Отличительная особенность вальмовой крыши
Конструкция крыши имеет своеобразную геометрическую конфигурацию, состоящую из двух элементов:
- обычные скаты (две плоскости), встречающиеся на любых других крышах;
- вальмы – указанные в предыдущем пункте скаты размещаются так, что не закрывают дом по всей длине, а оставшееся пространство заполняется двумя боковыми элементами специальной формы.
Другими словами, вальмовая крыша имеет четыре ската разного вида и четыре ребра – диагональные стропила. Также, известна полувальмовая крыша – разновидность вальмовой конструкции, имеющая более короткие скаты, не достигающие карниза.
Выбор уклона скатов крыши
Уклон скатов крыши задается безразмерной величиной, углом наклона или высотой конька.
Безразмерная величина. Не зависит от единицы измерения, обозначает отношение высоты ската к его длине.
В странах с английской системой мер для вычисления уклона принято использовать прямоугольный треугольник с основанием постоянной длины равной 12 размерным единицам и переменной высотой. Например, крыша с уклоном ската 6 к 12 на каждых 12 дюймах длины поднимается на высоту 6 дюймов, на каждых 12 футах — на 6 футов, на 12 ярдах — на 6 ярдов, на каждых 120 см — на 60 см.
В странах с метрической системой мер используется прямоугольный треугольник с основанием 10 размерных единиц. Например, скат крыши с уклоном 6 к 10 поднимается на 6 см на каждых 10 см длины, на 60 см на каждых 100 см, на 6 м на каждых 10 м. Обычно этот уклон приводят к базе, вычисляемой в метрах, то есть основание треугольника принимают равным 1 м. Тогда уклон 6 к 10 записывается как 0,6 к 1, означающее подъем крыши на 0,6 м (60 см) на каждый метр увеличения ее длины.
В градусах. У ручных циркульных пил есть градусная шкала настроек угла пиления доски. Для перехода от безразмерной величины уклона к градусам используются: специальные таблицы, транспортир или плотницкий треугольник Свенсона. Угол наклона ската крыши можно выбрать заранее или высчитать калькулятором.
Высотой конька. Уклон крыши можно задать без выбора системы мер (английской или метрической) и без выбора угла наклона. Если нужно под крышей иметь чердачное помещение определенной высоты, то и уклон крыши задают в соответствии с этим параметром. Калькулятор вычислит углы для установки их на циркульных пилах.
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.
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.
план раскладки стропил для четырехскатной крыши
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.
срощенные диагональные стропила
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.
крепление нарожников к стропилу
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.
Виды стропильных систем вальмовой крыши
Четырехскатная или вальмовая крыша даже на сегодняшний день в Европе встречается чаще, чем другие виды. Это легко объяснить тем, что такая конструкция надежна, долговечна и просто красиво выглядит. Её главное преимущество состоит в том, что сглаженность форм со всех четырех сторон позволяет крыше быть устойчивой ко всем видам атмосферного воздействия. А удачное распределение нагрузок, благодаря наличию диагональных стропил, создает высокую устойчивость всего каркаса к деформациям.
Среди недостатков стоит упомянуть сложность расчета, монтажа и то, что пространство под крышей будет ограничено четырьмя скатами, а при желании обустроить там комнату необходимо будет установить мансардные окна и вертикальные стены из гипсокартона.Сам стропильный вальмовый каркас – это конструкция из двух пар стропил, которые установлены по диагонали от конька до нарожников и шпренгелей, для которых они служат опорой:
Конструкция, в которой скаты занимают всё пространство крыши, называется вальмовая чётырехскатная.
А при установке стропил на вальмовую крышу с укороченными скатами торцов, получаем конструкцию, которая имеет ряд преимуществ и уже называется полувальмовой или голландской кровлей. Она дает возможность установить на торцах дома не мансардные, а стандартные фасадные окна, на которых не скапливается снег, на них не давят потоки дождя, да и по ощущениям вертикальные окна для многих более комфортны, чем “падающие”. Такая кровля обладает высокой ветроустойчивостью за счёт отсутствия острого выступа и более оригинальным внешним видом.Те же треугольные скаты, но с небольшим фронтоном у конька — это уже датская полувальмовая крыша. Её преимущество – естественное освещение в достаточном количестве без установки мансардных окон. Датская крыша еще более непривычна для российских широт, чем вальмовая, но на практике оказывается едва ли не самой практичной из всех похожих вариантов.А вот для домов с квадратным периметром подойдет шатровая крыша. В отличие от классической вальмовой кровли, у которой есть два торцевых ската треугольной формы и два боковых ската в форме трапеции, шатровая выглядит как четыре треугольника с равными сторонами, которые соединены в верхней точке. У такой кровли конструкция стропил еще более сложная. Стропильные ноги у шатровой конструкции длиннее рядовых балок, а между ними крепятся короткие стропила (нарожники).
