Подготовительный этап, выбор и расчет материала
Когда стены возведены пора переходить к устройству крыши. Конечно предварительная информация уже собрана, обдуман используемый материал, но пришло время всё конкретизировать и сделать проект. Тот, кто планирует возводить дом своими руками рано или поздно приходит к выводам:
- Использовать материалы, с которыми легко работать. Поэтому стропильную систему традиционно собирают из дерева. Причём для облегчения работы берут обрезной пиломатериал: брус и доски. Необходимый минимум инструмента при этом: ножовка и топор.
- Стараться отталкиваться от стандартных размеров материалов. Это позволяет рационально использовать материал получая максимальные возможности.
Правила отлично работают при устройстве двускатной крыши. Ведь не секрет что стандартная длина пиломатериала – 6 метров. Конечно, при необходимости всё стыкуется и удлиняется, но по возможности этого лучше избегать или минимизировать. Это подтверждает пример – простой расчет двухскатной крыши и материалов для её устройства.
Для стропил дома шириной 6-8м, без сращивания и с минимальными обрезками лишь для подгонки, хорошо подходят доски длиной 6 м. Такой же максимальный размер у популярных материалов: профнастила и металлочерепицы.
лучше выбрать согласно размерам утеплителя – это 0.6, 1 и 1.2 метра, что вполне соответствует требованиям прочности. Очевидно, что шаг стропил меньше 60 см в принципе неуместен, а при необходимости увеличить прочность конструкции можно применив для стропил более широкие доски.
Итак, как рассчитать двухскатную крышу, необходимый минимум для её монтажа:
- Доска или брус для мауэрлата. Для двускатной крыши по всему периметру его устраивать необязательно, достаточно с двух сторон по длине дома. Лобовая доска, тоже с двух сторон, длиной во всю крышу. Сюда же необходимо добавить материал на доски длиной равные шагу стропил – опору для утеплителя, общая длина которых равна мауэрлату.
- Для монтажа пары стропильных ног требуется три доски по 6 метров: две на стропила, одну распустить вдоль на контр-рейку. Две доски по 1 м – упоры в мауэрлат, и трёхметровая доска на ригель – приподнятую стяжку. Дальше всё умножается на количество стропильных пар.
- Доски на обрешётку – дюймовка или тридцатка шириной 10-15 см. Для большинства видов металлочерепицы шаг – 35 см, он вполне подходит и для профнастила. Зная длину и ширину ската нетрудно высчитать общее количество, причём дополнительно на каждый скат потребуется ещё по 5 сплошных досок.
Здесь необходимо прерваться и уточнить один важный момент – для работы предпочтительно использовать сухой пиломатериал. Однако будем реалистами: на пилораме сухого материала не найти, а услуги сушилки обойдутся непомерно дорого. Поэтому его лучше приобрести заранее и сложить в штабель на естественную сушку. Конечно, чем дольше – тем лучше, но хотя бы на несколько месяцев.
Важно: почему-то часто доски рекомендуют укладывать в штабель на прокладки отступив от торцов около метра, кто следует этому совету на концах гарантировано получают «вертолёт». Поэтому по торцам прокладки обязательны, далее по всей длине с шагом 1-1.5 метра
Пока дерево на просушке приобретаются остальные материалы:
- Гидроизоляционная мембрана. Требуется закрыть всю площадь двухскатной крыши, с учётом перехлёстов стыков минимум 15 см.
- Кровельный материал. Для большинства видов металлочерепицы полезная ширина составляет 110 см.
- Фурнитура: коньки, ветровые планки, капельники, вентиляционная лента, кронштейны водостоков.
- Состав для обработки пиломатериала: огне, био, универсальные защитные средства.
Имея в наличии всё перечисленное в принципе можно начинать. В итоге получиться два закрытых ската. Однако выгодней по времени и удобству монтажа сразу предусмотреть материалы для устройства фронтона и на подшив.
Монтаж двускатной крыши
Лучше будет, если проект кровли включит в себя и подробный план работ: расположение на стене несущего устройства – мауэрлата, порядок установки стропильной системы, монтаж обрешетки, порядок укладки пирога кровли.
