Вальмовая крыша – конструкция и особенности устройства

Расчет стропильной системы вальмовой крыши: как все сделать правильно и избежать ошибок

Первое, что следует сделать перед началом строительства крыши – произвести точные расчеты. Необходимо подробное описание всех соединений и узлов, точный чертеж всей стропильной системы и утверждение этого всего опытным человеком.

Звучит сложно, хотя на деле все проще – не сложнее детского конструктора, важно только все сделать правильно. И, если ищите, как сделать расчет стропильной системы вальмовой крыши, вы найдете здесь всю необходимую информацию!

Что же это за крыша?

Вальмовой называют четырехскатную крышу, у которой одна пара скатов имеет форму трапеции, а другая – треугольника. Эти треугольные скаты и называются вальмами. Слово «вальма» немецкого происхождения и обозначает оно – довольно неожиданно! — стог сена. Вроде бы ничего общего с крышей, но если вспомнить, что для этих земель традиционным кровельным материалом являлась солома, все становится на свои места! Укрытая соломой вальмовая крыша действительно похожа на аккуратный стог.

Треугольные скаты могут занимать либо все пространство от конька до карниза, либо только его часть. В последнем случае крыша будет называться полувальмовой. Такие крыши условно делятся на голландские и датские, в зависимости от того, где расположены вальмы – выше фронтона или ниже.

Устройство вальмовой крыши

Стропильная система, спроектированная при помощи программы-калькулятора

Чтобы иметь представление о том, как сделать вальмовую крышу, следует в первую очередь уяснить для себя, что стропила, с укладки которых начинается процесс монтажа стропильной системы, делятся на два вида:

• Диагональные, направляемые в сторону внешних углов стен;
• Накосные, направленные к внутренним углам.

Диагональные ноги стропил обладают большей длиной, поэтому, в случае их изготовления из доски недостаточной длины, приходится спаривать доски между собой для достижения требуемой длины стропила, как и, впрочем, сам стропила односкатной крыши.

При самостоятельном строительстве крыши следует производить не только расчет вальмовых стропил 4-скатной крыши, но и всех остальных используемых при возведении кровли элементов.

На помощь в данном случае придет теорема Пифагора, знакомая всем еще по школьному курсу геометрии.

Также следует в обязательном порядке приготовить разметочную рейку, на которой следует заранее нанести отметки всех используемых расстояний, чтобы не производить каждый раз повторные замеры, при которых риск ошибки значительно повышается.

Стропильная система полувальмовой крыши наиболее часто изготавливается из досок, размер которых составляет 150х50 миллиметров. Из этих же досок впоследствии также нарезаются рейки, используемые при обрешетке.

Монтаж системы стропил начинается с установки двух типов несущих балок:

1. Балки, устанавливаемые по периметру здания, которые также называются «мауэрлат».
2. Балки, размещаемые поперек здания, на которых устанавливаются стойки, на основе которых создается коньковый пролет из того же, что и стропила, материала.

При помощи рейки и отвеса следует точно разметить местоположение и вертикальность конька, при этом самой главной задачей является точное соблюдение определенных проектом здания размеров в высоту. Для закрепления коньковых стоек используются укосины.

Следующим этапом строительства вальмовой крыши является укладывание диагональных стропил, при котором обязательным условием, как уже было сказано, является проведение точных замеров их длины, рассчитываемой так, чтобы нижняя часть стропила выступала за край стены, создавая что-то наподобие карниза размером 40-50 см, предотвращающего попадание атмосферных осадков и воды, стекающей с крыши, на стены.

Далее производится установка стропил промежуточного типа. Следует уточнить, что промежуточные стропила вальмовой крыши делятся на две категории:

1. Центральные, укладываемые поверх конькового бруса и обладающие большей, чем брус, длиной. Количество данных стропил выбирается в соответствии с длиной здания.
2. Угловые, верхняя часть которых опирается на стропила диагонального типа. Размер данного типа стропил уменьшается по мере их приближения к углу здания.

Важно: количество центральных стропил с каждой стороны пролета конька не должно быть менее трех независимо от длины здания.

Характерные особенности вальмовой крыши

Вальмами называются торцевые наклонные скаты, имеющие форму треугольника и заполняющие участок от конька до карниза. Они располагаются между двумя основными трапецеидальными скатами. Конструкция вальмовой крыши значительно сложнее двускатной, имеет дополнительные опорные узлы и наклонные ребра. Возводится она двумя способами:

• с наслонными стропилами – более простой способ, требующий наличия средней несущей стены;
• с висячими стропилами – при отсутствии центральной, коньковой опоры.