Кроме четырехскатной вальмовой крыши, существуют и другие разновидности. Например, ломаная или мансардная вальмовая кровля. Монтаж её довольно сложен, но в результате получаем дополнительное пространство и видовую мансарду. Четырехскатную ломаную крышу можно увидеть в китайских пагодах, в традиционных японских и корейских сооружениях.
Кроме этих разновидностей стоит упомянуть многоскатную вальмовую крышу. Из названия понятно, что такая конструкция имеет больше четырех скатов. Строится она скорее из эстетических, а не практических соображений, поскольку расчет и монтаж такой конструкции довольно сложен, а количество отходов при возведении — велико.
Более подробно об этих видах — на видео:
Вальмовая крыша пошаговая инструкция. 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.
Затяжки укрепляют стропильную ферму и одновременно являются балками 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.
Мауэрлат закрепляется на верхнем торце несущих стен по всему периметру здания и служит для связи каркаса дома с кровельной системой
- 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.
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.
Стропильная система четырехскатной крыши вальмового типа
Стропильная система вальмовой крыши с наслонными стропилами
Стропильная система четырехскатной крыши: устройство вальмовой кровли
Диагональные стропила
Как спаривать стропила из досок
Если используются срощенные балки, диагональные стропила, как правило, страхуют установкой подкосов и/или шпренгелей (стоек).
Шпренгель — особая система, которая состоит из балки, опирающейся на две примыкающие наружные стены. На эту балку опирается стойка, подпертая с двух сторон укосами (укосы ставят при необходимости).
Шпренгельные балки поддерживают диагональные стропила
Шпренгельную ферму обычно не считают, а делают из тех же материалов, что и стропильную систему. Для самой балки 150*100 мм, стоек — 100*100 мм, для укосов — 50*100 мм. Это может быть брус подходящего сечения или срощенные балки.
Опирание накосной стропильной ноги
Диагональные строплиьные ноги верхним концом опираются на коньковый брус. Точное исполнение этого узла зависит от типа системы и количества прогонов.
Если прогон один, консоли делают длиннее подстропильной рамы на 10-15 см. Если такой выпуск слишком большой, его затем подрезают. Но делать короче не стоит — доращивать намного сложнее и дороже. В эту точку будут опираться накосные диагональные ноги.
Узел опирания диагональных стропильных ног с одним коньковым прогоном
Стропила подрезают под нужным углом, стыкуют на консоли. Крепят при помощи гвоздей. Усилить соединение можно при помощи металлических накладных пластин.
Если коньковых пролетов два (делают, если планируется жилое помещение мансардного типа), способ соединения зависит от материала, из которого делают стропила:
- Если используется срощенные доски, необходим шпренгель, который опирается на выносы коньковых прогонов. Диагональные стропила подрезаются и опираются на шпренгельную стойку.
- Если использован брус, в месте опирания устанавливается прибоина — кусок доски толщиной не менее 50 мм. Доску крепят при помощи гвоздей к двум прогонам, а к этой доске уже — стропильные ноги, которые будут образовывать вальма.
При наличии двух коньковых балок
Нижняя часть накосных стропильных ног подрезается горизонтально и крепится к мауэрлату или доске обвязки. Для большей надежности узла можно установить дополнительную косую балку и к ней зафиксировать угловую балку (на рисунке ниже).
Крепление накосного стропила к мауэрлату
Крепление — гвоздями с двух сторон, при необходимости можно дополнительно зафиксировать проволочными скрутками или хомутами.
Чтобы не считать размеры балок, можно воспользоваться таблицей
Как крепить нижние концы стропил
Скользящее крепление для стропил
Жесткое крепление может быть сделано по-разному — с вырезом под мауэрлат/обвязочную доску или с подшивным опорным бруском. Крепление обычно при помощи гвоздей, усиливать его можно металлическими пластинами и уголками.
Несколько вариантов крепления стропил к мауэрлату
