Устройство и монтаж системы стропил вальмовой кровли

Вальмовая кровля является одним из видов четырехскатной крыши, в её конструкцию входят два основных трапециевидных и два торцевых треугольных ската, образующие замкнутую поверхность с общим коньковым прогоном. Если боковые скаты располагаются по всей площади от конька до карниза, то кровля называется вальмовой, а если они не дотягивают до карниза — полувальмовой.

Виды стропильных конструкций для вальмовой кровли

Если стропильная конструкция опирается только на основные стены здания, её называют висячей, а если она имеет дополнительные опорные точки за счёт стен внутри дома, то она имеет название наслонной.

1. Висячую систему обычно используют для сооружения небольших по площади зданий, которые не имеют несущих внутренних стен. В этом случае вертикальные балки, которые поддерживают стропила, крепятся на брус перекрытия потолка.
2. Наслонная система, которая имеет несколько опорных точек, более проста в сборке, поэтому её можно использовать для возведения зданий большой площади с большим количеством внутренних стен. В их верхней части по горизонтали прокладывают опорный брус, на который затем закрепляют вертикальные стойки, поддерживающие стропила. Обычно опоры своей верхней частью прибиваются к брусу конька. Внутри кровли образуется рама, которая имеет прямые углы, благодаря чему она выдерживает большие нагрузки даже при максимальной площади крыши.
   

   Вертикальные стойки наслонных стропил опираются на промежуточные стены, а в верхней части крепятся к брусу конькового прогона, за счёт чего получается жёсткий каркас прямоугольной формы

Если здание имеет две основные стены, то в верхней части вертикальных стоек прокладывается стягивающая балка, которая усиливает стропила и распределяет нагрузку по всей площади вертикальных опорных стоек.

Для создания вальмовой кровли больше всего подходит наслонная система стропил, так как она обладает большей степенью прочности и даёт возможность облегчить конструкцию кровли, равномерно распределяя её вес на весь каркас здания.

Система стропил вальмовой крыши может иметь несколько различных по способу монтажа конструкций, каждая из которых предполагает наличие определённых особенностей при сборке.

1. Традиционная стропильная система. В этой конструкции диагональные рёбра опираются на опорную балку главного конька, а свесы находятся на одинаковой высоте. Состоит такая система из двух равнобедренных треугольников и двух трапеций.
   

   Стропильная система классической вальмовой кровли состоит из двух треугольников и двух трапеций

2. Шатровая система. Такая конструкция не предусматривает наличие опорной коньковой балки, потому что устраивается над зданиями квадратной формы и состоит из четырёх одинаковых скатов треугольной формы. Все диагональные рёбра сходятся в общей точке, а к ним подсоединяются короткие нарожники. Сделать надёжный коньковый узел шатровой крыши могут только профессионалы.
   

   Шатровая стропильная система состоит из четырёх треугольных скатов, сходящихся своими верхними частями в одну точку

3. Полувальмовая конструкция. Такая система предусматривает наличие вертикальных частей во фронтонных скатах, в которые можно устанавливать стандартные окна.
   

   Полувальмовая кровля имеет вертикальные участки фронтонов, в которые можно вставить обычные окна

4. Ломаная крыша (мансардная). Это самая сложная и трудоёмкая система вальмовой кровли, так как все скаты имеют разную форму и площадь и расходятся друг от друга под разными углами. Такая кровля позволяет наиболее эффективно использовать площадь под крышей и создавать на ней дополнительные жилые помещения.
   

   Ломаная или мансардная конструкция крыши позволяет обустраивать в подкровельном пространстве полноценные жилые помещения

Как рассчитать систему стропил для вальмовой кровли

При расчёте конструкции стропил вальмовой крыши необходимо учитывать следующие факторы.

1. Степень ветровой региональной нагрузки. Чем она больше, тем меньше должен быть угол ската крыши и прочнее система. Основные опорные стропила должны быть изготовлены из толстого бруса.
2. Количество осадков. Чем больше ежегодно выпадает осадков, тем более крутыми должны быть скаты кровли во избежание большого давления на конструкцию стропил.
3. Материал для покрытия крыши дома. В зависимости от вида и веса используемого кровельного материала выбирается система обрешётки. Этот фактор учитывается на стадии разработки проекта дома.
4. Теплоизоляция крыши. Ширина утеплителя, сорт и толщина бруса учитываются при расчёте шага установки стропил.
5. Угол наклона кровли. Уклон крыши влияет на выбор материала финишного покрытия.

Величина угла наклона кровельного ската определяет положение всех стропил. Место установки промежуточных стропил рассчитывается таким образом:

1. На верхнюю балку боковой стены наносится осевая линия.
2. Определяется середина балки конька по толщине и отбивается линия расположения первого из центровых промежуточных стропил.
3. Конец замерной планки соединяется с линией расположения размеченного ранее центрового опорного стропила.
4. На другом конце планки отбивается линия расположения внутреннего контура торцевой стены.
5. Точка, которая получится на предыдущем этапе, и будет местом установки промежуточного стропила.

