Особенности вальмовой крыши
Такой вариант кровли отличается от привычных одно- и двускатных наличием четырех скатов. При этом:
- традиционно термин подразумевает два ската трапецевидной и два – треугольной формы. Треугольные скаты именуются вальмами;
- треугольные скаты могут доходить от конька до карниза (нижней части кровли, примыкающей к стенам) или заканчиваться раньше. Второй вариант называется полувальмовой или голландской кровлей. Разновидностью такой конструкции считается расположение вальмы в виде трапеции не от конька до середины или трети высоты кровельной части, а от середины или нижней трети до карниза. В этом случае образуются небольшие фронтоны, используемые для устройства окон;
- если конек вальмовой крыши «схлопывается в точку», то есть все четыре ската имеют форму равнобедренных треугольников с общей вершиной, а сама кровля превращается в пирамиду с четырехугольных основанием, такая конструкция именуется шатровой;
- обычно скаты имеют одинаковый угол уклона, но при разном наклоне элементов возникает более сложная конфигурация, которую считают ломаной или мансардной;
- выделяют также конструкции с врезками и шпицами. В зависимости от формы основного (наиболее крупного) элемента, кровля может считаться вальмовой или многоскатной (шпицевой).
Чем больше элементов кровли, чем сильнее разница между отдельными частями и чем больше расчетов приходится проводить для правильного проектирования, тем реже непрофессиональные строители берутся за возведение вальмовой крыши своими руками. Однако сложные конфигурации смотрятся очень эффектно, особенно на здания сложной геометрии.
Стропильная система и мауэрлат
При правильном подходе мауэрлат закладывается еще на этапе строительства коробки дома, в остальных случаях его крепят перед монтажом стропильной системы.
В малоэтажных жилых домах его закладывают из обработанного антисептиками и антипиренами хорошо просушенного бруса из дуба, качественной осины, бука или хвойных пород с сечением не менее 100×150 мм.
Чем больше будет площадь и вес скатов, тем толще должен быть мауэрлат. Брус соединяется на углах «в лапу» и крепится на заранее заложенные в стенах толстые металлические шпильки, поверх обязательной гидроизоляционной прослойки из мастики или рубероида.
Количество отверстий для шпилек ограничено, выпилы в брусе для крепления других элементов делать запрещено. Этап крепления мауэрлата завершается его разметкой с помощью ярких маркеров или маяков, все размеры и совпадение противоположных элементов проверяется несколько раз.
Далее последовательно:
Стропильная система беседки с четырехскатной крышей
Будем отталкиваться от готового каркаса сооружения — квадратного или прямоугольного.
Обычно при строительстве устраивают шестиугольную стойку внутри конструкции, на которую опираются все стропила — диагональные и центральные. Иногда устанавливают стропила без шестиугольника, используя затяжки и подкосы.
Схема шатровой крыши
Фото беседки с шатровой крышей
Каркас вальмовой крыши немного сложнее и состоит из следующих частей:
Схема вальмовой крыши для беседки
Промежуточный вариант — полувальмовая кровля. Опорные доски служат границей между скатом и фронтоном. Уровень доски определяет уровень фронтона. Он обычно снабжается слуховым окном для проветривания или упрощения доступа. Применяется редко.
Вальмовые и полувальмовые скаты смотрятся особенно интересно на застекленных домиках. Они придают массивность и благородство всему домику.
Пошаговые этапы сборки:
Установка центральной фермы вальмовой крыши
Для кровли подойдут любые кровельные материалы, но наиболее выигрышно выглядят мягкая кровля или черепица из современных материалов.
Беседка с вальмовой крышей
Монтаж четырёхскатной крыши
Сборку стропильной системы необходимо выполнять в строго определённом порядке. Это необходимо для того, чтобы правильно установить и закрепить все конструктивные элементы кровли.
