Вальмовая крыша: конструкция стропильной системы

Вальмовая крыша относится к четырехскатным конструкциям, стропильная система данного типа крыши образует четыре ската, два из которых в форме трапеции своими верхними гранями соединяются на коньковом прогоне, а боковые скаты образуют треугольники. Эти треугольные скаты носят название вальма.

Конструкция вальмовой крыши отличается рядом преимуществ:

• Удобство для создания мансардного этажа;
• Экономичность (с точки зрения расхода строительных материалов);
• Интересный внешний вид.

При этом обустройство данного типа кровли сопряжено с рядом трудностей и требует проведения особых расчетов при планировании системы стропил.

Особенности стропильной системы

Стропильная система вальмовой крыши предполагает ряд отличительных элементов, которые и определяют ее отличительную конструкцию. Знание этих особенностей необходимо для проведения расчетов стропильной системы и ее возведения.

Виды стропил вальмовой крыши

Стропила в конструкции вальмовой крыши разделяются на несколько типов:

• Угловые стропила. Одним краем стоят на мауэрлате, другим должны опираться на одну из оконечностей конькового бруса.
• В симметричной вальмовой крыше предусмотрено 4 угловых стропила, которые формируют вальму. Угловые стропила имеют самую большую длину и потому часто нуждаются в укреплении и опоре;
• Центральные стропила монтируются на мауэрлат и край конькового прогона. Схема данной кровли задействует 4 таких элемента, по паре на каждый трапециевидный скат кровли;
• Центральные вальмовые стропильные ноги разделяют вальмы кровли на две равные части. Устройство стропильной системы вальмовой крыши подразумевает наличие 2 подобных элементов.
• Промежуточные стропильные ноги подобны центральным и монтируются к таким же точкам опоры. Их количество варьируется от размера крыши и длины конька. Если кровля небольшая, они могут отсутствовать.
• Укороченные стропильные ноги занимают свое место в углах крыши. Опирающиеся на мауэрлат и угловые стропила, они меньшего размера по сравнению с другими стропилами размер, который становится меньше к углу.

Элементы усиления системы

Вальмовая крыша относится к сложным кровельным сооружениям, ее стропильная система нуждается в особом усилении. Элементы, отвечающие за прочность кровельного объекта, подразделяются на несколько типов:

• Особого усиления требуют длинные угловые стропила. Их укрепление возможно шпренгелем – угловой балкой, которая представляет перевернутую букву «Т» и нижней частью устанавливается на мауэрлат, а верхней упирается в угловое стропило. Подпор диагональных стропильных ног возможно подкосами с опорой на балки перекрытия или центральный лежень;
• Затяжки скрепляют пары стропил. Они могут дополнительно нести функцию балок перекрытия или помещаться ближе к коньку и быть основой для формирования полотка чердачного помещения;
• Стойки укрепляют коньковый брус. Нижней опорой стоек может быть лежень, если по центру здания имеется капитальная стена для его укладки, или они могут быть установлены на балки перекрытия;
• При длине промежуточных стропил более 4 м их также укрепляют диагональными стойками под углом 45-60° с опорой стропил на балки перекрытия;
• При возведении крыши в регионе с сильной ветровой нагрузкой целесообразно использование ветровой опоры, которая набивается к стропилам со стороны наибольшего ветрового удара.

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.

[wpsm_box type=»info» float=»none» text_align=»left»] Чем больше угол наклона кровли, тем сложнее ее схема и больше расход материалов на ее возведение.[/wpsm_box]

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.

[wpsm_box type=»info» float=»none» text_align=»left»] Чем длиннее стропильные ноги, тем короче и шаг. [/wpsm_box]

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.

Эскиз крыши

Прежде чем приступать к монтажу кровельной конструкции рекомендуем выполнить ее эскиз в масштабе. Этот эскиз будет своего рода макетом и инструкцией по созданию вальмовой крыши:

• Рисуем дом в двух проекция (анфас и профиль) соблюдая все пропорции в масштабе;
• Отмечаем на проекции анфас высоту конька и выбранный угол скатов;
• Определяемся с длиной конькового прогона на проекции дома в профиль;
• На схемах наносим шаг стропил, вычерчиваем все стропильные ноги;
• Дополняем эскиз необходимыми отметками для усиливающих элементов системы.

Данный эскиз не только поможет визуализировать будущую кровлю, но и станет своеобразной инструкцией по ее возведению. Кроме того, данный чертеж поможет определиться с необходимым количеством строительных материалов.

Сложная вальмовая крыша

Схемы сложных вальмовых конструкций, предусматривающих наличие дополнительных элементов типа мансардных окон или эркера, не сильно отличаются от представленной выше. Основные расчеты и порядок формирования стропильной конструкции остается прежним.

[wpsm_box type=»info» float=»none» text_align=»left»] При наличии в вальмовой крыше мансардных окон важно учитывать шаг стропильной системы и вычесть площадь окон из общей площади. При создании крыши с эркером, то есть крышей над пристройкой, башней к дому, производится стыковка вальмовой конструкции с какой-то иной: двускатной, шатровой и т.д. Для этого в стропильную систему вносятся необходимые дополнения в виде дополнительных опор для данной пристройки.[/wpsm_box]

Любая сложная многосоставная кровля проектируется и монтируется как соединение простых элементов и данный случай не является исключением. Все дополнительные элементы примыканий к вальмовой крыше должны рассчитаться отдельно и быть внесены в общий план.

Конструкция вальмовой крыши при своем проектировании основывается на достаточно сложных расчетах. От их точности зависит успех в ее возведении и эксплуатационные характеристики. Поэтому так важно не пренебрегать созданием схем и чертежей при обращении к данному типу кровли.