Строительство вальмовой крыши – как провести верный расчёт и монтаж

Вальмовые крыши придают зданию изящный и завершённый облик, её скаты хорошо выдерживают порывы ветра и снеговую нагрузку. Под крышей этого типа можно разместить мансардное помещение большого объёма. Мы расскажем об особенностях стропильной группы вальмовых кровель, о способах расчётов и монтажа стропил, а также о кровельном пироге, вентиляции и утеплении конструкции. Остановимся на описании свойств кровельных материалов и расскажем о том, как сделать вальмовую крышу для беседки своими руками.

Особенности конструкции вальмовых крыш

Вальмовые крыши придают строению определённый шик, но особенность их конструкции в том, что они прекрасно выдерживают разнонаправленные ветровые воздействия. Это происходит благодаря жёсткой стропильной системе и наличию треугольных и трапециевидных скатов. Увеличение высоты конька и уклона скатов даёт возможность разместить под вальмовой крышей обитаемое помещение.

Особенностями конструкции вальмовых крыш можно считать следующие отличительные черты:

• наличие четырёх скатов, образованных деталями стропильной системы;
• отсутствие фронтонов в классическом варианте вальмовой крыши;
• наличие конькового прогона, опирающегося на брус перекрытия или на внутреннюю стену дома;
• присутствие диагональных стропильных балок наряду с рядовыми;
  

  Наличие четырёх скатов, опорного прогона, диагональных стропил и нарожников отличает вальмовые конструкции от других типов крыш

• использование нарожников и шпренгельных элементов.

Уникальная стропильная система определяет прочностные характеристики крыш вальмового типа и их стойкость к атмосферным воздействиям.

Подготовка проекта крыши

При подготовке проекта вальмовой крыши необходимо определить высоту конька, поскольку от этого параметра будет зависеть угол наклона и длина скатов. Для обитаемого чердачного помещения высота потолка должна быть не менее 2,3 метра в соответствии с противопожарными нормами.

Для подготовки проекта после выбора высоты конька необходимо произвести замеры, которые помогут рассчитать длину стропил, площадь скатов и объём обитаемого помещения. Для проектирования крыши понадобятся следующие параметры:

• длина и ширина здания, толщина внешних и внутренних стен;
• размеры бетонного армопояса, к которому крепится мауэрлат;
• размеры и местоположение печных и вентиляционных проходов;
  

  Предварительный чертёж с размерами здания является основой для проектирования конструкции и расчёта основных параметров вальмовой крыши

• длина центрального прогона, который крепится на балки перекрытия;

• размер карнизного свеса.

Застройщик определяет, холодным или обитаемым будет чердачное помещение, потому что от этого зависит способ крепления конькового прогона, наличие или отсутствие скатных окон, конструкция и количество стропильных элементов. После подготовки проекта можно приступить к расчёту вальмовой крыши и элементов стропильной системы.

По мнению автора этой статьи, для проектирования вальмовой крыши, особенно усложнённой эркерами, щипцами и шатровыми фрагментами, лучше воспользоваться услугами инженера-проектировщика. При строительстве мансардной крыши загородного дома автору очень помог комплект чертежей с рассчитанной длиной стропильных балок, способом их соединения, углами запилов и количеством крепёжных элементов. Перечень утеплительных и кровельных материалов с указанием площади и порядка монтажа позволил заказать их заранее. Закупка комплектующих по проекту сводит до минимума отходы материалов и экономит время. Рассчитанные размеры стропильной системы и чётко определённая последовательность сборки избавили от брака, лишних расчётов и дополнительной подгонки. Монтажные работы выполняла бригада из четырёх человек с небольшим строительным опытом, которая справилась даже на сложном участке стыковки ската с крышей эркера, правда, с помощью консультации автора проекта.

При самостоятельном проектировании необходимо начинать с расчёта основных параметров крыши и размеров стропильной группы, создавая собственные чертежи и макеты раскладки.

