Строительство четырёхскатных крыш, расчёты, материалы, технология возведения

В большом разнообразии видов крыш четырёхскатные конструкции занимают особое место. Они выделяются на фоне прочих решений особым стилем, имеют отличную ветровую защиту и хорошо выдерживают снеговую нагрузку. Как правило, подкровельное пространство четырёхскатной крыши является обитаемым, поэтому нужно уделить внимание расчёту стропильной системы, скатов и объёмов жилого пространства. Немаловажно выбрать вид кровельного покрытия и тип утепляющей прослойки, а также способ врезки скатных окон. Безопасные методы монтажа сложной четырёхскатной конструкции позволят сделать качественную и надёжную крышу, которая прослужит долгие годы.

Виды четырёхскатных крыш

К четырёхскатным крышам относятся шатровые, полувальмовые и вальмовые типы кровель. Они отличаются от двускатных отсутствием фронтонов и щипцов, а также конфигурацией скатов.

1. У шатровых или пирамидальных крыш скаты имеют форму равнобедренных треугольников, сходящихся вершинами в одной точке.
2. У вальмовых крыш имеется два треугольных (вальмы) и два трапециевидных ската.
3. Полувальмовые конструкции имеют срезанные фронтоны, обусловленные наличием жилого подкровельного пространства.

Фотогалерея: четырёхскатные крыши

Четырёхскатные крыши имеют высокую устойчивость к разнонаправленным ветровым нагрузкам и не накапливают снег. Как правило, чердачное помещение делается обитаемым, поэтому в скаты герметично врезаются окна различной конструкции. Шатровые и вальмовые крыши имеют меньший объём мансарды, чем двускатные ломаные, но обладают более выигрышным внешним видом. Поскольку четырёхскатная конструкция является сложной в обустройстве, необходимо произвести точные расчёты геометрических параметров и количества необходимых строительных материалов.

Расчёт четырёхскатной крыши

Расчёт крыши является очень важным процессом, от которого зависит прочность будущей четырёхскатной конструкции, экономия строительного материала и возможность организовать наибольший объём жилого подкровельного пространства. Четырёхскатная крыша подразумевает наличие прочно закреплённых на стенах дома брусов мауэрлата, горизонтальных затяжек и центрального прогона, на которые опирается несущая стропильная группа. Точные размеры конструктивных элементов позволят вычислить и заложить в проект оптимальный угол наклона скатов. Этот параметр зависит от следующих факторов:

• ветровой и снеговой нагрузки на плоскости скатов;
• выбранного кровельного покрытия;
• размеров здания;
• полезного объёма мансардного помещения.

Основываясь на перечисленных факторах, нужно выбрать оптимальный угол наклона скатов, который для средней полосы обычно находится в пределах от 40 до 60^о. Затем можно переходить к расчёту основных элементов, необходимых для монтажа стропильной системы и кровельного покрытия.

Расчёт высоты конька

Для расчёта высоты стропильной системы используется выбранный угол наклона скатов и ширина здания. В том случае когда высота конька не отражена в проекте, можно вычислить этот параметр экспериментальным путём с помощью мерного шнура, маякового вертикального бруса и строительного угломера.

Расчёт высоты конька производится с помощью формулы H = d ∙ tg α, где Н − высота конька, d − половина ширины здания, α − угол наклона ската. Стропильные ноги опираются на коньковый прогон и имеют карнизный свес, это необходимо учитывать для получения истинной высоты конька, чтобы избежать погрешности в вычислениях.

Расчёт длины ската

Длину ската нужно знать для определения параметров стропильной конструкции и подсчёта количества кровельного материала и утеплителя. Она также важна при выборе размера и количества мансардных окон. Когда известна ширина здания и высота конька, длину ската можно вычислить по формуле L =√h² + d², где L − длина ската, h − высота конька, d − половина ширины здания.

В случае когда известна высота конька и угол наклона, длина ската рассчитывается по формуле L_c = H_к / sin β, где L_с − длина ската, H_к − высота конька, β − угол наклона ската, а длина вальмы − по формуле L_в = H_к / sin α, где L_в − длина вальмы, H_к − высота конька, α − угол наклона вальмы.

К расчётной длине ската прибавляют размер карнизного свеса, чтобы правильно определить длину стропильных ног и площадь кровли.