Крепление мауэрлата
Несущие брусья из сосны, лиственницы иди дуба чаще всего имеют стандартную длину – 6 м. Для большинства построек их нужно соединять между собой.
Наиболее надежный способ – с запилом бруса (выборки древесины) и присоединением концов друг к другу внахлест. Половинки крепятся с помощью шайб и болтов М14, М12 и таким же способом соединяются по углам.
К стене крепится несколькими способами или их комбинацией:
- За 2-3 ряда до окончания стены делают закладку стальной проволоки, на которую впоследствии с помощью ломика затягивают несущий брус.
- При монолитном строительстве замуровывают при отливке стены шпильки, в которые вкручиваются анкерные болты.
- На этапе возведения стены делают деревянные закладки. К ним впоследствии с помощью кованых скоб крепят мауэрлат.
- Используют предварительно замурованные штыри. В качестве крепежей применяют арматуру или шпильки.
Устройство висячих стропил
Стропильная конструкция такого типа нужна, когда в помещении под крышей не должно быть перегородок. Стропила не имеют поддержки в центре и опираются друг на друга или коньковую балку – висят.
В качестве креплений используются пластины из металла, анкеры, гвозди или прорезные шипы. Основная нагрузка передается на распорки у основания и затяжку, высота расположения которой зависит от величины сдерживаемого усилия.
Равномерно распределить нагрузку на стены и фундамент здания помогает мауэрлат.
Чтобы поддержать длинные затяжки, в конструкцию встраивают элементы, называемые бабками. Они располагаются под самым коньком кровли.
Большие пролеты нуждаются в дополнительных подкосах и стойках, поддерживающих стропила. Конструкции собирают в арки разных форм.
Варианты крепления висячих стропил к мауэрлату
Стропильные ноги крепятся к мауэрлату рядом способов:
- Врубка стропил в несущий брус по заранее подготовленному шаблону.
- Если наклон ската больше 35°, можно использовать «двойной зуб». В месте расположения на балке крайнего упора вырезается шип. На самой балке устанавливается 2 упора, а в стропильной ноге делается отверстие.
- Крепление с помощью хомутов и болтов. На балке делают выемку, в которую ставится срезанная по торцу стропилина.
Независимо от способа, лучше придерживаться следующих рекомендаций:
- глубина, на которую допустимо зарубать стропила, не должна превышать 1/3 ширины;
- для надежного соединения в каждом узле лучше применять 2 способа крепежа;
- не всегда допустимо использовать шаблонные варианты, бывает, что требуется подогнать отдельно каждую ногу.
Устройство наслонных стропил
Если в постройке имеются промежуточные опоры и внутренние несущие стены, то для того, чтобы сделать крышу, применяют наслонную стропильную систему. Она отличается от висячей тем, что содержит опорные стойки под коньковым брусом и стропилами (подстропильные элементы).
Конструкции могут быть как симметричными, так и несимметричными. Кроме того, существуют:
- безраспорные системы, в которых распирающее горизонтальные усилия не передается на стены, а стропильная нога работает только на изгиб;
- распорные системы – они содержат распор, передающий нагрузку на стены при прежних напряжениях изгиба и сжатия.
Монтаж обрешетки
Обрешетка бывает разреженной и сплошной, одно- и двухслойной. Выбор зависит от материала кровли.
Для изготовления сплошной обрешетки используют:
- ДВП;
- ДСП;
- ОСП;
- фанеру повышенной влагостойкости.
Разреженную делают из доски или бруса, металла.
Элементы крепятся к стропильным ногам с помощью гвоздей и саморезов. Шаг обрешетки зависит от материала покрытия и толщины доски. Для 20 мм он составляет 30 см, для 30 мм – 120 см.
Схема и основные элементы
Для выполнения расчёта стропильной системы нужно ознакомиться с её базовой схемой, основными и вспомогательными элементами.
Основные элементы стропильной системы
К основным элементам относятся (см. рис. ниже):
- Мауэрлат. Представляет собой брус, зафиксированный по периметру наружных стен с отступом от внешнего края. Крепится к стене. Мауэрлат рассредотачивает нагрузку от давления стропил, связывает стропильную систему со стенами дома, является основой кровли.