Взаимосвязь между размером стропил и длиной их заложения (горизонтальной проекции) определяется с помощью коэффициента поправки, величина которого прямо пропорциональная углу наклона ската. Если умножить размер заложения на этот коэффициент, можно определить точную длину стропил.

Таблица: поправочные коэффициенты для определения длины стропил

Уклонската крыши	Коэффициент дляпромежуточного стропила	Коэффициент дляуглового стропила
3:12	1,031	1,016
4:12	1,054	1,027
5:12	1,083	1,043
6:12	1,118	1,061
7:12	1,158	1,082
8:12	1,202	1,106
9:12	1,25	1,131
10:12	1,302	1,161
11:12	1,357	1,192
12:12	1,414	1,225

Формулы расчёта конструкции стропил

В процессе разработки проекта для любой крыши следует определить точный угол наклона ската, который необходим для всех последующих расчётов.

Расчёт площади вальмовой кровли

Расчёт площади кровли производится следующим образом:

1. Определяем высоту конька по формуле h = d / 2 · tg α (где d — ширина здания, α — угол наклона ската, h — высота конька).
2. Вычисляем величину боковых стропил по формуле с = d / 2 · cos α.
3. Находим длину диагональных стропил l = √(h² + d²/4).
4. Считаем площадь кровли, для чего складываем площади всех элементов конструкции (две трапеции и два треугольника):
   • площадь треугольного ската S₁=1/2 · d/2 · c;
   • площадь трапециевидного ската S₂= 1/2 · (b + k) · e, где b — длина карниза, k — длина конькового прогона, e — высота трапециевидного ската;
   • S = 2 · (S₁ + S₂).

Расчёт расстояния между стропилами

Большинство стропильных систем создаются с шагом между двумя стропилами в 1000 мм. Минимально допустимым значением шага является 600 мм.

1. Выбираем приблизительное расстояние между стропилами, руководствуясь стандартными размерами (для примера возьмём этот параметр равным 0,8 м).
2. Замеряем или берём из проектной документации длину ската. Допустим, что она равна 12 м.
3. Длину ската делим на выбранное ранее значение стропильного шага, итог округляем в большую сторону и прибавляем 1. Получаем 12 /0,8 + 1 = 16.
4. Делим длину ската на число, полученное в третьем пункте. Итоговый шаг стропил будет равен 12/16 = 0,75 м = 75 см. Полученное значение будет равно расстоянию между центральными осями стропильных лаг.

Подготовительные работы

Чертёж системы стропил является обязательным условием при возведении такого типа кровли, так как не бывает одинаковых схем, которые готовы к непосредственному использованию без учёта конкретного вида здания и места его возведения.

Чем сложнее кровельная система, тем точнее должны быть расчёты, так как они будут влиять не только на качество проводимых работ, но и на их стоимость.

Чертёж главных узлов конструкции должен точно указывать размеры всех элементов стропильной системы, расположение точек примыкания диагональных стоек к брусу конька и места крепления стропил к мауэрлату.

Инструменты, необходимые для сборки конструкции:

• уровень строительный;
• ножовка;
• большой молоток;
• длинная рулетка;
• строительный шнур;
• степлер;
• электрическая дрель;
• клепальник;
• металлические просечные ножницы;
• гвозди;
• замерная планка.

Материалы для работы:

• мауэрлат — брус 100х100, 100х150, 150х150;
• стропила — доска сечением 50х150, брус 100х100 или 150х150;
• прогоны, брус для конька и лежаки — брус 100х100, 100х150, 100х200;
• ригели — доски 50х100, 50х150;
• стойки, элементы опоры шпренгеля — брус 100х100, 150х150;
• подкосы, кобылки — доски 50х100;
• доски ветровые, торцевые, подшивные и балка ветровая — 20х100, 25х150;
• обрешётка — доски 25х100, 25х150;
• сплошная обрешётка — листы фанеры или ОСП 12–15 мм (необходимость применения сплошной обрешётки определяется типом кровельного материала);
• стальные крепёжные пластины;
• гвозди, саморезы, анкеры.
  

  При устройстве кровли применяются металлические крепления, необходимые для придания конструкции дополнительной жёсткости

При устройстве вальмовой кровли на доме из бруса, который даёт усадку, специалисты рекомендуют использовать специальные плавающие крепежи для стропил, чтобы компенсировать движение венцов.

Видео: обеспечение жёсткости вальмовой кровли

Особенности стропильной системы вальмовой крыши

Все виды стропильной системы вальмовой крыши имеют идентичные детали, которые и создают каркас конструкции:

• коньковая балка необходима для устройства классической кровли, так как несёт основную нагрузку. К ней крепятся все диагональные опорные стропила;
• диагональные или боковые накосные рёбра и угловые стропила крепятся к боковой части конькового бруса под определённым углом для создания сторон равнобедренного треугольника;
• центральные стропила монтируются к коньковой балке, создавая края ската в виде трапеции. Между ними находятся балки для создания промежуточного ряда;
• рядовые стропила необходимы для создания скатной плоскости в форме трапеции. Шаг между ними определяется расчётом, который был приведён выше;
• нарожник является дополнительным элементом, который прибивается на диагональное стропило, создавая свес треугольников и угловые элементы трапеций.
  

