка, монтируемая по обрезу стены, с внутренней стороны. Она обеспечивает нижнюю опору для стропил. Помимо, равномерно распределяет по стенам вертикальную составляющую нагрузки и воспринимает горизонтальную (распор). В брусовом или бревенчатом здание, мауэрлатом является верхний венец стеновой конструкции.
- Подкосы – это наклонные стойки, подпирающие стропила, накосные ноги или ригель. Промежуточные опоры, дают возможность, уменьшить сечение несущих элементов. Стропильная система вальмовой крыши, предполагает монтаж подкосов под углом 60° или 45°, относительно горизонтальной плоскости.
- Стойки – это вертикальные, промежуточные опоры.
- Шпренгели – горизонтальные балки, обеспечивающие опору под стойку, установленную для подпирания накосной ноги. Они диагонально укладываются в угол здания. Такое сооружение, позволяет переместить нагрузку на перпендикулярные стены. Как правило, такая конструкция используется, когда нет возможности установить стойку на перекрытие. К примеру, посередине железобетонной плиты, монтировать опорную стойку нельзя. Поскольку, плита выдерживает только определенную нагрузку, главной составляющей которой, является масса мебели, оборудования и людей.
- Схватка – горизонтальный элемент, стягивающий стропила, тем самым, не давая им разъезжаться. Может располагаться на уровне мауэрлата и выше.
- Обрешетка – доски или бруски небольшого сечения, укладываемые поверх, перпендикулярно стропилам. Является основанием для кровельного стройматериала. Вальмовая крыша своими руками, не редко, возводится с установкой разреженной обрешетки. То-беж, через одну доску. Но не везде подобное допустимо. В ответственных местах (ендовы, карнизы), обрешетка должна выполняться только сплошной.
- Контробрешетка – это бруски или доски небольшого сечения. В конструкции кровли, не всегда используются. Монтируются поверх стропильных ног, параллельно им, под обрешетку. Используется, как правило, для приподнятия основной обрешетки, над утеплителем между стропилами. Тем самым, обеспечивает необходимый вентиляционный зазор.
- Кобылки – доски, прикрепленные к нижней стороне стропил, которые обеспечивают необходимый вылет карниза.
Коньковый ригель вальмовой крыши
Обрешетка и контробрешетка вальмовой крыши
Узлы накосных (диагональных) стропил вальмовых крыш
Какие элементы отсутствуют в конструкции простой крыши
Некоторые из, представленных выше, элементов, как правило, отсутствуют в конструкции простой крыши, но являются обязательными для вальмы:
- Нарожники;
- накосные ноги;
- мауэрлат;
- обрешетка.
Конструкция сложных кровель
Существует масса вариантов сочленения фрагментов кровли разной конструкции, в том числе и вальмовых скатов. Например, выступающую часть здания – эркер покрывают вальмовой крышей.
Вальмовый каркас эркера:
Самые популярные виды строения крыш с включением элементов вальмовой кровли – это крыши:
- голландская;
- датская;
- шатровая.
Голландская
Кровли такого типа отличает наличие коротких вальм, низ которых находится гораздо выше свесов смежных скатов. Это позволяет на фасаде 2-го этажа дома размещать окна. На нижнем снимке представлен такой дом с голландской крышей.
Крыша – голландка:
Датская
Крыши такой конструкции получили большое распространение в странах Западной Европы. Они впервые появились в Дании. В России они стали появляться сравнительно недавно. Их особенностью является то, что благодаря фронтону, на мансарде можно установить обычные вертикальные окна.
Шатровая
Вальмовая шатровая крыша – это упрощённый вариант стандартной вальмовой кровли. Отсутствие трапециевидных скатов позволяет избавиться от лишних опорных и усиливающих элементов. Следует отметить то, что данный вариант крыши приемлем для тех домов, которые в плане имеют вид квадрата.
Каркас шатровой крыши:
Что представляет собой вальмовая крыша
Самая незамысловатая вальмовая крыша выполнена в виде каркаса с четырьмя скатами: двумя треугольными торцевыми, называемыми вальмами, и двумя фронтальными трапециевидными плоскостями. Все скаты укладываются от конькового элемента до карниза, при этом большей площадью и длиной ската обладает фронтальная поверхность.