Расчёт вальмовой крыши

При вычислении параметров вальмовой крыши владелец дома задаёт высоту конька из практических соображений. Для холодного чердака она может быть менее двух метров, а при строительстве мансардной крыши нужно помнить о том, что по СНиП высота потолков жилого помещения должна быть не менее 2,3 м.

Длина центрального прогона при равных углах наклона скатов выбирается такой, чтобы концы прогона располагались на одинаковом расстоянии от боковых и торцевых стен. В ходе дальнейших расчётов определяют размеры стропил, нарожников и вспомогательных элементов. Необходимо выбрать тип стропильной системы, поскольку если для вальмовых крыш с необитаемым чердаком более характерны наслонные стропила, то для крыш с мансардой можно применять и наслонные, и висячие типы стропильных соединений.

Расчёт угла наклона скатов и длины стропил

От угла наклона скатов зависит устойчивость крыши к ветровым воздействиям и способность выдерживать снеговую нагрузку. Уклон скатов является важнейшим параметром для расчёта длины основных и диагональных стропил, а также нарожников. За основу расчётов возьмём следующие параметры:

• высота конька H_{к =} 3 м;
• длина здания L_{дс =} 10 м;
• ширина здания L_дтс = 6 м. Половину этого размера обозначим за L_птс: L_птс = 3 м;
• длина конька L_к = 4 м;
• расстояние от стены дома до конькового прогона T = 3 м.

Вычисления проводятся в несколько этапов.

1. Угол наклона трапециевидных скатов определяем из треугольника, образованного высотой, проведённой из крайней точки конька, половиной ширины ската и первого рядового стропила: tg a = H_к / L_птс = 1. Этому значению тангенса соответствует угол 45^о.
2. Угол наклона треугольного ската находим из аналогичного треугольника, в котором роль гипотенузы играет среднее рядовое стропило, основание которого находится в середине торцевой стены здания: tg n = H_к / T = 1. Значит, угол n также равен 45^о.
   

   Значения углов наклона скатов определяются с помощью формул расчёта прямоугольных треугольников

3. Высоту треугольного ската считаем по теореме Пифагора: Н₁ = √H_k² + T² = √9+9 = √18 = 4,24 м.
4. Высота трапециевидного ската (отрезок, проведённый из вершины трапеции к её основанию под углом 90^o) H₂ = √H_k² + L_птс²= 9+9= √18 = 4,24 м. Поскольку углы скатов в нашем случае одинаковые, то и высоты скатов также равны.
5. Для дальнейших расчётов понадобится длина диагональных стропил. Из треугольника, образованного половиной треугольного ската, по теореме Пифагора получаем L_c = √H₁² + L_птс²= √4,24² + 3² = √ 26,98 = 5,19 м.

Таблица: значения тригонометрических функций для углов наклона скатов мансардной кровли

a, град.	tg a	sin a
20	0,36	0,34
25	0,47	0,42
30	0,58	0,5
35	0,7	0,57
40	0,84	0,64
45	1	0,71
50	1,19	0,77
55	1,43	0,82
60	1,73	0,87

Расчёт площади скатов вальмовой крыши

Площадь скатов необходимо знать для расчёта количества строительных материалов и составления схемы раскроя. У вальмовой крыши два треугольных и два трапециевидных ската, для вычисления их площади мы воспользуемся стандартными формулами из школьного курса геометрии.

1. Площадь треугольного ската S = (a · h) / 2, где a − длина, h − высота треугольного ската.
2. Площадь трапециевидного ската S = (a + b) / 2 · h, где a − длина конька; b и h − длина и высота трапециевидного ската соответственно.
   

   Расчёт площади вальмовой крыши производится по простым формулам из школьного курса геометрии

Для подсчёта площади необходимо увеличить высоту каждого ската на размер карнизного свеса и иметь в виду, что их длины при этом тоже увеличатся.