Разновидностями вальмовых крыш являются шатровые и полувальмовые конструкции. В первом случае все скаты имеют форму треугольника. По количеству их может быть четыре и более. Во втором случае наклонные торцевые элементы не доходят до карниза, обрываясь выше нижнего уровня основных продольных скатов. Очертания последних имеют сложную форму, совмещающую в себе прямоугольник и трапецию.

Вальмовая крыша с висячими стропилами должна образовывать уклон порядка 40-60 градусов. Такие конструкции способствуют лучшему схождению снега в зимний период, что означает снижение временных усилий на стропильную систему, а также предотвращают вероятность появления протечек при сильном дожде. В то же время, приходится учитывать увеличенный расход материалов при монтаже крыши и парусность завышенной кровли, влияющую на ветровые нагрузки. Принимая во внимание данные факторы, специалисты утверждают, что приведенные границы угла наклона являются оптимальными. Более точные цифры могут выбираться, исходя из эстетических соображений и размеров мансардного этажа.

Система висячих стропил не имеет конькового прогона. Жесткость обеспечивают верхние ригели, связывающие отдельно устанавливаемые парные ноги в единое целое. При монтаже крыши необходимо четко соблюдать размеры элементов и места расположения стыковочных узлов, а также выверять плоскостную вертикальность собираемых стропильных ферм.

Симметричность и правильную геометрию вальмовых участков крыши обеспечивают крайние стропила, расположенные на одинаковом расстоянии с обоих торцов дома.

В пролетах:

• до 6 метров допускается использовать только нижние затяжки;
• до 7,5 метров устанавливаются дополнительные верхние ригели;
• до 9 метров верх стропильных ферм связывают стойками (бабками) с нижними затяжками;
• до 10 метров систему усиливают еще и подкосами.

Чтобы крыша после монтажа не оказалась перекошенной, еще до начала устройства системы висячих стропил следует проверить горизонтальность мауэрлата или балок перекрытия. При необходимости, выполняют корректировку их пространственного положения. Данный этап работ является очень важным, поэтому отказываться от него нельзя ни при каких обстоятельствах.

Диагональные стропила

Для образования вальм, по углам дома устанавливают наклонные, или накосные стропила. От их грамотного расположения зависит правильность геометрической формы вальмовой крыши и равномерность распределения нагрузок. По сравнению с рядовыми элементами, диагональные стропила работают в усиленном эксплуатационном режиме, поэтому к ним предъявляются повышенные требования, связанные с прочностью и надежностью.

В зависимости от конструктивных особенностей, накосные ноги либо упираются в мауэрлат или угловую балку (распорная система), либо опираются на них (безраспорная система). В верхней части крыши диагональные стропила пристыковывают к коньку, а на них, в свою очередь, крепят полуноги, или нарожники.

Для монтажа накосных элементов используют клееный брус или сращённые доски. Укрепляют вальмовую конструкцию за счет стоек и подкосов. Для их упора, под углом к двум сопряженным стенам укладываются промежуточные балки – шпренгели.

В качестве креплений в стропильной системе применяются металлические пластины, проволочные скрутки, деревянные накладки, хомуты. Их фиксируют гвоздями, болтами и шурупами. Подробные схемы узлов, расчеты, общие чертежи и рекомендации по монтажу вальмовой крыши с висячими стропилами прилагаются к проектной документации.

Устройство стропильной системы вальмовой крыши – Подготовительные работы

Перед тем как сделать вальмовую крышу, требуется знать несколько конструкторских решений, а именно:

Таблица расчета шага стропил вальмовой крыши

• Шаг стропил;
• сечение стропил и накосных ног;
• угол наклона кровельной конструкции.

Шаг стропил, обычно, зависит от назначения подкровельного пространства и ширины строения. Чем больше пролет стропильной ноги, тем меньше шаг. Если пространство под крышей, планируется как мансардный этаж или отапливаемый чердак, то потребуется дополнительное утепление.

Устройство стропильной системы вальмовой крыши – Утепление

В основном, для утепления, используют три вида материала. В зависимости от него, подбирают шаг:

• Жесткие плиты минеральной ваты – шаг стропил: или м;
• пенополистирол – шаг стропил – 0.6 м;
• пенополиуретан – любой шаг.

Схема установки стропил с мансардными окнами

Указанные значения, обусловлены удобством рабочих. Если используется минеральная вата и шаг несущих конструкций м, то обеспечен удобный монтаж стандартных плит, шириной 0.6 м.