  Накосные стропила задают форму скатов кровли, вертикальные стойки снимают нагрузку с конькового прогона, а подкосы, нарожники и шпренгели придают системе необходимую жёсткость

Видео: собираем стропила

Технология создания вальмовой системы стропил

Так как на стропильную конструкцию кровли возлагается большая нагрузка, то все узлы и соединения должны быть выполнены в точном соответствии с технологией, в противном случае крыша не сможет в полной мере выполнять свои функции.

Монтаж основных узлов

Монтаж узлов сводится к следующим действиям:

1. Подготавливаем стропила. Определяем угол наклона стропил, длину коротких опор и накосных стропил, которые несут существенную нагрузку. Для того чтобы получить все элементы нужной длины, используем метод соединительного сращивания досок внахлёст. Для этого укладываем две доски друг на друга с нахлёстом в 1 м и скрепляем их с помощью гвоздей, расположенных в шахматном порядке. Это наиболее простой и прочный способ сращивания стропильных ног.
   

   Наиболее прочным и надёжным методом сращивания стропильных ног является крепление внахлёст

2. Крепим мауэрлат. Монтируем брус по всему периметру стен здания в верхней части. Брус соединяем внахлёст с использованием большого количества мест крепления с основанием несущих стен. Узлы соединения скрепляем металлическими скобами.
   

   Брус мауэрлата крепится к верхнему торцу стены при помощи анкерных болтов

3. Между стеной и брусом прокладываем слой рубероида для создания гидробарьера. В кирпичных, газобетонных, пенобетонных и арболитных домах под мауэрлат заливается железобетонный пояс с предварительно закреплёнными штырями для установки бруса. Штырь должен иметь диаметр не менее 10 мм и выступать примерно на 30 мм за пределы пояса. Шаг между штырями — от 1 до 2 м.
   

   Слой рубероида создаёт гидробарьер между мауэрлатом и стеной из влагопоглощающего материала

4. Устанавливаем лежень — центральную балку между двумя короткими сторонами мауэрлата для обеспечения дополнительной прочности под стропилами. Такой прогон необходим для создания вальмовой кровли большой площади.
5. Монтируем опорные стойки. Они выполняют роль опор для конькового прогона.
   

   Опорные стойки монтируются на лежень и служат опорами для конькового прогона

6. Монтируем коньковую балку. При установке конька вальмовой кровли следует провести точные замеры, так как на нём будет держаться вся система кровли. Точность его установки проверяем уровнем по высоте.
   

   Проведение работ по устройству коньковой балки требует точных замеров, так как она в системе вальмовой кровли несёт наибольшую нагрузку

7. Прибиваем стропильные ноги. Монтируем центральные стропила, а после них диагональные. Во время монтажа нижнюю часть балок упираем в мауэрлат. Это можно сделать двумя способами: с вырезкой или с опорными стойками. В первом случае вырезаем в мауэрлате паз, вставляем в него стропила и закрепляем их металлическими уголками. Во втором случае просто накладываем стропило на мауэрлат и под него подкладываем брусок с косым срезом. Их также закрепляем с помощью металлического уголка.
   

   Стропильные ноги можно крепить к мауэрлату двумя способами: с вырезкой и на опорный брусок

8. Устройство узла на коньковой балке производим методом «в полдерева». Для этого выпиливаем на конце стропильных ног выемку, которая должна быть равна половине толщины доски. Затем соединяем эти выемки друг с другом и закрепляем гвоздями или нагелями. Получается прочный коньковый узел. Для большей прочности все узлы закрепляем стальными уголками.
   

   Для создания прочного конькового узла на вальмовой кровле используется метод врубки «в полдерева»

9. На диагональные стропила оказывается большое давление, поэтому их усиливаем с помощью стоек, которые монтируем на перекрытие или устанавливаем подкосы под определённым углом. Можно использовать шпренгель в виде Т-образной балки, развёрнутой на 180°.
   

   Шпренгель является одним из вспомогательных элементов для обеспечения необходимой жёсткости стропильной системы, передающим часть её нагрузки на мауэрлат

10. Монтируем рядовые стропила аналогично центральным, формирующим края трапециевидной конструкции. Низ балки опираем и крепим на мауэрлат, а верх упираем в балку конька.
11. Устанавливаем нарожники, которые изготавливаем из цельной доски. В месте их крепления к длинному стропилу делаем специальные врубки или ставим опорные балки и обеспечиваем необходимую прочность с помощью металлических креплений. Для упрощения работы нарожники можно устанавливать вразбежку.
    

    Нарожники крепятся при помощи врубки в стропильную балку и устанавливаются в шахматном порядке

Все деревянные детали стропильной системы перед сборкой обрабатываем специальными огнеупорными и антисептическими средствами.

Видео: стропильная система вальмовой крыши

Создание вальмовой стропильной конструкции является длительным и сложным процессом, требующим внимания к каждой конкретной детали. Но если правильно и точно выполнять все этапы работ, то в результате вы получите красивую, долговечную и надёжную крышу для своего дома.