Конструкция стропильной системы четырехскатной крыши

Как выбрать тип стропильной системы для 4-скатной кровли?

При отсутствии центральной опоры кровли, выбор делается в пользу висячей стропильной системы. Если для каждой стропилины можно найти верхнюю и нижнюю опоры, то следует выбрать наслонную конструкцию. Этот вариант проще и доступней для непрофессиональных мастеров. Нужно лишь запомнить два главных условия: при жестком креплении низа и верха стопил, необходим усиленный мауэрлат, так как на него передается распор; при шарнирном креплении или полужестком соединении (например, верх шарнирный, а низ – жесткий или наоборот), мауэрлат усиливать не нужно:

Выбор одного из видов четырехскатной кровли должен быть обусловлен формой самого дома. Для квадратных домов возводятся шатровые стропила, для прямоугольных – вальмовые. Также, можно встретить сложные многоскатные крыши комбинированного вида, которые содержат и вальмовые и шатровые элементы.

И вальмовые и шатровые конструкции сохраняют основные функции двускатной кровли (например, возможность обустройства мансарды) и смотрятся очень эстетично:

Стропильная система

Система четырехскатной крыши, как правило, имеет стропильную конструкцию, в основе которой — древесина хвойных пород. Необходимо брать материал, который обладает влажностью в пределах 20-25 процентов. Все деревянные составляющие до начала проведения строительства необходимо обработать антипиренами и антисептическими составами. Для изготовления стропил необходимо использовать обрезную доску, толщина которой равна 5 сантиметрам. Тогда как ширина может изменяться в пределах от 15 до 25 сантиметров. Можно использовать прямоугольный брус, который отвечает рассчитанным предварительно нагрузкам. Для того чтобы усилить стропила, нужно осуществить соединение двух досок. Помимо стропил в конструкцию необходимо включить подкосы, шпренгели, ригели, затяжки, а также другие конструктивные детали, которые призваны обеспечивать прочность и жесткость всей системы.

Как правильно рассчитать нагрузки на стропильную систему

На стропильную систему оказывается два типа нагрузок: постоянные и временные.

Постоянные включают в себя вес обрешетки, утеплителя, изоляционных материалов, кровельного покрытия.

К временным нагрузкам относятся вес снежного слоя, находящихся на кровле людей, оборудования.

Технология возведения кровли в соответствии со СНиП принимает за среднюю величину показатель 180 кг на квадратный метр. Но в случае образования снегового мешка на одном из участков цифра увеличивается до 400 кг на один квадратный метр. Нагрузку снегового слоя можно не учитывать лишь в случае наклона скатов больше 60 градусов.

Интенсивность ветровых нагрузок также следует брать в расчет, но они значительно меньше, чем нагрузка слоя снега. Средний показатель может быть в пределах 35 кг на квадратный метр. Ветровую нагрузку можно игнорировать, если величина угла наклона скатов не превосходит 30 градусов.

На стропила может оказываться также дополнительная нагрузка. В качестве таковой выступают крепящиеся к стропилам подвесные конструкции, водонагревательные баки, закрепленные в чердачном помещении вентиляционные камеры.

При проектировании системы стропил необходимо сделать два расчета.

Первый – это оценка степени прочности конструкции. Она необходима для уверенности в том, что конструкция выдержит оказываемое на нее давление.

Второй расчет делается для оценки степени деформации элементов конструкции. К примеру, прогиб стропил кровель мансардного типа должен быть меньше 1/250 его длины.

Для изготовления стропильной системы используется прямоугольный брус. Данная форма позволяет стропилам выдерживать максимально возможные для конкретного случая нагрузки. В качестве альтернативного варианта применяют доски размером 5х15 и 5х20 см.

При необходимости используются спаренные варианты.

Оптимальным выбором для создания системы стропил является древесина хвойных пород деревьев: лиственницы или сосны, влажность которой не превосходит 18–22 %. Другой важный момент: пиломатериал должен быть без сучков, других неровностей, пороков.

Изготовленные из металла элементы также могут выступать в роли опор для наиболее нагруженных коньковых прогонов, а расположенные между ними прогоны заполняют опорами из дерева.