Расчёт площади крыши

Площадь крыши нужно знать для расчёта количества кровельного материала, который приобретается с учётом раскроя и нахлёстов. Важна она и при определении необходимого количества диффузионной мембраны, утеплителя и пароизоляционной плёнки. Площадь скатов и вальм вычисляется по стандартным формулам для трапеции и треугольника:

• S_с = (a + b) ∙ h/2, где S_с − площадь ската, a и b − его основания, h − высота;
• S_в = a ∙ h/2, где S_в − площадь вальмы, a − её основание, h − высота.

Суммируя все полученные значения, получаем площадь кровли. Для шатровых конструкций высчитывается площадь треугольника и умножается на четыре.

Расчёт объёма подкровельного пространства

Расчёт общего объёма подкровельного пространства прикладного значения при строительстве не имеет. Но он может потребоваться в дальнейшем, при расчёте отопления и вентиляции. Вычисляется жилой объём утеплённой мансарды, включая лестничный пролёт. Помещение под четырёхскатными крышами ограничено потолком, крышей со скатными окнами и вертикальными стойками, по линии которых происходит утепление. После облицовки мансардного этажа можно посчитать жилой объём подкровельного пространства, которое условно разбивается на отдельные части с простым сечением в виде прямоугольника, треугольника или трапеции. Затем площадь рассчитываемой части умножается на её высоту по формуле: V = S ∙ H, где V − объём части помещения, S − его площадь, H − высота.

Объём прямоугольного параллелепипеда рассчитывается по формуле V = a ∙ b ∙ c, где V − объём параллелепипеда, a, b, c − его стороны. Для шатровой крыши применяется формула V = a² ∙ h / 3, где V − объём пирамиды, a − её сторона, h − высота. Далее все полученные значения складываются и получается общий объём мансардного помещения.

Расчёт пиломатериалов

Количество материала для возведения четырёхскатной крыши зависит от размеров здания, конструкции стропильной системы и длины скатов, поэтому можно рассмотреть лишь основные принципы расчёта пиломатериалов. Для того чтобы произвести максимально точный расчёт, необходимо знать устройство конструкции четырёхскатной крыши, а также наименование и назначение её элементов.

Крыша с четырьмя скатами состоит из следующих деталей:

1. Мауэрлат. Крепится к стенам дома по всему периметру и является опорой для стропильной группы. Для него выбирают брус сечением не менее, чем 150Х150 мм.
2. Затяжки. Прикрепляются к мауэрлату под прямым углом и служат опорой для вертикальных стоек нижней части стропил, обеспечивая карнизный вынос. Затяжки делают из доски сечением 50Х250 мм или бруса 100Х200 мм.
3. Коньковый прогон. Он опирается на вертикальные стойки (их делают из доски 50Х150 мм), изготавливается из бруса 50Х200 мм и служит верхней опорой для стропильных ног.
4. Центральные, промежуточные, боковые стропила и короткие нарожники. Являются элементами стропильной группы, которая обеспечивает нужный угол наклона скатов и прочность крыши. Для стропил используется пиломатериал сечением 50Х200 мм, а шаг их установки составляет 80–120 см.
5. Вспомогательные подкосы, вертикальные стойки и шпренгели. Изготавливаются из материала сечением 50Х150 мм и служат для дополнительного укрепления наиболее нагруженных элементов конструкции.
6. Обрешётка. Выполняется из доски сечением 25Х200 мм, укладываемой с шагом от 40 до 60 см. Для мягких кровельных материалов используется сплошная обрешётка из многослойной фанеры.

Расчёт древесины, необходимой для строительства, индивидуален для каждого дома, поэтому для выработки алгоритма правильного подсчёта мы дадим только несколько рекомендаций:

• мауэрлат необходимо надёжно крепить к стенам здания и изготавливать из цельного бруса;
• длину боковых и промежуточных стропил считают равной длине ската с учётом длины карнизного свеса;
• боковые коньки длиннее промежуточных стропил, их размер зависит от длины ската вальмы;
• для повышения прочности стропильные ноги связываются ригелями, которые затем служат потолком для мансардного помещения;
• для расчёта количества центральных и промежуточных стропил на скатах необходимо выбрать шаг их установки, который должен соответствовать количеству затяжек;
• нарожники на вальмах и скатах ставятся с шагом 80 см;
• вертикальные стойки между затяжками и стропилами выставляются по периметру жилой части подкровельного помещения, а их длина зависит от габаритов мансарды.
  