Расчёт объёма мансардного помещения

Вычисление объёма обитаемого подкровельного пространства понадобится при расчёте систем теплоснабжения и кондиционирования мансарды. Поскольку под вальмовой крышей располагается многогранное жилое помещение с изменяющейся высотой и формой, то для расчёта объёма его нужно разбить на более простые фигуры. Обычно рассматривают сечение мансарды, образующееся каким-либо стропилом, разбивают его на прямоугольники, треугольники и трапеции, вычисляют их площади по приведённым выше формулам и умножают на длину мансарды. Полученные таким образом объёмы каждой части складывают и получают общий объём мансарды.

Если при разбиении мансарды выделяются более сложные элементы, то их объём рассчитывается по формуле V = S · H, где S − площадь сечения, H − длина элемента.

Видео: расчёт стропильной системы вальмовой крыши

Макет раскладки крыши

Макет является уменьшенной копией крыши, по нему можно определить оптимальную высоту конька и угол наклона скатов по отношению к размерам здания. Схема стропильной системы вальмовой крыши, выполненная в виде чертежа с указанием размеров и расположением элементов стропильной группы, называется макетом раскладки. На таких схемах указывается местоположение, длина и высота конькового прогона, а также размеры и количество основных, диагональных и нарожных стропил.

На чертеже указывается способ крепления деталей, углы и размеры врезки, шаг стропил и схема обустройства карнизного свеса. По схеме можно произвести расчёт количества материалов, раскрой и поштучную раскладку деталей на месте монтажа.

Необходимо учесть, что расчётные данные нуждаются в практической проверке, поэтому перед изготовлением шаблонов для раскроя деталей нужно произвести пробную стыковку основных и диагональных стропил.

Стропильная система вальмовой крыши

Вальмовую крышу образуют четыре ската, а её стропильная система содержит элементы двускатной и шатровой кровли. В основном используются наслонные стропила, которые опираются на коньковый прогон, закреплённый на стойках. Вальмовая крыша состоит из следующих элементов:

• по периметру стен монтируется мауэрлат, при наличии внутренней капитальной стены на неё крепят лежень;
• на мауэрлат устанавливаются затяжки или балки перекрытия;
• на вертикальные стойки крепится коньковый прогон;
• на мауэрлат и коньковый прогон опираются основные стропила, образующие трапециевидные скаты;
• диагональные стропила образуют треугольные скаты;
• нарожники представляют собой укороченные стропила, формирующие силовой каркас между диагональными и рядовыми стропилами;
• подкосы и шпренгели используются как дополнительные опорные элементы;
• кобылки применяются для удлинения стропил и нарожников;
• контробрешётка создаёт вентиляционный зазор;
• обрешётка используется для крепления кровельного покрытия.

Кроме того, стропильные ноги усиливаются ригелями и дополнительными стойками. Часто эти элементы образуют стены и потолок мансардного помещения.

Мауэрлат и его размеры

Мауэрлат является связующим звеном между каркасом здания и стропилами и представляет собой цельный брус, прикреплённый к стене резьбовыми шпильками. Для устранения распирающего воздействия стропил на стены брусья мауэрлата необходимо крепить к сплошному армированному поясу. Шпильки с шагом от 80 до 100 см замуровываются в монолитный пояс.

Мауэрлат равномерно распределяет нагрузку с крыши на стены здания, его длина равна периметру дома. Для его изготовления используют сосновый пиломатериал с сечением равным 150Х150, 150Х200 или 200Х200 мм. На углах дома брус соединяется между собой с помощью резьбовых шпилек.

Установка конькового прогона

Коньковый прогон служит опорой для основных и диагональных стропил и устанавливается на вертикальных стойках, которые опираются на балки перекрытия или лежень. Для придания жёсткости прямоугольной конструкции рекомендуется устанавливать диагональные подкосы между стойками и прогоном. Для монтажа центрального прогона используется брус 100Х100 мм или 50Х150 мм.

Чаще всего используются наслонные стропила, но для обитаемых чердачных помещений можно спроектировать и висячий тип стропил, чтобы освободить жилое пространство от нагромождения вспомогательных конструкций.

В этом случае к центральному прогону крепятся основные и диагональные стропила, которые усиливаются ригелями и стойками, образующими стены и потолок мансарды.