Конструкции комбинированного типа отличаются высоким уровнем прочности и дают возможность создания безраспорно-наслонных стропил.

Проектирование и расчет стропильной системы надо проводить как можно более тщательно для обеспечения надежности и прочности конструкции.

Вальмовая крыша: зарубежная классика

Согласно строительным нормам, на вальмовых крышах нужно устанавливать стропила, которые направлены к углам стен. Вот эти стропильные ноги и называются диагональными, или накосными. Диагональные стропила сами по себе длиннее, чем обычные, и на них еще набивается укороченные стропила, которые называются нарожниками.

Именно накосные стропила несут нагрузку в полтора раза больше, чем обычные. Поэтому длина диагональных стропил всегда больше длины досок, причем такие стропила еще и делает еще спаренными.

Именно спаривание накосных стропильных ног решает такие задачи, как способность нести увеличенную нагрузку, возможность использования длинной не разрезанной балки и применение деталей уже определенного размера. Причем сдвоенные стропила при этом еще и позволяют применять для их устройства те же доски, что и для обычных стропил. Другими словами, доски одной высоты для изготовления стропил упрощают конструктивные решения узлов крыши

Что строительства беседки важно, если вы взялись за все это самостоятельно!

Вот вариант самой простой вальмовой крыши, с незатейливой, но прочной стропильной системой, с которой справится любой человек без какого-либо предыдущего опыта строительства:

Как вы наверняка заметили по пошаговым фотографиям, боковые стропильные ноги затянуты между собой ригелями – для особой прочности и надежности. К таким затяжкам вам будет удобно приделать внутренние светильники для беседки или украсить их какими-то модными стильными элементами.

По этой же схеме получается достаточно прочная и надежная вальмовая крыша и для больших размеров беседки:

Очень необычно и оригинально на беседке выглядит даже самая простая вальмовая крыша, но со скругленными углами:

Но учитывайте, что чем большую крышу вам нужно построить на беседке, тем больше в ней будет стропил и тем сложнее будет ее структура. Например, вот стандартный и проверенный вариант, который вы даже можете взять в качестве чертежа:

Но иногда приходится прибегать и к более сложным вариантам:

Посмотрите, как шикарно выглядит самая стандартная вальмовая крыша на застекленной беседке – это настоящий маленький домик!

Подбирая в процессе проектирования длину конька (что возможно только у четырехскатной крыши), вы полностью меняете внешний вид крыши и ее дизайн. Вот пример короткого конька, который делает крышу кажущейся более массивной, солидной:

Еще одно интересное видео постройки таких беседок, где отлично показан каждый шаг:

Размеры обрешётки

Методика расчета обрешетки достаточно проста. Для нахождения параметров обрешетки знать площадь кровли и размер пиломатериалов.

К примеру, S крыши — 100 м², а параметры доски 25×150×4000 мм (толщина, ширина и длина), то:

  • площадь одной доски = 0,15 * 4 = 0,6 м²;
  • количество досок для обрешетки 100 / 0,6 = 167 шт.;
  • объем (в м³) одной доски 0,15 × 0,025 × 4 = 0,015 м³;
  • объем всех досок 100 × 0,015 = 1,5 м³.

Для обустройства сплошной обрешетки потребуется 1,5 м³ досок. Для разреженной — нужно выполнить корректировку расчетов. Вносится новая составляющая – шаг между досками.

Если планируется сделать сплошную обрешетку, то достаточно взять удельный вес материала, который планируется использовать. Например, вес плиты ОСП или фанеры составляет 650 кг/м³.

Желание использовать подкровельное пространство

Обустроить мансарду при желании можно как под двухскатной, так и под вальмовой крышей. Однако полезная площадь этого помещения будет выше в случае двухскатной кровли. Еще один немаловажный плюс – в такой мансарде можно легко и дешево организовать естественное освещение, предусмотрев оконные проемы на фронтонах. В них можно установить обычные окна и даже выход на балкон, в то время как в плоскость скатов можно устанавливать только особые мансардные окна – более дорогие и менее надежные.

Вальмовая крыша дома под черепицей Braas Франкфурт

Правда, существует одна хитрость, позволяющая увеличить полезную площадь мансарды даже под вальмовой крышей – речь идет о возведении аттиковых стен. Но это решение потребует вдумчивого проектирования, профессионального монтажа и вложения дополнительных средств.

