Система стропил для четырехскатной крыши
Завершающий конструкционный элемент здания должен не только надежно защитить от осадков, сохранить тепло, но и подчеркнуть архитектурные достоинства. Форма классифицируется по: углу наклона (плоские, скатные); наличию сводов, куполов; числу наружных и внутренних ребер; количеству плоскостей (скатов). Чем сложнее система, тем вероятнее, что для выполнения работ придется нанять строительную бригаду. Необходимо подобрать не самый простой вариант, но интересный с точки зрения дизайна. Четырехскатная крыша – идеальное решение.
- Вальмовая – состоит из двух треугольных скатов, упирающихся вершинами в окончания конька. Две другие плоскости – трапеции.
- Полувальмовая – отличается от первого исполнения тем, что часть наклонной поверхности занимает фронтон. Кровля по одной или двум плоскостям имеет укороченный вид. Испытывает меньшие ветровые и снеговые нагрузки. Еще один плюс – возможность установки на мансарде полноценных окон или балконов в области фронтонов.
- Шатровая – треугольные скаты сходятся в одной точке. Применение такого решение целесообразно для дома с одинаковыми размерами внешних стен.
Особенности четырехскатных крыш:
- Более равномерное распределение нагрузки на фундамент, по всему периметру.
- Сокращение объема чердачного пространства – уменьшение расхода тепла на обогрев, сложность организации мансардного помещения.
- Хорошее противостояние ветровым и снеговым нагрузкам.
- Более высокая жесткость конструкции за счет увеличения числа внешних ребер.
Нюансы четырехскатной крыши:
- В окончаниях конькового бруса сходятся центральные промежуточные и диагональные стропила. Организация узла довольно сложная.
- К угловым крепятся нарожные стропила.
- Необходимо выдерживать угол наклона элементов для создания плоскости под установку кровли.
- Уклон углового стропила всегда меньше, чем у центральных и промежуточных. Это самый длинный элемент.
- Опорой служат мауэрлат и коньковый прогон.
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.
Постройка вальмовой стропильной системы
Мауэрлат – брус или верхний венец, обвязка дома, к которым крепят стропила. Обеспечивает равномерность распределения нагрузки на внешние стены. Сечение: 10х10 см
15*15 см. Армопояс – бетонная армированная конструкция по верхнему периметру стен. Его задача – укрепить основание под мауэрлат, обеспечить надежную сцепку с кровлей.
Варианты установки мауэрлата:
- На армированный бетонный пояс с помощью закладных шпилек, анкеров.
- Анкерами в тело стены – кирпичные одноэтажные дома с незначительным уклоном вальмовой крыши.
- На последний венец деревянного сруба или верхнюю обвязку каркасного строения.
- Монтаж на шпильки, закладываемые в кирпичную кладку.
- Скобами, забиваемыми в деревянные вкладыши внутри кирпичной стены и тело мауэрлата.
- Проволокой из некаленой стали, закладываемой в момент возведения фасада.
- На шпильки, зафиксированные в стене химическим анкером – двухкомпонентным составом. Клей вводится в просверленные отверстия в кладке дома, высыхая, надежно удерживает элемент.
- Количество шпилек, скоб, анкеров должно быть больше или равным числу стропильных ног.
- Под брус укладывают рубероид или наносят на основание битумную мастику.
Руководство по монтажу:
- Разметка отверстий под шпильки, анкера осуществляют укладкой реек на крепежные элементы с последующим ударом по поверхности дерева. По насечкам выполняется просверливание. Брус одевают на шпильки, фиксируют с помощью шайбы и гайки.
- Соединение проволокой – концы пропускают поверх планок, делают скрутку.
- Схемы наращивания на длинных участках:
- Осуществляют укладку балок перекрытия либо на одном уровне с мауэрлатом, либо на брусок, закрепленный к стене. Шаг – 0,6-1 метр.
- Стяжка мауэрлата рейками, к которым в дальнейшем будут зафиксированы стойки под прогон.
- После завершения на поверхности мауэрлата делают разметку расстановки стропил.
Коньковый брус испытывает значительные нагрузки, устанавливается на стойки. От правильности работ зависит:
- Симметрия конструкции, равномерность распределения веса.
- Надежность четырехскатной кровли при максимальных ветровых и снеговых нагрузках.
Краткая инструкция по монтажу:
- Схема (висячая, навесная) зависит от наличия внутренних несущих перегородок. Крепление стоек может быть к стяжкам или перекрытиям.
- В домах с большими размерами конструкцию необходимо укрепить подкосами для обеспечения сопротивляемости нагрузкам.