Помимо стандартного исполнения, существуют полувальмовые кровли, применяемые, как правило, для создания дизайна в голландском стиле. Этот вариант предусматривает монтаж карнизов фронтальных скатов существенно ниже торцевых. Такую крышу целесообразно возводить при обустройстве мансардного помещения в качестве жилой площади.
Все четыре ската вальмовой крыши сходятся на коньковом брусе, который имеет меньшие размеры, чем на двухскатных кровлях
Монтаж вальмовой крыши осуществляется на основе сборки узлов и элементов, которые присутствуют и в конструкциях более сложных кровель.
Основной каркас конструкции собирается из следующих элементов:
- Для изготовления боковых стропил и промежуточных систем заготавливаются доски сечением 50×150 мм. При устройстве конструкции следует помнить, что крайние стропила должны иметь в вершине меньший угол, чем промежуточные.
- Установку коротких стропильных ног выполняют к угловому стропилу, а не к коньку, при этом их угол наклона должен быть таким же, как и у промежуточных деталей.
- Для коньковых элементов подбирают материал того же сечения, что и для стропил.
В каркасе вальмовой крыши принято выделять центральные и промежуточные стропила. Центральными называются элементы, стыковка которых выполняется на углах конькового бруса с трёх сторон. Промежуточные стропила находятся между центральными и соединяют конёк с мауэрлатом, образуя карниз.
Центральные стропила сходятся на коньковом элементе с трёх сторон
Дополнительными, но не менее важными при строительстве вальмовой крыши являются следующие факторы:
- Для поддержки конька в местах соединений двух стропильных деталей и коньковой балки обычно ставится стойка. Если под кровлей будут устраиваться жилые помещения, то стойки можно заменить подпорками, а в некоторых случаях вообще убрать.
- Для упрочнения конструкции стропил применяется затяжка, которая, как правило, одновременно является балкой перекрытия.
- Верхняя часть стен и промежуток подкровельного пространства надёжно защищается от попадания осадков благодаря увеличенному свесу за счёт монтажа к ногам стропил «кобылок».
- С ветреной стороны постройки к стропилам крепится ветровая балка, при необходимости её монтаж допускается на обоих скатах трапециевидной формы.
- Вальмовая кровля — единственная конструкция, которая оборудуется нарожником или короткой стропильной ногой, установленной к угловому стропилу.
- Мауэрлат, будучи необходимой деталью любой стропильной системы, в вальмовой кровле сооружается в виде бруска и крепится по периметру всего здания.
- Чтобы снять нагрузку, оказываемую на стены, и придать системе большую жёсткость, между двумя соседними элементами мауэрлата укрепляется диагональная перемычка — шпрендель.
- Угол наклона подкосов выбирается в зависимости от того, будет ли мансардное пространство оборудовано под жилплощадь.
- Диагональные стропила вместе с ребром могут монтироваться как с одного торца кровли, так и с двух её сторон, при этом выбор зависит от возводимой конструкции.
- Прогон — промежуток между точками крепления стропил к коньку, величина которого определяется от вида материала и того, какая нагрузка воздействует от снежных масс на дом в регионе строительства.
Особенности конструкции вальмовой крыши
висячая стропильная система вальмовой четырехскатной 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.
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.
общий вид вальмовой крыши
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.
название элементов вальмовой крыши
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.
Преимущества вальмовой крыши
Благодаря отсутствию вертикальных фронтонов вальмовая конструкция обладает меньшим сопротивлением ветровым нагрузкам. За счет наличия водостоков по всему периметру здания, стены меньше подвержены разрушению от воды и осадков.
В отличие от “палаточной” двухскатной кровли, конструкция вальмовой крыши более жесткая, прочная и не создает горизонтальных “распирающих” нагрузок на боковые стены дома.
3d проект дома с вальмовой крышей
За счет прочности конструкции появляется возможность обеспечить более длинные свесы кровли, что создает еще большую защиту стен и фундамента от потоков дождя. Вальмовая кровля, конструкция которой отличается повышенной сложностью, с точки зрения архитектуры – гораздо привлекательнее обычной двускатной.