Производитель теплоизолятора, рекомендует, чтобы теплоизоляционный материал был на несколько сантиметров шире, чем расстояние между стропильными элементами. Такой подход, гарантирует максимально плотное прилегание и предотвращение появления щелей в будущем. Назначение размера м, допускает укладку плит в две полосы по ширине.

При применении пенополистирола

При применении пенополистирола стандартной ширины 0.6 м, предусматривать установку с распором не требуется. Теплоизолятор удерживается, между несущими конструкциями, за счет клея, специальных гвоздей и нижней обрешетки. Возникшие щели, между деревянными элементами и плитами, заполняют монтажной пеной или герметиком.

Пенополиуретан в виде пены, может принимать любую форму конструкции. Поэтому, не требует строгих расстояний, к шагу стропил.

Если устанавливаются мансардные окна

Если устанавливаются мансардные окна, нужно обязательно учесть их размеры. Зазор между наклонными балками делается на 4-6 см больше ширины окна. Если не планируется утепление крыши, то удобный шаг стропил, будет не больше метра.

Опирание накосных стропильных ног на шпренгель

Сечение стропил утверждается после расчетов. Но, если нет ни каких нюансов, можно применить следующие значения для пролетов:

• 3 м – 5х15;
• 4 м – 5х20;
• 5 м – 7,5х17,5;
• 6 м – 7,5х200.

Выше приведены значения, для шага стропил 0,9. Если требуется увеличение расстояния, то необходимо увеличить и сечение. Сечение накосных ног, так-же делается чуть больше.

Плюсы и минусы вальмовой крыши

Прежде чем начать любое строительство каждый захочет познакомиться с особенностями сооружаемой конструкции.

К основным преимуществам вальмовой крыши специалисты относят следующее:

• в конструкции отсутствуют вертикальные стороны. Такая особенность позволяет более надёжно противостоять давлению воздушных масс. Поэтому, если в вашей местности преобладают сильные ветра, то вальмовая крыша – это то, что вам нужно;
• сама конструкции стропильной системы делает кровлю довольно прочной и мало подверженной деформации. Но такое будет истинным, если расчёт вальмовой крыши сделан правильно;
• наличие четырёх скатов делает возможность создавать свесы по всему периметру дома, что позволяет более надёжно защитить стены от воздействий атмосферных осадков;
• обладает привлекательным внешним видом.

Последнее обстоятельство может существенно помочь, если Вы решили встроить мансардный этаж в уже эксплуатируемое здание. В этом случае вальмовая крыша зрительно уменьшит высоту дома, что улучшит его эстетический вид.

Но и такая конструкции не лишена своих недостатков. В первую очередь, как уже говорилось выше, это довольно сложное устройство. Возвести такой кров, может быть под силу только при наличии определенных навыков. К тому же большое количество материалов увеличивает стоимость строительства объекта.

Еще одним недостатком вальмовой крыши является то, что скаты по всему периметру дома будут отнимать много свободного пространства. Такое обстоятельство может помешать постройки большой комнаты на мансардном этаже.

Устройство стропильной системы

Основой четырехскатной крыши является стропильная система с усиливающими элементами. Однако не менее важны и другие детали конструкции, которые обеспечивают необходимую прочность и надежность.

Опорная балка

Для обеспечения надежного соединения стропил с несущими стенами и равномерного распределения нагрузок монтируется мауэрлат. Это брус или балка, закрепленная на верхней части стен по всему периметру дома.

Обычно применяется деревянный брус размером 10х10, 10х15 или 15х15 см. Он должен располагаться строго горизонтально и формировать непрерывную опорную раму.

Накосные ноги

В месте соединения длинных и коротки скатов четырехскатной кровли, с двух сторон дома, устанавливаются наклонные стропильные пары – накосные ноги. Длина стропил в них превышает длину других стропил, формирующих скаты.

Кроме того нагрузка на данный элемент возникает повышенная. С учетом этого, для изготовления ног, как правило, используются спаренные доски. Общий их размер достигает 10х15 или 10х20 см.

Коньковый брус

В вальмовых крышах стропильные ноги в верхней части соединяются брусом, получившим название коньковый прогон или конек. Он обеспечивает жесткость всей стропильной системы и служит верхним упором для стоек.

В шатровой конструкции такого элемента нет. Для конька чаще всего применяется брус 10х10 см.