Для перераспределения нагрузки, которую оказывают на стены кровельная конструкция, ветер и осадки, на внешние стены укладывают мауэрлат. В индивидуальном строительстве для этих целей применяют брус сечением не менее 100х150 мм. Для крепления продольных балок конструкции используют анкерные шпильки. Их необходимо закладывать в верхние ряды кладки ещё на этапе возведения стен. Гидроизоляцию мауэрлата выполняют при помощи двух слоёв рубероида, который укладывают поверх несущих стен.
При необходимости установки вертикальных опор, на несущие простенки укладывают лежни. Для горизонтального выравнивания элементов стропильной системы используют деревянные подкладки. В дальнейшем это значительно упростит установку стоек и прогонов. Если капитальные перегородки планом здания не предусмотрены, то вертикальные опоры монтируют на балках перекрытий. Для этого их усиливают, сращивая две доски 50х200 мм или используя один брус 100х200 мм.
- Выставляют опорные стойки. Для их выравнивания пользуются отвесом или лазерным уровнем, после чего устанавливают временные подпорки. Для крепления вертикальной опоры к лежню или горизонтальной балке используют металлические уголки и пластины.
Поверх стоек укладывают прогоны. Традиционная вальмовая кровля нуждается в монтаже одного прогона, который, собственно, и образует конёк. Шатровые конструкции нуждаются в монтаже четырёх прогонов. Как и при монтаже стоек, крепление выполняют при помощи металлических уголков и саморезов.
Подготовка стропил. Боковые стропильные ноги простых четырёхскатных крыш монтируют точно так же, как и наслонные на двускатной кровле. Сначала следует сделать шаблон. Для этого со стороны крайней опоры к коньку прикладывают доску такой же ширины, как и стропила. Её толщина не должна превышать 25 мм — шаблон должен быть лёгким. На этой доске отмечают запил, необходимый для надёжной опоры и точного прилегания стропильной ноги к коньковому брусу, а также вырез, соответствующий месту стыкования с мауэрлатом. Отмеченные места выпиливают и далее используют для быстрой подготовки стропильных ног.
- Прикладывая изготовленный образец к прогонному брусу, необходимо проверить, нужна ли точная подгонка стропила. При наличии зазоров, запилы в стропиле выполняют с учётом поправок. После того, как все опорные ноги будут готовы, их выставляют с шагом 50–150 см и прикрепляют к мауэрлату и коньку. Для монтажа лучше всего подходят скобы, но можно брать и мощные металлические уголки.
Как уже говорилось, диагональные стропила изготавливают из срощенных досок или бруса увеличенного сечения. Для их монтажа также понадобится шаблон, который подготавливают в полном соответствии с описанным выше способом. Поскольку накосные стропила одной стороной примыкают к углу мауэрлата, а другой опираются на стойки, запил выполняется под углом 45° к плоскости.
В промежутках между накосными стропилами крепят нарожники. Их шаг соответствует расстоянию между стропилами, а точками опор выступают диагональные ноги и мауэрлат. Нагрузку, которую испытывают нарожники, не сравнить с тем весом, который приходится на стропила, поэтому первые можно сооружать из досок толщиной 30–50 мм. Для ускорения монтажа понадобится шаблон с запилами со стороны диагонального стропила и мауэрлата, но вырезы на половине нарожников необходимо сделать в зеркальном отображении.
Если есть необходимость, то к стропилам и нарожникам крепят кобылки. Концы стропильных элементов обрезают по шнуру.
- Укрепляют накосные и боковые стропила. В первом случае используют вертикальные шпренгели, а во втором — установленные под углом 45° подкосы. Их опирают на лежни или балки.
После того как стропильная система будет собрана, поверх неё устанавливают кровельный пирог.
Подготовка к работе
Перед началом сооружения шатровой крыши следует внимательно изучить всю имеющуюся информацию о строительстве такой кровли, подготовить все материалы и инструменты, предварительно сделав расчёты.