В пользу четырехскатной крыши будет говорить тот факт, что пространство под ней прогревается более равномерно, обеспечивая более комфортные условия для жильцов. Двухскатная крыша этим похвастать не может.

Кровельный пирог, схема в разрезе

Требования к пирогу стандартные – укладываемые слоями материалы должны обеспечивать хорошую герметичность и изоляцию при сроке службы, как минимум совпадающим с долговечностью используемых пиломатериалов в каркасе и обрешетке. Стандартная схема включает обрешетку и контробрешетку, слой гидроизоляции и кровельное покрытие. 

Отличия для жилых и нежилых домов

В домах с жилыми мансардами или эксплуатируемым подкровельным пространством в схему добавляют тепло- и пароизолирующие прослойки.

Слои пирога укладываются с обязательными вентзазорами:

  • 1-2 см — от паробарьера до внутренней обшивки;
  • 2 до 4-5 см – от верхнего слоя утеплителя до гидроизоляции;
  • 2-3 см и выше – от гидроизоляции до покрытия.

Пирог выполняется дышащим и продуваемым, за 4-5 см до места примыкания к коньковому брусу теплоизолирующая прослойка остается открытой. 

Отличие между домами постоянного проживания, периодически посещаемыми дачами и нежилыми строениями проявляются в паропроницаемости используемых материалов. В первом случае акцент делается на правильном вентилировании самого пирога и заложении возможности вывода конденсата изнутри. В остальных – на обеспечении максимальной защиты от внешних атмосферных воздействий.

На нашем сайте есть публикации о том, как построить четырехскатную кровлю своими руками, в том числе, для дома с мансардой и беседки.

Рекомендации по обустройству стропильной системы

Когда устанавливаются диагональные стропила, их необходимо укрепить не только к мауэрлату, но еще и с помощью нарожников. Эти элементы выступают в качестве укороченных стропильных ног и выполняют функцию, которая заключается в поддержке накосных стропил. Если предстоит работать со значительной площадью крыши, то нужно смонтировать шпренгельные фермы, именно они станут принимать на себя определенную часть нагрузки, которая оказывается накосными стропилами. При монтаже шпренгельных ферм необходимо установить затяжки, на которые они будут опираться. В некоторых случаях их фиксируют на имеющиеся интервальные балки. Помимо прочего, необходимо будет установить подкосы, стойки, ригели, затяжки — они станут создавать жесткий каркас и примут на себя долю нагрузки от стропил.

Преимущества и недостатки четырехскатных крыш

Прежде всего следует рассмотреть плюсы и минусы четырехскатной крыши для беседки, что позволит разобраться с целесообразностью ее обустройства. И следует отметить, что преимуществ у таких конструкций немало:

  1. Привлекательный внешний вид. В отличие от двухскатной крыши, такие кровельные конструкции выглядят более интересно, являясь отличным вариантом для прямоугольных и квадратных беседок.
  1. Для создания четырехскатной крыши для беседки своими руками подходят любые виды кровельного материала.
  2. Такая крыша не препятствует свободному обзору из беседки.
  3. Практичность и надежность. Ввиду низкой парусности такие конструкции способны выдержать высокие ветровые нагрузки. При правильном расчете угла наклона ската можно также избежать скоплений снежных масс в зимний период.
  4. Крыша данного типа не нуждается в серьезном ремонте.
  5. Сделав четырехскатную крышу беседки своими руками с большими свесами, можно достичь своеобразного эффекта теплоизоляции. В таких конструкциях в течение долгого времени удерживается тепло, что является особенно актуальным для посиделок в прохладные осенние вечера.
  6. Благодаря тому, что скаты находятся со всех сторон, обеспечивается лучшая защита от дождевой воды.

Четырехскатная крыша в китайском стиле — края в этом случае немного подогнуты

Помимо преимуществ, конструкция четырехскатной крыши для беседки имеет и определенные недостатки, основным из которых является необходимость точного расчета и замеров.