Порядок проведения монтажных работ

Перед монтажом стропильной системы вальмовой крыши рабочие места необходимо оборудовать трапами, лесами и лестницами, поскольку удобство работы существенно ускоряет монтаж. Затем приступают к сборке элементов крыши в описанной далее последовательности.

1. На монолитный армированный пояс раскладывают гидроизолирующий материал и ставят на него заранее рассверленные балки мауэрлата, закрепляя их с помощью резьбовых шпилек, шайб и болтов.
   

   Балки мауэрлата укладываются на слой гидроизоляции из рубероида и закрепляются шпильками через заранее просверлённые отверстия

2. На мауэрлат крепятся балки перекрытия или затяжки с шагом от 60 до 120 см и на них устанавливаются вертикальные стойки для центрального прогона.
3. На вертикальные стойки крепится коньковый прогон, затем вся конструкция усиливается диагональными подкосами. Относительно крайних ног прогон должен иметь выносы по 15 см для крепления диагональных стропил.
   

   Обустройство крыши начинается с монтажа центрального прогона и основных стропил

4. Между балками перекрытия и коньковым прогоном выставляются попарно стропильные ноги, производится разметка врезки и осуществляется раскрой стропил. Устанавливаются крайние основные фермы, между ними натягиваются шнуры и по ним выставляются остальные стропильные ноги.
5. При большой длине стропил их усиливают ригелями, подкосами и стойками. После этого размечаются диагональные стропила.
   

   Для установки диагональных стропил необходимо произвести тщательную разметку, раскрой и запилы под стыковку с коньком и мауэрлатом

6. Производится раскрой размеченных диагональных стропил и их монтаж, при необходимости их усиливают шпренгелями и подкосами.
7. Размечаются и монтируются нарожники, на карнизном свесе концы стропил обрезаются вертикально, к ним прикрепляются лобовые доски.
8. На стропила и нарожники крепится гидроизолирующая мембрана с нахлёстом 10 см, монтируется контробрешётка и обрешётка.

Исходя из личного опыта, автор этой статьи хотел бы порекомендовать оборудовать на участке строительства место для разметки, раскроя и шаблонирования элементов стропильной системы. Удобно, когда точные угломерные инструменты находятся в одном месте, приспособленном для разметки и распиловки. Оборудованное рабочее место экономит время при заготовке деталей, которые затем поднимаются и монтируются без дополнительной подгонки. Внизу проще подготовить и сборочный комплект крепежа для каждого этапа работ.

Видео: стропильная система вальмовой крыши

Кровельный пирог вальмовой крыши

Кровельный пирог вальмовой крыши состоит из следующих элементов:

• стропильные ноги;
• пароизоляционная мембрана;
• утеплитель, расположенный между стропилами;
• гидроизолирующая мембрана;
• обрешётка и контробрешётка;
• кровельный материал.

Для холодного чердака кровельный пирог состоит из стропильных ног, гидроизолирующей мембраны, контробрешётки, обрешётки и кровельного материала. Теплоизолирующий слой и пароизоляционная плёнка здесь не применяются.

Вентиляция вальмовой крыши

Вентиляция подкровельного пространства утеплённой вальмовой крыши происходит через вентилируемый зазор между утеплителем и гидроизолирующей мембраной. Вентзазор образуется при монтаже мембраны на стропила с провисом 1,5–2 см, поэтому воздух через перфорированную отделку карниза проникает в утеплитель и выходит через отверстия коньковых аэраторов.

От испарений из жилых помещений утеплитель сохраняет пароизолирующая плёнка, а от увлажнения конденсатом утепляющий слой предохраняет гидроизолирующая мембрана. Конденсат, скапливающийся на гидроизоляции, удаляется через вентиляционный зазор высотой в 5 см, который обеспечивает циркуляцию воздуха и сохраняет в целости стропильную систему. При этом слой теплоизолирующего материала не теряет своих свойств от излишней влаги.