Расчёт материалов
Чтобы произвести расчёты, нужно обзавестись специальной рейкой для замеров. Её можно соорудить из фанеры шириной в пять сантиметров. Нам понадобятся такие параметры:
- длина и ширина строения;
- высота коньковой части.
Сами расчёты не так сложны, как могут показаться на первый взгляд:
- Суммарную длину балок мауэрлата вычисляют простым суммированием удвоенной длины и удвоенной ширины основания, если дом имеет прямоугольную форму. Если в основе строения квадрат, то его сторону просто умножают на 4.
- Размер центрального стропила находят, применяя теорему Пифагора. Центральное стропило есть не что иное, как гипотенуза прямоугольного треугольника, и её значение можно получить, извлекая квадратный корень из суммы квадратов двух величин (высоты коньковой части и половины стороны дома).
- Длину накосного стропила вычисляют аналогичным образом. Разница лишь в том, что стороны прямоугольного треугольника теперь — половина ширины дома и центральное стропило.
Все необходимые параметры шатровой кровли можно рассчитать, обратившись к одному из онлайн-калькуляторов, которые нетрудно найти в интернете.
Необходимые инструменты и материалы
Для монтажа шатровой кровли следует приготовить следующие инструменты:
- Болгарку.
- Пилу ручную и бензиновую.
- Электролобзик.
- Молоток.
- Рубанок.
- Электродрель.
Для строительства шатровой крыши рекомендуется использовать древесину только одной породы. Для крепления элементов кровли необходимы гвозди, дюбели, стальные скобы и саморезы. Следует позаботиться и о кровельном материале, выбор которого зависит от предпочтений застройщика и его материальных возможностей.
Инструкция по выбору и расчету стропильной системы
Возведение дома начинают с оформления проекта. Самостоятельная разработка чертежа невозможна без:
- изучения технологии строительства;
- расчета ферм.
Факторы, влияющие на выбор:
- угол наклона скатов;
- материал вальмовой кровли;
- вес «кровельного пирога»;
- ветровые и снеговые нагрузки;
- сейсмическая опасность;
- габаритные размеры коробки дома, наличие внутренних несущих перегородок, колонн;
- планирование организации мансардного помещения.
Уклон скатов определятся не только из эстетических соображений
Важно найти золотую середину между положительным визуальным восприятием и сохранением надежности, функциональности конструкции. Величина угла тесно взаимосвязана практически со всеми вышеуказанными факторами:
- Применение всех видов кровельных материалов ограничено диапазоном этого параметра.
- Чем меньше угол наклона, тем незначительнее воздействие ветровой нагрузки.
- Увеличение до 45-60° гарантирует самостоятельный сход осадков. Воздействие снежного покрова минимизируется.
- Уменьшая угол наклона, получаем снижение площади и веса всей системы. Падает расход тепловой энергии для прогрева чердачного пространства.
- Организация мансардного этажа маловероятна при малой величине наклона.
Виды стропильных ферм
1. Наслонная – конструкция вальмовой крыши выполняется с опорой на:
- внешние стены (мауэрлат);
- прогон (коньковый);
- на внутренние несущие перегородки, колонны внутри дома через лежень.
Распределение нагрузки происходит за счет установки дополнительных стоек под коньковый брус. Лежень разделяет давление по всей поверхности внутренней перегородки (колонны).
2. Висячая – применяется для строений с максимальным размером фундамента до 6
7 метров. Стропилы опираются на стены. Распределение нагрузки с помощью стоек, затяжки, ригеля, подкосов. Для вальмовых крыш такой вид редко используется.
Инструкция по расчету стропильной системы
Выполнение чертежа четырехскатной крыши невозможно без совершения математических расчетов.
1. Размер прогона – определяется исходя из габаритов дома. Стандартное решение: длина за минусом ширины. Середина конькового бруса расположена четко над пересечением диагоналей основания. Линия прогона параллельна фронтальным стенам.
2. Высота конька: Н = b х tgα. b – половина длины торцевых стен дома, α – уклон скатов. Числовое значение тангенса определяется по таблице Брадиса.