Ошибки и рекомендации по строительству

Основные ошибки, допускаемые на монтаже стропильной системы шатровой крыши, а также рекомендации , как их избежать можно представить следующим перечнем:

  • Неправильный расчёт «на глазок» угла наклона скатов приводит к тому, что кровля не выдерживает снеговой нагрузки и теряет свою целостность. Нужно обязательно рассчитывать степень наклона вальм шатровой крыши, пользуясь нормами СНиП 2.01.07-85.
  • Со временем элементы стропильного каркаса могут деформироваться, загнить от плесени, грибков и от насекомых древоточцев. Перед началом монтажа стропила, нарожники и все деревянные элементы надо обработать антисептиком.
  • Некачественный крепёж может привести к обрушению кровли. Для соединения деталей нужно использовать качественные метизы и в надлежащем количестве.

Конструкция шатровой крыши

В основе конструкции обязательно присутствует мауэрлат (мощный брус или бревно), сбитый в цельную раму по форме основания и уложенный поверх армопояса. Вся система стропил привязана к мауэрлату. Выглядит она как четыре наклонных бруса сечением 50 на 100 мм, скреплённых в центре крыши (размер бруса зависит от габаритов и веса будущей кровли). Если дом сложен из камня или кирпича, в качестве мауэрлата выступает верхняя обвязка стеновой панели, в деревянных постройках — верхний венец сруба. Мауэрлат обязательно гидроизолируют (например, рубероидом). Потом его закрепляют на внутренней верхней части подготовленных и выровненных стен.

Коньковый узел шатровой крыши соединяется в одной точке

Постройка четырёхскатной крыши требует использования большого количества деревянных элементов. Перед использованием их следует обработать противопожарным и антисептическим средством.

Для возведения строений с эркером шатровая крыша не подходит, так как форма коробки у неё квадратная. Поэтому обычно используется полувальмовый тип крыши.

Виды стропильных систем для шатровой крыши

По своей структуре стропильная система будущей шатровой крыши бывает или наслонной, или висячей. Висячая стропильная система отличается тем, что её балки опираются прямо на стены. Она чаще всего применяется при большом размере пролётов, когда другой опоры нет, а подпорки не предусмотрены. При таком варианте образуется горизонтальная распирающая сила, и чтобы её уменьшить, используют затяжки.

Наслонную систему не рекомендуется использовать при угле скатов свыше 40°

Процесс строительства и ремонта такой крыши сложен, поэтому обычно предпочтение отдаётся наслонной стропильной системе. Она более удобна с точки зрения монтажа и эксплуатации, а нагрузка на стены практически отсутствует. Для её установки подойдёт крыша, имеющая наклон не более 40 градусов. Для монтажа необходима несущая внутренняя стена или дополнительные опоры по центру крыши. Распоры на стены в этом случае не нужны, так как у крыши имеются опоры на пике и на стропильных ногах.

Благодаря дополнительным опорам наслонная стропильная система более удобна для монтажа и эксплуатации

Допустимый размер пролёта — около 4,5 м. Если он больше и одной центральной опорой ограничиться нельзя, то устанавливаются подкосы.

Подкосы — это опоры для стропильных ног

Элементы стропильной конструкции

В стропильную систему шатровой крыши входят следующие основные элементы:

  • мауэрлат — опорный каркас для нижней части стропил;
  • диагональные или накосные стропила, установленные по углам основного каркаса;
  • нарожники — укорочённые стропила, прикрепляемые к накосным;
  • стойки и подкосы — опоры для стропильных ног;
  • лежни — укладываются на столбики из кирпича в качестве подпорок для подкосов и стоек;
  • ригели для упора стропильных ног друг в друга возле пика;
  • прогоны — параллельные мауэрлату балки (используются в зависимости от типа конструкции и имеющихся опор);
  • шпренгели — дополнительные опоры для придания постройке жёсткости.

Стропильная система из металлического профиля

Стропила из металлических ферм обладают большой прочностью и выдерживают значительные нагрузки, что делает здание более долговечным. Металлические фермы можно эксплуатировать более 100 лет. Обычно их используют, если длина скатов превышает 10 метров. Собрать такую конструкцию проще, чем деревянный каркас, так как можно приобрести уже готовые для монтажа элементы. Минус металлических ферм только в том, что их сложнее утеплять. На них появляется конденсат, который оказывает разрушительное воздействие на кровельный пирог. Поэтому для жилых строений предпочтительнее дерево.Можно также комбинировать металлические и деревянные стропила. Но при этом деревянные части должны быть хорошо обработаны антисептическими средствами.