- Конёк. Верхняя перекладина для скрепления стропил скатов крыши. Высота расположения конька находится в зависимости от угла наклона скатов. Придаёт системе жёсткость и прочность.
- Центральные стропила скатов. Осуществляют опору концов конька на боковые стороны мауэрлата. Таких элементов в системе 4 шт. — по 2 шт. на каждом скате.
- Центральные стропила вальм. Осуществляют опору концов конька на торцевые стороны мауэрлата. Таких элементов в системе 2 шт. — по 1 шт. на каждой вальме.
- Накосные ноги (диагональные, угловые стропила). Соединяют углы мауэрлата с торцами конька. Являются частью несущей конструкции. В стропильной системе их 4 шт.
- Промежуточные стропила скатов. Устанавливаются параллельно центральным стропилам ската между ними с одинаковым шагом, опираясь на боковую часть мауэрлата и брус конька. Если длина конька незначительна — могут не применяться.
- Укороченные стропила скатов. Устанавливаются параллельно центральным стропилам скатов и имеют переменную длину — чем ближе к углу, тем короче. Опираются на боковую часть мауэрлата и накосные ноги. Количество элементов зависит от шага монтажа.
- Укороченные стропила вальм или нарожники. Устанавливаются параллельно центральным стропилам вальм и имеют переменную длину — чем ближе к углу, тем короче. Опираются на торцевую часть мауэрлата и накосные ноги. Количество элементов зависит от шага монтажа.
Схема и основные элементы стропильной системы
Элементы усиления вальмовой стропильной системы
Вышеперечисленные элементы являются базовыми, основными. Прочие элементы предназначены для усиления основных и применяются в ответственных постройках, например, для жилых домов:
- Вертикальные стойки для подпора конькового бруса. Опираются на ригели (см. ниже), уложенные параллельно торцу дома или лежень, расположенный по продольной оси строения (если под ним — капитальная стена).
- Ригели или затяжки. Связывают попарно стропильные ноги скатов. Служат опорой стойкам и диагональным подкосам (см. ниже). Могут служить балками перекрытия, если они встроены в мауэрлат или установлены непосредственно в продольные стены дома. Если затяжки расположить ближе к коньку, они станут основой потолка чердачного помещения.
- Диагональные подкосы (раскосы). Применяют для увеличения жёсткости системы, если длина стропил более 4,5 м. Применение подкосов позволяет снизить сечение стропил, которые они усиливают.
- Шпренгель. Балка, устанавливаемая в углах мауэрлата. Служит для монтажа стойки, подпирающей и усиливающей накосную ногу.
- Ветровая балка. Служит для сопротивления деформации стропильных ног при порывистых, сильных ветрах. Крепится на стропила скатов изнутри, наискосок, с одной или обеих сторон — зависит от ветровой нагрузки в районе строительства.
- Кобылка. Элемент меньшего сечения, чем сами стропила. Удлиняет ногу стропил для организации свеса кровли в случае, когда единый элемент не получается из-за ограниченной длины пиломатериала или из соображений экономии.
Элементы усиления
Местоположение дома на участке
В доме под вальмовой крышей все четыре стены равнозначны, входная группа может быть расположена с любой стороны. Вход же в здание с двухскатной крышей чаще располагают с торца, защищая его козырьком. При выборе местоположения дома на участке это соображение стоит учесть. Четырехскатная крыша обеспечит большее пространство для маневра, украшенный такой крышей дом может быть ориентирован как угодно и расположен в любом месте участка – и при этом он будет смотреться красиво и гармонично. С этим соображением удивительным образом связан и следующий фактор – климатические условия местности.
Классификация вальмовых крыш
Различия в форме зданий, а также требования к функциональности и практичности традиционной вальмовой кровли способствовали появлению множества вариаций. Если не рассматривать самые экзотические из них, то можно выделить несколько основных типов четырёхскатных крыш.