Схема обустройства несущей конструкции

Основу несущей конструкции крыши составляют стропила, которые, по сути, формируют ее силовой каркас. В вальмовых крышах, помимо накосных ног, используется два вида стропил – основные стропильные ноги (пары) и нарожные (укороченные) стропила.

Стропильные пары формируют длинные скаты, опираются внизу на мауэрлат, а вверху в коньковый брус. Их конструкция аналогична стропилам двухскатной крыши.

Нарожные стропила соединяют накосные ноги с мауэрлатом. Выбор сечения стропил приведен выше.

Укрепляющие элементы

Стропильная система должна быть прочной и жесткой конструкций. Для укрепления стропил применяются такие элементы:

1. Стойки – вертикальные брусья, подпирающие стропильную систему и удерживающие ее на нужной высоте.
2. Шпренгели – наклонные элементы, подпирающие стропила короткого ската.
3. Лежень – брус, служащий опорой для стоек. Он укладывается на внутренние стены или перекрытие.
4. Ригель и затяжка – горизонтальные брусья, скрепляющие стропильные пары в верхней и нижней части, соответственно.
5. Подкосы – наклонные подпорки, упрочняющие стойки. Они служат для увеличения прочности всей конструкции.
6. Кобылки – доски, формирующие свес.

Необходимость дополнительных упрочняющих элементов определяет размер перекрываемого пролета и длина стропил.

Материал для вальмовой крыши

Порода и сорт древесины оказывают прямое влияние на длительность и надежность кровельной конструкции. Мастера советуют отдать предпочтение пиломатериалу из лиственницы или сосны. Все заготовки требуют предварительной обработки антипиренами и антисептиками.

Помимо древесины понадобится металлические крепления, гвозди, саморезы, анкерные болты.

Примечание. Формируя вальмовую стропильную систему на деревянном доме, который может дать усадку, мастера советуют использовать плавающие крепления для соединения стропил с мауэрлатом. Такой способ компенсирует подвижки венцов при естественной усадке дома из бруса или бревна.

Опора скользящая для стропил (закрытое скользящее крепление)

Выбор изоляционных пленок и утеплителя

Практически любая крыша, включая вальмовую нуждается в качественной гидро- и пароизоляции. Кроме этого, в изоляционный пирог кровли также включается утеплитель.

Пароизоляция

Пароизоляция кровли предназначена для защиты утеплителя от вредоносного влияния испаряемой воды. Благодаря ей исключается образование конденсата и переувлажнение теплоизоляционного слоя.

В качестве современных материалов для пароизоляции применяются полипропиленовая пленка, пленка с алюминиевой фольгой мембраны с различной паропроницаемостью.

К числу наиболее популярных производителей подобных материалов относятся компании Tyvek, Juta, Folder, Delta и др. помимо защиты от пара продукция этих фирм препятствует проникновению влаги и предупреждает тепловые потери.

Гидроизоляция

Гидроизоляция защищает строение от негативного влияния осадков. Качественные материалы не допускают проникновения влаги, даже при значительных перепадах температуры. Гидроизоляция не допускает сырости стен и образования плесени. Сегодня ранее широко используемые пергамин и рубероид вытесняются полимерными материалами.

Наибольшее распространение получили гидроизоляционные материалы Tyvek, Изоспан, Delta, Fakro и др.

Утеплитель

Среди современных теплоизоляционных материалов для крыш наибольшее распространение получил пенопласт или его жидкий эквивалент – пеноизол, а также минеральная вата.

Первый выигрывает в ценовом плане и доступности. В то время как экологически чистая минвата гарантированно сохраняет тепло, обеспечивает циркуляцию воздуха и позволяет утеплять наиболее труднодоступные места.

Монтаж мауэрлата

Мауэрлат – основание на которое устанавливают крышу. Мауэрлат необходим для того, чтобы распределять вес крыши по периметру несущих перегородок. Чаще всего для его изготовления используют брус из древесины твердых пород. Чем тяжелее и сложнее устройство крыши, тем больше должно быть сечение мауэрлата. В большинстве случаев подойдет брус из сосны, размер которого 150х150 мм или больше. Мауэрлат устанавливают перед тем, как построить дом, в следующем порядке:

• Отмеряют и отпиливают брус необходимой длины. В углах мауэрлат соединяется между собой «в лапу». Чтобы выпилить пазу под крепление, нужно нанести разметку.
• На верхнем ряду кладки сооружают опалубку из досок и заливают вязким бетоном, в который вставляют шпили из металла для крепления мауэрлатного бруса.
• После застывания бетона, нужно создать гидроизоляционный слой между ним и мауэрлатом. Для этого на бетон можно нанести битумную мастику или выстелить поверхность стяжки рубероидом.
• Обработать брус антисептическим препаратом, антипиреном глубокого проникновения и влагозащитным лаком.
• Разметить и просверлить в мауэрлате отверстия под металлически шпильки.
• Насадить брус на шпильки и крепко затянуть анкерными болтами.