Металлические стропила чаще используются для промышленных зданий

Характерное строение

Крыши отличает от других конструкций отсутствие подкровельных вертикальных плоскостей – фронтонов. Их место занимают треугольные скаты кровли – вальмы.

За счёт наклонных плоскостей ощутимо сокращается объём крыши, а площадь кровли значительно увеличивается. Это способствует равномерному прогреву чердачного пространства и мансардных помещений.

Вальмовая стропильная система имеет ряд особенностей:

  • накосные стропилины;
  • опоры для диагональных стропильных ног;
  • нюансы опирания накосных стропил;
  • особенности нарожников.

Накосные стропильные ноги

Накосные элементы вместе с мауэрлатом образуют два противоположных треугольника. Эти две геометрические фигуры, заполненные кровельным пирогом, называют вальмами. Отсюда и происходит название всей крыши.

Накосные стропилины вместе с мауэрлатом образуют раму (вальму), заполненную нарожниками. Вальма принимает на себя довольно большую часть общей нагрузки от кровли крышу. Это самые мощные балки стропильной системы. Если элементы каркаса крыши изготавливают из пиломатериалов в большинстве случаев одинакового сечения, то сечение накосных стропил будет больше почти в 2 раза.

Например, рядовые стропила делают из досок 50 х 120 мм, то накосные ноги будут состоять из двух досок или бруса 100 х 100 мм или 100 х 150 мм.

Типы опор

Кроме основных точек опоры накосных стропил устанавливают дополнительные опорные элементы, принимающие нагрузку на себя, и передающие её затем на стены дома. К ним относятся следующие конструктивы:

  • Стойки. Их устанавливают на несущих балках или железобетонных плитах перекрытия. Стойками разгружают накосную балку, устанавливая её где-то посередине пролёта стропила. Вертикальные опоры изготавливают из того же пиломатериала, что и рядовые стропильные ноги.
  • Подкосы. Как правило, это опорные элементы, связывающие диагональные стропила с лежнями. Лежни – это тот же мауэрлат, только уложенный на поверхности внутренних стен дома. С помощью подкосов удаётся передать существенную часть нагрузки от крыши на внутренние конструкции здания.
  • Шпренгели. В угловых опорных узлах соединений накосных стропил с мауэрлатом происходит критическое нарастание силового напряжения. Чтобы снять перегруз, смежные стороны мауэрлата соединяют доской или брусом (шпренгелем). Шпренгель становится своеобразной площадкой, на которую устанавливают стойку для диагональной стропилины.

Устройство шпренгеля:

Если нужно максимально разгрузить участок стропильной системы, то дополнительные опорные элементы составляют из сдвоенных профилей пиломатериалов.

Нюансы опирания

Диагональные стропилины опирают на коньковый прогон разными способами. Один из них – это когда на концах стропил делают запилы, с помощью которых обеспечивается плотное прилегание к коньковому прогону. В другом случае доборными деталями наращивают консоль конька для опирания накосных балок.

При наличии центрального нижнего прогона шпренгели опирают на него и на мауэрлатные балки. В верхней части каркаса применяют деревянные коротыши, которыми соединят между собой рядовые стропила. Коротыши представляют короткие доски. В качестве крепежа для всех деревянных элементов каркаса крыши применяют саморезы, шпильки, скобы, металлические перфорированные уголки, пластины и болты.

Особенности нарожников

Особенностью этих стропил является то, что они все разной длины. Размер изменяется вместе с изменением расстояния от мауэрлата до диагональной стропильной ноги. По обе стороны от осевого нарожника расходятся балки попарно одинаковой длины. Параллельные балки вверху крепят гвоздями к накосному стропилу. Гвозди вбивают сквозь балку в торцы нарожников.

Нижние концы опирают на мауэрлат или на врезную балку, предварительно сделав в них запилы. Прочность узлов опирания усиливают подшивкой черепных брусков (см. нижний рисунок).