- Традиционная вальмовая кровля, боковые скаты которой доходят до уровня карниза. Для сооружения её основных поверхностей применяют прямые стропила, а рёбра вальм образуют брусья, отходящие от окончаний конька. Проработанная конструкция и распределение веса кровли на увеличенную площадь позволяет не только расположить свесы на одной линии, но и увеличить их вылет. Благодаря этому фасад здания надёжно защищается от дождя даже при сильных порывах ветра.
В скаты классической вальмовой крыши нередко встраивают элементы остекления
- Шатровую крышу можно установить на дом, который в плане имеет форму квадрата. Особенностью такой конструкции являются скаты одинаковой конфигурации. Их рёбра сходятся в одну точку, а вальмы имеют форму равнобедренных треугольников.
Шатровые крыши широко используются в современном индивидуальном строительстве
- Полувальмовые крыши получили своё название из-за укороченных вальм. В отличие от традиционной кровли, их длина уменьшается в 1.5–3 раза по сравнению с размерами основных скатов.
Боковые скаты полувальмовых крыш имеют укороченную длину, поэтому до линии карниза не достают
- Датская полувальмовая кровля имеет небольшой фронтон под коньком и короткую вальму со стороны карниза. Подобная конструкция позволяет устанавливать элементы вентиляции и освещения непосредственно в вертикальный торец кровли, тем самым исключая необходимость в установке мансардных окон.
Датский проект хорош тем, что позволяет с лёгкостью обустраивать чердачные помещения
- Полувальмовая голландская крыша имеет вертикальный фронтон, разделяющий вальму на два коротких ската. Стропильная система «голландки» хоть и имеет повышенную сложность, но зато позволяет сделать более просторным и практичным чердачное помещение. Кроме того, эта конструкция отлично подходит для монтажа вертикального остекления в мансарде.
Построенная по голландскому проекту крыша пока ещё редко встречается в нашей местности
- Ломаная четырёхскатная крыша имеет несколько скатов разного размера на одном склоне. Благодаря их различному наклону удаётся увеличить объём подкровельного пространства. Хоть ломаную конструкцию и нельзя назвать простой, дома с такой кровлей встречаются очень часто. Причиной популярности является возможность обустроить дополнительные жилые комнаты на верхнем ярусе. По этой причине крышу с ломаными скатами нередко называют мансардной.
Ломаная крыша несколько утяжеляет архитектуру здания, но зато позволяет обустроить несколько жилых помещений в чердачном пространстве
Существуют и более сложные сооружения из множества вальм, а также те, в которых четырёхскатная крыша комбинируется с кровельными системами других типов. Проектирование и монтаж такой кровли требует многолетнего опыта и знаний, поэтому строительство мудрёной крыши лучше поручить специалистам.
Расчет нагрузок
Следующий этап проектирование – определение состава элементов стропильной системы и их сечения. Для этого выполняют расчет нагрузок, которым подвергается четырехскатная конструкция. Они делятся на три типа:
Постоянные. Их четырехскатная крыша испытывает все время. В этот тип включают вес кровельного пирога, стропильной системы, мансардного пола, если планируется использование чердака как жилого помещения. Не забудьте, что снегозадержатели водосточная система – это тоже дополнительная нагрузка, которую несет на себе крыша.
Временные. Действию этих нагрузок конструкция подвергается не постоянно, а лишь время от времени, в остальные же периоды оно минимально. Речь идет о снеговой и ветровой нагрузке, вес талой и дождевой воды, массе человека, производящего ремонт и обслуживание крыши.
-
- Особые. Этот пункт актуален для жителей районов с повышенной сейсмической или ураганной опасностью. Четырехскатную крышу проектируют с учетом возможных экстремальных нагрузок, чтобы обезопасить находящихся под ней людей.
Суммируя значения всех нагрузок, определяют общую, которая, в зависимости от используемого кровельного материала может достигать 180-250 кг на квадратный метр. Исходя из этой цифры определяют количество элементов стропильной системы и их сечение, сверяясь со справочной таблицей. Более сложные системы удобнее рассчитывать в специальных программах, результатом работы которых является готовая схема стропильной системы крыши четырехскатного типа.
Почему же четырехскатная крыша популярнее двухскатной?