Вентиляция холодного чердака

Холодный чердак вентилируется через перфорированные отверстия отделки карнизного свеса и слуховые окна, а также коньковые аэраторы. Разница температур между внешней средой и чердаком сводится к минимуму, поэтому обледенение кровли не происходит.

При такой схеме вентиляции вальмовой крыши необходимо помнить о тщательном утеплении потолка и верхней части стен между жилым помещением и холодным чердаком.

Видео: слуховые окна вальмовой крыши — холодный чердак

Утепление вальмовой крыши

Утепление крыши производится после монтажа кровли изнутри чердака или снаружи при укладке кровельного пирога. Такая последовательность работ предохраняет утеплитель от неожиданных осадков. Теплоизоляционный материал помещается между стропильными балками слоем в 20–25 см.

Для утепления вальмовой крыши можно использовать следующие материалы:

• пенополистирол размером 600Х1200 мм и толщиной от 20 до 100 мм;
• волокнистые плиты и маты минеральной ваты размером 600Х3000 мм и толщиной от 50 до 200 мм;
• вспененные утеплители, к которым относятся эковата и пенополистирол.

Эластичность матов и плит позволяет набивать их между стропилами в несколько слоёв со сдвигом мест стыка, чтобы избавиться от мостиков холода, а вспененные утеплители наносятся методом напыления с использованием специального оборудования.

Доборные элементы для вальмовой крыши

Для разных видов кровельного покрытия выпускаются определённые типы доборных элементов. На вальмовой крыше используются коньковые планки с аэраторами, заглушки для вальмовых стыков и тройники для диагональных стропил. Они закрывают коньковые и скатные стыки, а также карнизные свесы.

Из остальных доборных элементов на вальмовых кровлях могут быть использованы трапы, лестницы, снегозадержатели, уплотнители и капельники.

Коньковые доборы

Коньковые доборы имеют разную конфигурацию и размеры, например, планка прямая 150Х150Х2000 мм или полукруглая R110Х2000 мм. Коньковые планки могут иметь аэраторы разного типа. Рассмотрим особенности монтажа и стыковки коньковых доборов.

Состыковка коньков

Монтаж прямых коньков на вальмовой крыше производится с нахлёстом не менее 5 см и начинается со стороны, противоположной преобладающим ветрам. Планки крепятся с шагом от 15 до 30 см, а на крайних планках монтируются заглушки. В конструкции некоторых коньковых планок предусмотрены полимерные аэраторы, обеспечивающие вентиляцию подкровельного пространства.

Хребтовые планки крепятся, начиная с заглушки, снизу вверх, а в месте соединения вальмовых хребтов и конька стыкуются с тройниковыми Y-планками. При необходимости места стыковки дополнительно герметизируют.

Монтаж круглого конька

В конструкции круглого конька предусмотрены рёбра жёсткости, которые служат замками для стыковки отдельных планок. Такие рёбра препятствуют проникновению воды в подконьковое пространство. Круглый конёк крепится к верхней планке обрешётки через аэроэлемент, который обеспечивает циркуляцию воздуха через вентиляционный зазор.

При монтаже любого типа коньковых планок важно следить за тем, чтобы не перекрыть вентилируемые продухи и сохранить циркуляцию воздуха между карнизом и коньком.

Ветровые планки и капельники

На карнизном свесе вальмовой крыши устанавливаются капельники для отвода конденсата, а для защиты подкровельного пространства от ветра и дождя на обрешётку монтируют ветровые или карнизные планки.

Этот вид доборов устанавливают с нахлёстом не менее 5 см, стандартная длина планок равна 2 м.

Видео: монтаж металочерепицы и доборных элементов

Виды кровельного покрытия для вальмовой крыши и их монтаж

Для вальмовой крыши используются разные виды кровельных материалов, которые в большом количестве предлагают производители. При выборе необходимо оценить цветовую гамму, простоту монтажа, вес и долговечность кровельного покрытия. Немалое значение имеют стоимость и эффективная площадь материала. Рассмотрим самые популярные виды кровельного покрытия:

• керамическая и цементно-песчаная черепица;
• металлочерепица и кровельный профнастил;
• шифер и ондулин;
• мягкая черепица.