Этапы постройки четырехскатной крыши

Первым этапом постройки крыши является определение предназначения крыши (покрывает мансардный этаж, чердак и т.п.), выбор материала кровли (в зависимости от этого будет определен список материалов для строительства), учет атмосферных условий места, где будет эксплуатироваться крыша (ветер, дожди, снег).

Выбор вальмовой крыши придаст строению большую стойкость к дождевым воздействиям и сделает ее более прочной (стропильная система более надежна). Главное отличие этого вида крыши от двухскатной крыши заключается в том, что в ней вместо боковых фронтонов располагаются два треугольных ската крыши.

При выборе угла наклона скатов следует учитывать уровень осадков и ветровые характеристики местности. При небольших и средних среднегодовых осадках угол рекомендуется выбирать в пределах 4-40 градусов. При обильных снегопадах и затяжных дождях, рекомендуемый оптимальный угол наклона скатов находится в пределах 40-60 градусов.

В качестве материала для кровли может быть: рулонная кровля, черепица или металлочерепица.

В зависимости от всех вышеперечисленных нюансов будет выбрана толщина и другие параметры деревянной составляющей четырехскатной крыши.

Конечным результатом первого этапа является создание схемы будущей крыши, на основе которой будет произведено строительство.

Опишем дальнейшую технологию того, как сделать четырехскатную крышу своими руками.

Второй этап заключается в постройке основания для крыши. Основание используется для равномерного распределения нагрузки с кровли на несущие стены. Строительство четырехскатной крыши предполагает основание, которое можно построить своими силами – деревянный мауэрлат и лежни. Под основание для продления срока службы кровли необходима гидроизоляция. На гидробарьер по внешнему контуру здания располагают мауэрлат (размер этого бруса варьируется, или 100х150 мм, или 50х150 мм.).

Лежни – брус, расположенный в плоскости основания стропильной системы на одинаковом расстоянии от двух боковых мауэрлатов. Он служит опорным элементом для подкосов и стоек, поэтому его укладывают на несущие перегородки (см. чертежи четырехскатной крыши). Крупные кровельные конструкции могут предусматривать несколько лежней.

Третий этап заключается в непосредственном монтаже каркаса крыши (основания, стропила, обрешетка).

Конструктивно различается постройка крыши в доме с существующими перекрытиями или без них (в данном случае нет необходимости в укладке балок перекрытий, на которые будут установлены опоры).

К установке стоек (вертикальных опор каркаса крыши) следует подойти с особой тщательностью. Необходимо точно выдержать угол установки (90 градусов). При малейших отклонениях возможна дальнейшая деформация крыши. Шаг монтажа стоек – до двух метров.

Устройство четырехскатной крыши дома состоит из четырех плоскостей (скатов). Двух трапециевидных и двух треугольных. Трапециевидные скаты будут образованы боковыми стропилами, вальмовые (треугольные скаты) – накосными (диагональными) стропилами.

Упор стропил вверху каркаса осуществляется в коньковый брус (прогон). Данный брус идет поверх вертикальных стоек (возможно пазовое соединение со стойками). Расстояние между стропилами – от 50 до 150 см (согласно плану крыши). Рекомендуемая ширина доски стропил 150 мм.

Крепление каркаса производится с помощью уголков и стальных пластин саморезами (гвоздями). Для укрепления полученной конструкции используют диагональные опоры, подкосы, ветровые балки. Они позволяют увеличить допустимую нагрузку системы.

Поверх стропил укладывается гидроизоляция. Затем делается контробрешетка (бруски, которые крепятся на стропила поверх гидроизоляции). Она нужна для создания вентиляционного канала между кровельным материалом, обрешеткой и гидроизоляцией. Это позволит быстро и эффективно выводить влагу. Далее выполняется обрешетка – горизонтальные доски крепятся от низа до самого верха к контробрешетке (см. схему устройства четырехскатной крыши).

Последним этапом следует монтаж кровельного материала. Монтаж производится в зависимости от параметров материала. Пример монтажа металлочерепицы.

Таким образом, монтаж четырехскатной крыши – достаточно трудоемкий процесс, который требует тщательного подхода. Для более глубокого понимания постройки следует просмотреть фото и видео материалы.