  Для того чтобы точно рассчитать необходимое количество пиломатериалов, необходимо иметь подробный план устройства стропильной системы со всеми размерами

Иногда возникает необходимость пересчёта линейных размеров материала в кубические метры, поэтому мы представляем таблицу, которая в этом поможет.

Таблица: количество пиломатериала разного сечения в 1 м³

Размер доски, мм	Количество в 1 м3 придлине 6 м, шт.	Объём одной единицыпри длине 6 м, м3
25Х100	66,6	0,015
25Х150	44,4	0,022
25Х200	33,3	0,03
50Х100	33,3	0,03
50Х150	22,2	0,045
50Х200	16,6	0,06
50Х250	13,3	0,075

Стандартный материал имеет длину не более 6 м, и его дальнейшее удлинение необходимо производить, надёжно укрепляя места стыка стойками и укосами. Если вы решили производить выбор и подсчёт пиломатериала самостоятельно, то во всех сомнительных ситуациях старайтесь советоваться со специалистами.

Древесина должна иметь влажность не более 22%, иначе при высыхании в смонтированном состоянии под нагрузкой может произойти коробление и растрескивание материала. Очень важно перед сборкой крыши пропитать антисептическим и противопожарным составом все деревянные детали и дать им высохнуть естественным путём.

Видео: каркас вальмовой крыши

Расчёт кровельных материалов

Для расчёта необходимого количества кровельного материала используется значение площади скатов. Трапециевидные и треугольные скаты имеют разную конфигурацию и рассчитываются в зависимости от размера листов покрытия. Кроме этого, при расчёте кровельного материала необходимо учитывать продольный и поперечный нахлёст. Для примера, стандартный лист металлочерепицы имеет ширину 1180 мм, технологическая канавка, которая не даёт проникать воде, обеспечивает нахлёст, равный 80 мм, следовательно, полезная ширина листа составляет 1100 мм. Продольный нахлёст листов равен 130 мм, и производители выпускают продукцию с учётом этого параметра. Длина и площадь стандартных листов металлочерепицы равны:

• 480 мм и 0,385 м²;
• 1180 мм и 1,155 м²;
• 2230 мм и 2,31 м²;
• 3630 мм и 3,85 м².

По этим значениям и рассчитывается расход металлочерепицы.

Размеры различных кровельных материалов могут отличаться друг от друга, кроме того, треугольная и трапециевидная форма скатов требует оптимального раскроя, поэтому можно использовать более точный метод подсчёта. Он основан на знании полезных размеров покрытия и на выполненном в масштабе чертеже с размерами и конфигурацией скатов.

Расчёт кровельного материала производится путём нанесения на чертёж условных листов покрытия с оптимальной длиной и полезной шириной. Достоинства этого метода заключаются в том, что можно вычислить количество листов разной длины на всю поверхность ската и заранее минимизировать потери на раскрой материала. Таким образом можно рассчитать количество кровельного покрытия на шатровую и полувальмовую крышу.

Расчёт необходимого количества шифера

Расчёт количества листов шифера зависит от выбора типа материала, поскольку он бывает шести-, семи- и восьмиволновым. Для подсчёта необходимо также знать угол наклона скатов, потому что от него зависит величина продольного и поперечного нахлёста. Она регламентируется сводом правил СП 17.13330.2011 и для скатов с уклоном более 25^о равна 300 мм в продольном и одной волне в поперечном направлении. Размеры восьмиволнового листа равны 1130Х1750 мм при шаге волны 150 мм, а полезная площадь составляет 1,57 м². Исходя из этих размеров можно рассчитать количество листов либо по известной площади скатов, либо по чертежу, выполненному в реальном масштабе. Для этого необходимо общую площадь скатов разделить на полезную площадь одного листа. Например, на скат в 36 м² потребуется 36 / 1,57 = 22,9 ≈ 23 листа.