«Зачем же лишняя головная боль и сложности?», — спросите вы: «Ведь можно соорудить простую двускатную кровлю гораздо быстрее и дешевле». Здесь мастера подчеркивают некоторые важные моменты в пользу выбора именно четырех скатов для крыши:
- Высокая ветроустойчивость. Четырехскатная кровля не имеет фронтонов, все ее плоскости наклонены к коньку. Такое строение минимизирует воздействие сильного ветра и сводит к «0» возможные разрушительные последствия.
- Наиболее удачное распределение нагрузки. Многоскатная кровля выдерживает максимальное количество осадков, так как пологие скаты принимают часть основной нагрузки. Поэтому, провисание, деформация и разрушение стропильной системы, в данном случае, имеют минимальную вероятность.
- Доступность выбора любого способа утепления крыши. Прямые фронтоны требуют особого подхода при выборе вида утепления крыши, так как расположены вертикально и подвержены продуванию ветром. Пологие скаты вальмовых и шатровых систем позволяют равномерно утеплить крышу любым доступным материалом.
Кроме перечисленных «плюсов», крыша с четырьмя скатами отлично сберегает тепло, может быть облицована любым кровельным материалом и всегда имеет аккуратный вид.
Составные части крыши
Двускатная крыша — самая распространенная конструкция в частном строительстве. Представляет собой две плоскости, наклоненные в противоположные стороны под углом к горизонту 20-42°, соединенные в вершине — коньке.Благодаря такой форме снег, дождь и талая вода стекают с поверхности крыши, не задерживаясь. При увеличении угла наклона возрастает парусность конструкции, что при сильных порывах ветра может привести к отрыву.
Несущий каркас крыши состоит из стропильной системы, которая включает элементы:
- Мауэрлат — опорная балка, расположенная по периметру дома в верхней части стен. Нагрузка от вышележащей конструкции, снега и ветра передается коробке через нее.
Крепление мауэрлата
Мауэрлат
Стропильные ноги или стропила — наклонные элементы, которые монтируют с шагом 80-200 см и соединяют горизонтальными прогонами. Передают усилия от кровли на мауэрлат. По виду опирания их разделяют на наслонные или висячие.
Крепление стропильной ноги к мауэрлету.
Конек — горизонтальный брус для крепления стропил, верхняя точка крыши.
Стойки, подкосы, распорки, ригели — горизонтальные, вертикальные и диагональные элементы для придания жесткости каркасу.
Лежень — горизонтальный брус для опирания стоек, уложенный на внутреннюю несущую стену.
Обрешетка, настил — основание для слоев кровельного пирога, добавляет стропильной системе устойчивость.
Кобылка — элемент, удлиняющий стропила. Применяют при недостаточной их длине для формирования свесов.
Затяжка — потолочная балка, элемент перекрытия этажа или усиливающая стропильную систему горизонтальная связь.
По обрешетке монтируют слои гидро-, шумо- и пароизоляции, утеплитель, если чердак жилой, и кровельные материалы.
Стропильная система двускатной крыши в частном строительстве обычно изготавливается из дерева. Материал доступен, прост в обработке, позволяет возводить легкие пространственные конструкции, не перегружающие стены и фундамент.
Схемы стропильной системы двухскатной крыши.
Иногда для сооружения каркаса применяют металлический прокат — швеллеры, трубы, двутавры, уголки. Такой способ в индивидуальном строительстве используется значительно реже. Конструкции из стали дороже, сборка требует профессиональной квалификации и оборудования.
Сечения стандартных несущих элементов составляют:
- мауэрлат (лежень) — брус толщиной от 100, высотой от 150 мм, бревно диаметром 170-190 мм;
- стропила — брус 50х150, 100х150 мм, стесанные на один кант бревна, доски, уложенные на ребро;
- стойки — 100х100 мм;
- доски обрешетки — толщина 25 мм.
При больших пролетах домов и высоких нагрузках размеры сечений несущих элементов определяют расчетом на прочность.При соответствующей подготовке антисептиками древесина устойчива к гниению. Специальные составы — антипирены — защищают материал от возгорания.