По мнению автора статьи, следует обратить внимание на шумопоглощающие свойства кровельного материала. С этой точки зрения металлопрофили проигрывают ондулину и мягкой черепице с их прекрасной шумоизоляцией. Кроме того, на поверхности металла при перепаде температур образуется конденсат, поэтому нужно принимать меры для его удаления. Мягкая черепица отличается простотой монтажа, но для неё необходимо установить сплошную обрешётку из фанеры толщиной 12 мм и положить подкладочный материал, а это несколько удорожает её применение. По этим причинам, а также в силу небольшого веса и простоты укладки автором статьи для покрытия жилого дачного дома был выбран ондулин. В процессе эксплуатации кровли стало ясно, что во время сильного дождя на чердаке слышен небольшой шум, а после утепления мансарды посторонние звуки практически пропали.

Монтаж кровельного покрытия производится на обрешётку. Перед проведением кровельных работ нужно смонтировать капельники, ветровые доски и кронштейны водосточной системы. Крепление листовых материалов производится саморезами с шайбой и резиновой прокладкой в шахматном порядке. Укладка листового покрытия вальмовой крыши начинается от центра ската к краям.

Монтаж производится по натянутому вдоль карниза шнуру. Мягкая черепица укладывается снизу вверх с рекомендованным производителем нахлёстом.

Металлопрофиль

К металлопрофилю относится кровельный профнастил и металлочерепичное покрытие. Полная ширина листа металлочерепицы 1180 мм, эффективная ширина при этом равна 1080 мм, длина может меняться от 765 до 8000 мм, шаг обрешётки равен 350 мм. Кровельный профнастил имеет монтажную ширину 1000 мм и длину до 6 м. Срок службы этих покрытий достигает 50 лет, при этом материал имеет небольшой вес и просто укладывается.

Шифер

Шифер отличается большим весом и хрупкостью, поэтому в современном строительстве используется его лёгкий (вес листа 6 кг) аналог — ондулин.

Длина листа ондулина составляет 2 м, ширина — 0,95 м, полезная площадь — 1,6 м². Монтируется ондулин на обрешётку с шагом 45 см, с продольным нахлёстом 20 см, боковой нахлёст составляет одну волну. Дополнительные преимущества: срок службы до 50 лет, хорошее шумопоглощение, простота монтажа.

Мягкая черепица

Длина мягкой черепицы составляет 1 м, ширина в среднем равна 333 мм, нахлёст зависит от вида и формы, а толщина составляет 6 мм. Это лёгкий шумопоглощающий материал, который просто монтируется, служит до 35 лет, стоит недорого, но нуждается в сплошной обрешётке и подкладочном слое.

Вальмовая крыша для беседки своими руками

Беседка с вальмовой крышей создаёт единое архитектурное пространство на участке застройки. Для сооружения необходимо подвести каркас по типу мауэрлата и далее выполнить следующие действия.

1. Смонтировать балки перекрытия.
2. Поставить на них вертикальные стойки и закрепить центральный прогон.
3. Установить основные стропильные ноги.
   

   Вальмовая крыша беседки представляет собой крышу дома в миниатюре и создаёт с ней единый ансамбль

4. Установить диагональные стропила и смонтировать обрешётку на скаты.
5. Настелить кровельное покрытие и установить доборы, гармонирующие по цвету с крышей дома.

Все деревянные детали беседки необходимо обработать антисептическими и антипиреновыми составами и придать им соответствующий цветовой оттенок.

Мы рассказали о конструкции и расчётах вальмовых крыш, о стропильной системе и пошаговом порядке монтажа её элементов. Коснулись вентиляции, утепления и структуры кровельного пирога. Самостоятельный монтаж вальмовой кровли позволит вам сэкономить деньги и быть полностью убеждённым в качестве выполненных работ. Надеемся, что материалы этой статьи помогут вам в строительстве крыши для уютного дома.