- Материал для конька и опор выбирают одинакового сечения, не менее 100х100 мм.
- Перед работой тщательно замеряют и определяют центральную и крайние точки фиксации стоек. На их количество влияет длина прогона. Шаг – не более 1 метра.
Установка стропил своими руками
Существует два порядка работ:
- Сначала центральные стропила, затем – диагональные. Нарожники устанавливаются в последнюю очередь.
- Монтаж диагональных элементов, после этого – центральных.
Первый метод считается более простым. Второй позволяет на начальном этапе работ провести контроль симметричности.
Варианты крепления к мауэрлату:
- Жесткое – в стропилах выполняют запил, глубина которого – не более 1/3 ширины бруса. Углубления (седло) можно вырезать по шаблону.
- Скользящее – применяется для сооружений, дающих усадку. Для фиксации к мауэрлату используют специальный крепеж, плавающие опоры для стропил. При таком методе соединение ног над коньком выполняется шарнирным способом.
- Наслонное – окончание стропила опирается на мауэрлат. Свесы вальмовой крыши оформляются с помощью наращивания ног дополнительными рейками (кобылками) меньшего сечения. Этот метод позволяет сэкономить на материале.
Оформление конькового узла центральных, промежуточных противоположных стропил:
- Встык – соединение с распилом окончаний ног под углом. Выполняют сопряжение сечений. Крепеж узла производят гвоздями. Дополнительную фиксацию обеспечит металлическая пластина или деревянная накладка.
- Внахлест – стропила накладываются друг на друга боковыми поверхностями. Крепление – шарнирное (болт), гвозди.
- К коньковому брусу – стыковка сечения стропила с боковой поверхностью прогона.
Особенности монтажа диагональных ног:
- Размещение верхнего узла с упором среза накосного стропила в боковую поверхность центральных элементов системы.
- Для усиления диагональных ног, испытывающих наибольшую нагрузку, требуется установка шпренгельных ферм, стоек.
Монтаж нарожников к диагональной стропиле осуществляют подпилом и стыковкой с его боковой поверхностью, фиксация с помощью гвоздей.
По окончании работ необходимо выполнить проверку равенства углов наклона и длин противоположных стропил, соблюдения плоскости скатов и вальм.
Нюансы и возможные ошибки
1. Приобретая пиломатериалы, нужно убедиться, что:
- Влажность дерева не превышает 20 %. При высыхании доска меняют геометрию, что приведет к изменению длин, прямолинейности. Нарушение пропорций влечет протекание, снижение сопротивляемости ветровым и снеговым нагрузкам. Самое лучшее качество у древесины, заготовленной в зимний период в регионах с холодным климатом. Перед оформлением покупки обратитесь к продавцу с просьбой о замере влажности.
- В теле отсутствуют трещины, вросшие сучки, следы от жизнедеятельности насекомых.
- Приобретая клееный брус, убедитесь в порядочности продавца, изготовителя. Применение некачественной продукции приведет к нарушению прочности.
2. Элементы стропильной системы можно заказать на предприятиях со специализацией в строительстве и изготовлении домов под ключ.
3. Древесину перед началом монтажных работ обрабатывают антисептиками и антипиренами.
4. Длина приобретенной рейки иногда не соответствует расчетному размеру. Технология выполнения наращивания:
- Косой прируб с максимальной подгонкой сопрягаемых плоскостей. В сквозное отверстие болт или шпильку вставляют с натягом, без люфта; закручивают гайку.
- Внахлест более 100 см. Проводят с помощью гвоздей, болтов, шпилек в шахматном порядке.
- Встык по сечению – отпил под 90°. Место стыковки с противоположных сторон перекрывают накладками. Крепление – как в предыдущем способе.
5. Узлы дополнительно фиксируются металлическим крепежом: углы, пластины и другие. Каждый из этих элементов имеет отверстия под метизы. Целесообразно применять изделия с овальными прорезями, допускающими незначительные смещения сопрягаемых поверхностей. В процессе усадки, воздействия нагрузок может произойти разрыв жесткого соединения.
- Отсутствие расчета нагрузок, веса. Превышение допустимых показателей влечет разрушение фундамента, каркаса кровли. Необходимые вычисления можно выполнить самостоятельно или применив онлайн-калькуляторы. Привлечение специалистов – самое верное решение.
- Шаг превышает расчетное значение. Сэкономив на материалах, мастер приобретет множество проблем.
- Не выполняется контроль плоскости скатов и вальм с помощью шнура. Отклонения вызовут провисание кровли, нарушат герметичность и надежность крыши, вплоть до ее деформации.