Помимо несущего каркаса и покрытия крыша содержит элементы:
- свесы — выступающие за пределы наружных стен продолжения скатов, оберегают ограждающие конструкции от стекающей воды;
- ендовы, разжелобки — элементы для обустройства стыков при пересечении плоскостей кровли, необходимый узел в кровлях, состоящих из нескольких двускатных форм.
С боков крышу ограничивают фронтоны — части стен треугольной формы. Чердак может выполнять функции мансарды и использоваться как жилое помещение для постоянного или временного проживания.
Сравнение двускатной и четырехскатной крыши
Для того чтобы подвести итоги сравним обе конструкции по основным показателям:
- Устойчивость к атмосферным воздействиям. В данном сегменте очевидное лидерство у четырехскатной конструкции, однако, у нее высокая теплоотдача, поэтому в снежных регионах она нуждается в качественном утеплении.
- Дизайн. Четырехскатная крыша – это эталон европейской лаконичности, имеющий более солидный и респектабельный внешний вид. Двускатная конструкция в независимости от ее архитектурного исполнения считается более простой и менее привлекательной.
- Проектирование. Двускатную крышу можно проектировать самостоятельно, но шатровая или вальмовая конструкция – это индикатор сбалансированности проекта, подчеркивающий вкус и финансовые возможности домовладельца.
- Финансы. Расходы на кладку стен дома с четырехскатной крышей меньше, а вот на обустройство крыши гораздо дороже.
Как итог, четырехскатная конструкция стоит на 30-40% дороже в сравнении с двускатной крышей, однако нужно учитывать расходы на обустройство фронтонов, в результате чего экономия сводиться к нулю
Расходы практически одинаковые, но если обратить внимание на внешний вид и достоинства, то становится понятно, что четырехскатная конструкция – это лучшее решение, сочетающее в себе практичность, привлекательный внешний вид и высокую надежность
Каким требованиям нужно следовать во время возведения стропильной системы
Жесткость
Очень важно, чтобы все элементы крыши, включая соединительные точки, были достаточно жесткими, и не деформировались под воздействием силы сдвига и распора. Вся конструкция должна представлять собой треугольник. Такую же форму придают и рамам, закрепляющимся параллельно друг другу
Благодаря их жесткому закреплению, крыше придается достаточная устойчивость. Если же фермы получатся подвижными, с большой долей вероятности в будущем может случиться беда. Такую крышу можно считать недоделанной, а значит, она может не только разрушиться сама по себе, но и обвалить стены.
Такую же форму придают и рамам, закрепляющимся параллельно друг другу. Благодаря их жесткому закреплению, крыше придается достаточная устойчивость. Если же фермы получатся подвижными, с большой долей вероятности в будущем может случиться беда. Такую крышу можно считать недоделанной, а значит, она может не только разрушиться сама по себе, но и обвалить стены.
Малый вес
Нельзя, чтобы крыша была тяжелой, поэтому стропильную систему двускатной крыши изготавливают из древесины. Если же крыша получается достаточно увесистой, то несущее основание изготавливают из металлических элементов. Как вариант, используют хвойное дерево, выше первого сорта с влажностью менее 18 %. В этом случае все элементы из дерева обязательно обрабатывают антисептическими и антипиреновыми средствами. Такая обработка стропил, как правило, выполняется еще до монтажа. Лишь после такой обработки можно быть уверенным в том, что система стропил двухскатной крыши будет достаточно прочной и крепкой.
Высококачественный материал
Выбирая материал для стропильной системы, нужно обращать внимание на его качество. Древесина для стропильной системы должна обладать следующими качествами:
- Подходит дерево 1-3 сорта. Допускается минимальное количество сучков и трещин. На каждом метре может присутствовать не более 3 сучков диаметром менее 3 см. Возможно наличие трещин лишь с частичным углублением, их длина не должна превышать ½ протяженности доски. Несущие конструкции изготавливают из деревянных элементов толщиной не менее 5 см, площадью от 40 см2.
- Доски из древесины хвойных пород могут иметь длину не более 6,5 метров, а из лиственных – не более 4,5 метров.
- Мауэрлат, подушки и прогоны изготавливают из лиственного дерева твердых сортов. Они подвергаются обработке антисептиком.