Расчёт шифера нужно увязывать со схемой укладки листов потому, что это позволит снизить количество отходов, доходящих до 30% и неизбежных при сложной форме скатов. В случае использования более лёгкого еврошифера (ондулина) нужно учесть, что его габариты отличаются от шифера и равны 950Х2000 мм с шагом волны 95 мм и полезной площадью 1,6 м². Продольный нахлёст для ондулина должен быть равен 200 мм, а поперечный − одной волне. На небольших скатах разница в полезных площадях шифера и ондулина будет не так заметна, например, для рассматриваемого выше ската в 36 м² понадобятся те же 36 / 1,6 = 22,5 ≈ 23 листа ондулина. Но для крыш большого размера расчёты будут давать разные значения.

Шифер используется как кровельное покрытие уже более ста лет и при этом продолжает оставаться популярным, а с введением технологии окрашивания этот негорючий и долговечный материал заиграл новыми красками.

Расчёт карнизного свеса и водосточной системы

При строительстве четырёхскатных крыш важное значение имеет система водоотвода. Стены дома и фундаментная отмостка защищается карнизом, расчёт которого основан на интенсивности осадков и ширине отмостки. По рекомендациям СП 17.13330.2011 при необорудованном водосточной системой карнизе его вынос должен быть не менее 600 мм. По СНиП 2.02.01 83 ширина отмостки должна находиться в пределах от 0,7 до 1,2 м для разных грунтов, поэтому карнизный свес должен быть не менее 700 мм. Карниз обеспечивает не только защиту стен, но и вентиляцию подкровельного пространства, отвод конденсата и основание для крепления водосточной системы. Рассчитать карниз и материалы на его подшивку можно, основываясь на его конструкции.

Карнизный свес обустраивается по всему периметру здания, поэтому расчёт материалов производится по суммарной длине свесов всех скатов крыши. В конструкцию карниза входят следующие элементы:

• лобовая доска 30Х250 мм, которая крепится на вертикально обрезанные стропила;
• бруски первой обрешётки сечением 40Х100 мм и бруски для обшивки размером 40Х50 мм;
• металлические капельники для отвода конденсата и карнизные планки;
• перфорированные софиты шириной 650 мм, J-профили и F-фаски;
• кронштейны водосточной системы.

Расчёт водосточной системы четырёхскатной крыши производится по длине лобовой доски на карнизе каждого ската. По углам здания водосток можно объединить, но диаметр воронки и вертикальной трубы должен быть увеличен.

Подсчёт количества элементов водосточной системы следует производить по следующему принципу:

• кронштейны для крепления желобов необходимо крепить с уклоном от 2 до 5^о и не реже, чем через 60 см. Для определения их количества длину лобовой доски нужно разделить на выбранный шаг и округлить результат в большую сторону. Так, при длине ската (и лобовой доски) 8 м и шаге 0,6 м потребуется 8 / 0,6 = 13,3 ≈ 14 шт.;
• длину желобов требуется рассчитывать по периметру с учётом соединительных муфт, заглушек и угловых элементов. Поскольку стандартная длина жёлоба обычно равна 2 м, то их число определяется по формуле N = P / 2, где N − число желобов, P − периметр здания;
• воронки надо устанавливать через каждые 10 м;
• длину водосточных труб следует рассчитывать по высоте здания и с учётом поворотных элементов так, чтобы нижний обрез выходил за границы отмостки. Количество водосточных труб вычисляется как частное от деления высоты здания на длину стандартного отрезка трубы, которое у большинства производителей составляет 1 или 1,5 м.

Размеры желобов и труб зависят от обслуживаемой ими площади водосбора:

• при площади от 70 до 120 м² требуются желоба шириной 125 мм и трубы диаметром 90 мм;
• для участков кровель площадью 120–160 м² нужны трубы диаметром 100 мм и желоба 150 мм;
• для больших площадей водосбора устанавливают трубы диаметром 125 мм и желоба размером 200 мм.

Размеры комплектующих изделий могут отличаться в зависимости от материала (металл или пластик), поэтому параметры следует уточнять у поставщика перед покупкой.

Видео: калькулятор шатровой крыши

Материалы, применяемые при устройстве четырёхскатной крыши

Для четырёхскатных кровель в основном применяются те же материалы, что и для обычных двускатных или ломаных конструкций. Но в некоторых случаях особенности устройства вальмовых элементов налагают определённые ограничения на использование того или иного покрытия.