Важно, что каждое проделанное отверстие снижает прочность мауэрлата, поэтому не стоит использовать большое количество шпилек, а делать выпилы в нем для монтажа стропил категорически запрещается!

Как правильно сращивать стропила по длине

Если сооружается вальмовая крыша сложной конфигурации, то за неимением досок подходящего размера кровельщикам приходится выполнять сращивание стропил по длине. Конечно же, на базе строительных материалов можно подобрать необходимый брус, но опытные строители знают, что одновременно с длиной увеличивается и толщина доски, тогда как в результате сращивания стропил удается добиться необходимой длины строительных элементов, не нарушая соотношения геометрических размеров.

Чтобы удлиненные детали смогли обеспечить нужную степень жесткости стропильной системе, необходимо определить, какие нагрузки воздействуют на различные области конструкции. Стыки могут располагаться только в местах с минимальным изгибающим моментом. Обычно таким местом является область возле конька. Опытные кровельщики знакомы с несколькими способами удлинения стропил, ведь использовать в строительной практике какой-либо один метод не получается. Причиной тому становятся следующие факторы:

• шаг монтажа стропилин;
• ограниченный запас материалов;
• тех. оснащение стройплощадки.

Самым распространенным способом наращивания стропильной ноги называют удлинение «встык». Подлежащие сращиванию элементы обрезаем под углом 900. Срез должен быть точным, что позволит исключить образование прогиба в месте стыка. Фиксируем стропилины с помощью накладок из дерева или металла и гвоздей, которые, во избежание растрескиваний древесины, вбиваем в шахматном порядке.

«Косой прируб» – этот метод сопряжения элементов выполняем, обрезав края стропилин в месте стыка под углом 450. В качестве крепежей используем болты с диаметром от 12 до 14 мм, которые монтируем  в центре месте стыка. Если нет времени на обрезку материала, то стропильные элементы соединяем просто и быстро методом «внахлест», при этом нахлест может составлять до 1000 мм. Гвозди в брусья вбиваем по всей длине нахлеста в шахматном порядке, также для их сращивания могут применяться болты, их ввинчиваем в предварительно высверленные отверстия. Последний метод называют более надежным.

Четырехскатная вальмовая кровля позволяет обеспечить дому презентабельный внешний вид. За счет включения в проекты крыш мансардных и слуховых окон удается оживить и разнообразить конструкции. Главное, чтобы расчет стропильной системы был выполнен точно, тогда дом простоит много десятилетий.

Важнейшая конструкция дома, оказывающая влияние на все строение в целом — является его крыша. Основные конструктивные особенности крыши зависят от многих факторов, таких как максимально допустимая нагрузка на стены, тип конструкции, вид кровельного материала и др. Вальмовая крыша стропильная система которой устроена не совсем просто, является тем не менее достаточно популярной конструкцией при строительстве. Основным её преимуществом считается, великолепная способность к самоочищению, а так же хорошей устойчивостью к сильным снегам и ветровой нагрузке.

Конструкция опорных точек накосов стропил

Верхней частью накосная стропильная нога упирается в коньковый брус. Конструктивные особенности вальмовой крыши позволяют сделать это несколькими способами:

• Если конструкция крыши имеет один коньковый прогон, то накос упирается на консоль конька.
• Если стропильная система имеет два коньковых прогона и рядовые стропилины из досок, то накосы должны упираться на шпренгель, основание которого лежит на коньковых прогонах.
• Если конструкцией предусмотрено наличие двух прогонов, а стропила выполнены из бруса, то вместо шпренгеля используют прибоину. Этот элемент выполняется из обрезка доски толщиной более 5 см и соединяет между собой рядовые стропилины недалеко от конька.

В зависимости от способа посадки верхнюю часть накоса подрубают. Крепить диагонали можно гвоздями, при этом допускается усиление скруткой из проволоки или металлическим хомутом.

В нижней части диагональные стропилины вальмовой крыши с опиранием на мауэрлат крепятся с помощью металлических скоб или уголков непосредственно к мауэрлату или к специально установленной угловой балке.