3. Размер центральных и промежуточных стропил ската: Lцтр.стр.ската = √( Н² + b²).
4. Длина центральной стропильной ноги вальмы: Lцтр.стр.вальм = √( Н² + b²). При нестандартном выборе размера конька величина b определяется как половина разницы длин дома и прогона.
5. Размер диагональных элементов: Lдгн.стр. = √ (Lцтр.стр.вальм² + b²).
6. Вычисление длин нарожников – используется свойство подобных треугольников. Если углы равны, по одной из сторон выполняется пропорция длин, то будет соблюдаться соотношение остальных составляющих фигуры: D = 3/4 C, значит: Lнар = Lцтр.стр.вальм х 3/4.
7. Расстояние между стропилами зависит от выбора:
- Размеров сечения, качества древесины. Чем слабее материал, тем меньше должен быть шаг.
- Наличия, вида теплоизоляционного слоя – определяется удобством монтажа утеплителя (60-120 см).
- Кровельного материала, его веса и геометрии. Чем больше общая масса, тем меньше шаг. Как и с теплоизоляцией, учитывают размеры листа.
Минимальный шаг между фермами – 60 см, максимальный – 2 метра.
8. Формирование и расчет свесов зависят от предпочтений жильцов и высоты дома. Минимальный размер для 1-этажного строения – 500 мм. Задача – защитить стены от атмосферных осадков.
Разновидности.
Вальмовая крыша может быть разной:
- ломаной (вид достаточно сложных конструкций, поэтому должна сооружаться только профессионалами, хотя, стоит признать, выглядит он достаточно презентабельно): скаты в ней разного размера и соединены между собой под разными углами;
- шатровой (такой вариант пригоден лишь для квадратных строений): все скаты в такой крыше одинаковы по длине и расходятся под одинаковым углом, начало которого идет с вершины крыши;
- полувальмовой: здесь вальмы закрывают только верхнюю часть ската (возвышаются лишь над частью фронтона), не доходя до низа;
- щипцовой (классической): с двумя скатами и фронтонами, на торцах скатов.
О последней, наиболее распространенном варианте, речь и пойдет далее.
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.
Калькулятор расчета стропильной системы вальмовой крыши
Он дает возможность получать технические данные конструкции с чертежом. Это очень важная информация для строителей.
Для начала надо ввести в калькулятор следующие данные:
- высота крыши от перекрытия до конька;
- длина и ширина строения;
- планируемый свес кровли на карнизе (софит);
- ширина и толщина стропильных ног;
- расстояние между стропилами;
- ширина и толщина материалов для обрешетки под кровельное покрытие;
- шаг обрешетки.
Каждый параметр имеет буквенное обозначение
Это стандартные данные для большинства калькуляторов расчета. Данные могут вводиться в сантиметрах или миллиметрах, инструкция по работе с калькулятором конкретизирует параметры подачи.
Для удобства внесения нужных значений имеется принципиальный схематический чертеж вальмовой крыши с буквенными обозначениями каждого размера. Он позволяет застройщикам сориентироваться и не допускать ошибок при вводе исходных данных. Кроме того, этот чертеж объясняет, в каком формате калькулятор выдает результаты вычислений.
Калькулятор дает схематический чертеж, на котором каждый элемент имеет свое обозначение
Без калькулятора застройщик вынужден был состоятельно рисовать эскиз конструкции, определять длину и способы запила каждого элемента. Возникала проблема с отходами, было трудно использовать отрезки различной длины, а их при строительстве вальмовой крыши очень много. Иногда приходилось выбрасывать дорогие пиломатериалы из-за непонимания алгоритма их дальнейшего использования.