Кровельный пирог четырёхскатной крыши

Каждый слой кровельного пирога выполняет строго определённую функцию и обеспечивает сохранность стропильной группы. Кровельный материал защищает крышу от атмосферных воздействий и монтируется на обрешётку, но на металлической кровле образуется конденсат. Для его отвода используется диффузионная мембрана или гидроизоляционная плёнка. Вентиляционный зазор между кровельным материалом и плёнкой создаёт контробрешётка.

Между брусьями стропил укладывается слой утеплителя, обеспечивающий комфортную температуру в жилой зоне. Для того чтобы утеплитель не намокал и не слёживался, его изолируют от нижних помещений пароизоляционной плёнкой. Она защищает стропила и теплоизолятор от частиц влаги, находящейся в воздухе. Затем на стропила монтируется внутренняя обрешётка, а на неё крепится отделочный материал мансардного помещения.

Видео: утепление мансарды, кровельный пирог

Варианты кровельного покрытия для четырёхскатной крыши

Выбор варианта кровельного покрытия для скатной крыши зависит от предпочтений хозяина, но не все материалы подходят для кровель с большим углом наклона. Дело в том, что рулонные материалы под воздействием солнечных лучей становятся пластичными, а это ведёт к нарушению целостности кровельного покрытия. Четырёхскатные крыши относятся большей частью к крутосклонным конструкциям, поэтому на них можно использовать те материалы, которые производитель рекомендует монтировать при крутизне ската более 30^о.

К ним относятся любые виды черепицы, металлические листовые покрытия, шифер и ондулин. Высокая прочность и долговечность этих материалов позволяет выдерживать перепады температур, большую снеговую и ветровую нагрузку без критических деформаций.

Доборные элементы для четырёхскатной крыши

Элементы кровли, позволяющие закрывать стыки и примыкания кровельных материалов, а также предназначенные для обслуживания крыши, называются доборами. Для разных видов кровельного покрытия существует определённый набор доборных элементов, хотя имеются и универсальные детали, которым относятся фартуки для врезки аэраторов, лестницы и трапы, а также комплекты для установки скатных окон.

Основные доборные элементы необходимо классифицировать по местоположению на крыше, поэтому различают:

1. Коньковые доборы на стыке скатов и стыке ската и вальмы, к которым можно отнести коньковые планки различной конфигурации и заглушки.
2. Торцевые доборные узлы, состоящие из ветровых и карнизных планок, а также капельников.
3. Узлы примыкания, среди которых чаще всего используют планки внутреннего и наружного угла.
4. Дымники, применяющиеся для защиты печных и вентиляционных труб.

Иногда для сложных случаев в качестве доборов используется окрашенный плоский лист. Боковые размеры планок могут различаться для разных видов покрытия, но стандартная их длина составляет 2 м.

Стропильная система, устройство и пошаговый монтаж вальмовой крыши

Вальмовая крыша состоит из четырёх скатов, основой которых является стропильная система. Стропила в верхней части опираются на прогон и попарно образуют конёк. В нижней части стропильные ноги опираются на затяжку и образуют карнизный свес. На коньковый прогон опираются диагональные стропила, связывающие угол здания с коньком и образующие плоскость вальмового ската. Диагональные стропила, усиленные шпренгелями и подкосами, служат опорой укороченным стропилам или нарожникам. Крыша опирается на мауэрлат, закреплённый на стенах по периметру здания. Устройство стропильной системы обеспечивает прочность всей конструкции благодаря жёстким треугольным связям между составными элементами.

Техника безопасности при устройстве четырёхскатной крыши

Строительные работы по монтажу стропильной системы и кровли происходят на большой высоте, поэтому площадку необходимо оборудовать надёжными лесами и страховочными верёвками диаметром не менее 16 мм, а рабочих обеспечить страховочными поясами. На земле следует оградить место работ во избежание падения на людей тяжёлых предметов, а на скатах − поставить переносное ограждение высотой не менее одного метра. Следует прекратить работы в случае дождя, снегопада, тумана и при обледенении крыши. В тёмное время суток необходимо организовать освещение. Требования техники безопасности изложены в типовых инструкциях по охране труда при кровельных работах, а также регламентируются СНиП 12–03 2001 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования».

Для кровельных работ необходимо выполнять следующие правила:

• допускаются к работе строители, прошедшие медкомиссию и инструктаж, в возрасте от 18 до 60 лет;
• рабочие должны обеспечиваться спецодеждой, касками, рукавицами и страховочными поясами;
• монтировать детали конструкции можно только исправным электроинструментом и удлинителями;
• при крутизне ската более 25^о обязательно использование трапов и лестниц;
• раскрой материалов должен проводиться на земле в оборудованном месте;
• подъём тяжёлых деталей необходимо производить с помощью лебёдки;
• металлические кровельные материалы нужно монтировать в перчатках;
• кровельные листы с большой парусностью необходимо поднимать и монтировать в безветренную погоду;
• оборудование и элементы стропильной конструкции требуется фиксировать, если есть вероятность их падения.

Соблюдение правил техники безопасности позволит избежать травматизма и гибели строителей и людей, находящихся в непосредственной близости от объекта.

Поэтапное возведение четырёхскатной вальмовой крыши

Монтаж стропильной системы четырёхскатной крыши состоит из нескольких этапов:

1. На стены здания по периметру прочно крепится мауэрлат.
   

   Мауэрлат укладывается на верхние торцы стен и крепится к ним резьбовыми шпильками, анкерами или скобами

2. К мауэрлату крепятся затяжки с шагом от 80 до 120 см.
3. На затяжки вертикально ставятся стойки на равном удалении от стен здания.
4. На стойки монтируется коньковый прогон.
   

   Коньковый прогон устанавливается на вертикальные стойки, которые опираются на затяжки

5. Между углом мауэрлата и коньковым прогоном устанавливаются боковые стропила, образующие вальмы. По углам они укрепляются шпренгелями, а в середине − подкосами.
6. Монтируются скатные стропила, которые наверху опираются на коньковый прогон, а внизу скрепляются с затяжками.
7. Устанавливается центральный брус вальмового ската и монтируются нарожники с шагом 80 см с двух сторон от боковых стропил.
   

   Нарожники устанавливаются с обеих сторон от боковых диагональных стропил

8. Настилается гидроизоляционная плёнка, устанавливается контробрешётка и обрешётка с шагом от 40 до 60 см.
9. Монтируется ветровая доска по обрезу стропил, устанавливаются карнизные планки, капельники и кронштейны водосточной системы.
10. Производится монтаж кровельного покрытия и доборных элементов.
    

    Продольная обрешётка набивается с шагом, зависящим от угла наклона ската и от типа кровельного покрытия

Для возведения такой сложной конструкции необходим проект, а также бригада минимум из трёх человек с достаточно высокой квалификацией.

Видео: стропильная система вальмовой крыши

Поэтапный монтаж четырёхскатной крыши беседки

Монтаж шатровой крыши для беседки производится по упрощённой схеме с применением четырёх боковых стропил и состоит из следующих этапов:

1. На вертикальные стойки беседки монтируется горизонтальная обвязка, представляющая собой мауэрлат.
2. Из бруса 50Х100 мм изготавливаются четыре стропильных ноги и монтируются с использованием временной центральной опоры.
3. Монтируются нарожники по два на каждый скат из того же материала.
   

   Для монтажа крыши для беседки используется упрощённая стропильная система с двумя нарожниками на каждом скате

4. Крепится обрешётка из доски 25Х100 мм с шагом 30 см и убирается временная опора.
5. При использовании металлического кровельного материала крепится слой гидроизолирующей плёнки.
6. Монтируется кровельный материал и карнизные доборы.
   

   После установки всех доборных элементов крыша беседки приобретает эстетичный и законченный вид

При необходимости можно обшить крышу изнутри для придания ей законченного вида.

Видео: крыша на беседке

Мы рассказали о строительстве четырёхскатной крыши и о возведении стропильной системы на примере вальмовой конструкции. Рассмотрели способы расчёта параметров скатной крыши, материалов и доборных элементов. Безопасный монтаж четырёхскатной кровли невозможен без соблюдения правил техники безопасности. Следуя изложенным выше советам, вы сможете построить эту сложную, но красивую крышу.