Как сделать эскиз вальмовой крыши
Преимущества и недостатки четырехскатной крыши
Проектирование, замеры и подготовка материалов
В процессе подготовки к возведению своими руками кровельной конструкции для беседки, необходимо выполнить эскизы (чертежи) строения, на основании которых ведутся расчеты нагрузки на стропильную систему. При расчетах следует учитывать:
Устройство данного типа крыши предполагает использования стропил нескольких типов:
Крыша 4 скатная требует выполнения замеров, для чего используется мерная рейка длиной около 2-3 метров. Замеры проводятся своими руками в несколько этапов:
Замеры следует сделать для каждого угла четырехскатной крыши. Подробная схема стропильной системы и правильно выполненные замеры существенно упрощают монтажные работы.
Инструкция по строительству вальмовой крыши
Прежде чем осуществить монтаж стропильной системы вальмовой крыши, делают разметку. Её наносят следующим образом:
- На верхнем ряду обвязки по торцу постройки отмечают горизонтальную ось.
- Отсчитывают ½ от толщины конькового бруса. По этой метке определяют горизонтальную проекцию центрального стропила.
- Отмечается положение боковых стропил при помощи пропорционального распределения расстояний от намеченной линии по периметру стены.
- Подсчитывают длину свеса стропильной системы.
Когда все расчёты подготовлены, начинают строительство вальмовой крыши. Шаги по возведению кровли приведены ниже:
- Первый шаг – монтаж вертикальных стоек для поддержки конькового бруса (прогона). Стойки прикрепляются к центральной балке через систему укосов.
- Второй шаг – установка основных стропил. Их изготавливают одинаковыми по длине. При этом кровельный свес рассчитывают в пределах от 50 до 70 см.
- Третий шаг – устройство диагональных стропил, которые идут от конька к углам здания. Важный элемент в устройстве вальмовой крыши — это стык трёх элементов: вальмы, конька и диагональных стропил. Для усиления диагональных стропил используют ригели и стяжки.
- Четвёртый шаг – установка нарожников (коротких стропил) к угловым диагональным стропилам. Для данного элемента шаг установки такой же, как и для остальных стропил.
Пятый шаг – монтаж кровельного пирога. Он включает в себя:
-укладка утепления (при необходимости);
- Шестой шаг – установка реек под мансардные или слуховые окна, дымоходов и прочих технических отверстий.
- Седьмой шаг– укладка кровельного материала. Он может быть прикручен напрямую к рейкам обрешётки, например, при укладке металлочерепицы или с прослойкой OSB плит, если речь идёт о мягкой кровле.
Для усиления конструкции стропильной системы используют дополнительные элементы и конструктивные решения:
- Шпренгель. Это брус, установленный на стыке угла двух мауэрлатов. На шпренгель устанавливают стойку, подпирающую стропила на углу.
- Для лучшего крепления диагональных стропил их врубают в мауэрлат и коньковую доску.
- К центру диагональных стропил устанавливают специальные стойки, которые придают большую жёсткость конструкции.
Заключение
Сборка вальмовой крыши, даже если это беседка в саду или парке, требует скрупулезного выравнивания геометрии всех элементов. Без навыка правильно вырезать и выставить каждый элемент каркаса браться за подобную работу только своими руками, без помощи и советов специалиста, – дело бесперспективное. Все равно это приведет к ошибкам, которые обязательно проявятся в конструкции вальмовой крыши с течением некоторого времени.
Обсудить статью на форуме
Вальмовая крыша – это разновидность четырехскатной крыши, у которой два ската имеют трапецеидальную форму, а два других (торцовые) – треугольную (имеющие одноименное называние «вальмы»). Если торцовые скаты занимают всю площадь от конька до карниза – это вальмовая крыша, если не достают до карниза – полувальмовая.
Крыша дома выполняет двоякую функцию – с одной стороны, на неё возложена защита здания от внешнего воздействия, а с другой – она призвана украсить строение и придать ему индивидуальность.
Исторически сложилось, что в России отдавали предпочтение более простым одно-, двускатным крышам, европейцы же предпочитают четырехскатную или вальмовую крышу, которая обладает достоинствами и недостатками при определенных условиях.
