Стропильная система вальмовой крыши
Вальмовой называют крышу с 4-мя и более скатами, образующую скаты с одинаковым наклоном как с торцовых, так и фронтонной стороны постройки. Вместе с тем такая крыша более сложна по конструкции, чем обычная двускатная, однако лучше сопротивляется ветровым нагрузкам.
Содержание статьи
- 1 Конструктивные особенности вальмовой крыши
- 2 Расчет элементов вальмовой стропильной системы
- 2.1 Расчет угла ската кровли, высота конька
- 2.1.1 Пример расчета высоты конька
- 2.2 Расчет длины конькового прогона
- 2.2.1 Пример расчета длины конька
- 2.3 Расчет длины центральных стропильных ног
- 2.4 Расчет сечения стропил и шага между ними
- 2.1 Расчет угла ската кровли, высота конька
- 3 Способы крепления стропил вальмовой крыши
- 4 Монтаж обрешетки
- 5 Заключение
- 5.1 Похожие статьи
Конструктивные особенности вальмовой крыши
Наиболее характерный элемент вальмовой крыши – стропильная система. Она состоит из элементов, показанных на иллюстрации.
- Конек или коньковый брус – наиболее нагруженная часть конструкции, на которое опираются стропила (стропильные ноги).
- Стойки поддерживают конек, воспринимая нагрузку от веса кровли и передавая ее на стены здания.
- Угловые (накосные, наклонные) стропила формируют характерную геометрию крыши.
- Балки, составляющие стропильную систему, делятся на короткие (укороченные, нарожники) и длинные – центральные и промежуточные. Вместе с тем с учетом строения кровли, представляющей собой состыкованные детали – две равнобедренных трапеции по длинным сторонам и два равнобедренных треугольника по коротким – длинные стропила идут вниз от конька, а короткие – от накосных стропил.
- Все доски опираются на нижний брус (обвязку или мауэрлат) или непосредственно в кладку стены, как показано ниже.
Следует обратить внимание, что для жесткости и прочности конструкции центральные промежуточные стропила (то есть балки, что сходятся к концам конькового бруса по треугольным и трапецевидным скатам) соединяются. Промежуточные и укороченные элементы этот связи не имеют.
Важно: вне зависимости от угла наклона кровли, одинакового для всех скатов, накосные стропильные балки имеют меньший уклон к горизонтали, чем промежуточные и короткие стропила. Это связано с особенностями геометрических фигур, образующих кровлю (трапеций и треугольников). Стропила вальмовой крыши, расположенные по углам (накосные) рассчитываются с учетом уклона кровли и высоты конька.
При описании устройства стропильной системы вальмовой крыши применяются также термины:
- лежень – это несущая опора, применяемая для установки подпорок (стоек) конькового прогона. Она опирается на расположенную внутри дома капитальную стену;
- мауэрлат – прямоугольная рама, уложенная поверх наружных стен дома и связанная с ними. Служит место для крепления концов стропил, длинных и укороченных;
- шпренгель – дополнительная стержневая конструкция, усиливающая основную несущую стропильную систему, как правило устанавливается под диагональными стропильными ногами;
- подкосы и раскосы – наклонные балки, усиливающие основную конструкцию и придающие ей жесткость.
Различные названия элементов связано с использованием отечественных и переводных терминов.
Положение центральной стены, на которую будет смонтирован лежень, может дать различное опирание стержневой системы. Вместе с тем, как показано на иллюстрации, количество и расположение усиливающих конструкцию элементов, зависит от величины прогонов. Симметричная кровля более удобна в расчете и монтаже, так как не требует уточнения смещения приложенной нагрузки.
Расчет элементов вальмовой стропильной системы
При расчете стропильной системы вальмовой крыши учитываются такие данные:
- планируемый скат кровли. Зависит от снеговых и ветровых нагрузок в регионе;
- высота конька – связана с углом ската и наличием/отсутствием под кровлей эксплуатируемых помещений (мансарды, чердака);
- материалы стропильной системы и кровельного покрытия;
- необходимость утепления кровли. С учетом запланированного теплоизолирующего материала рассчитывается расстояние между стропилами.
Информацию для расчета можно отыскать в СНиПах, на сайтах производителей кровельных и изолирующих материалов.
Расчет угла ската кровли, высота конька
Вид вальмовой кровли в разрезе дает возможность зримо представить базовые элементы расчета: высоту конька, угол ската и длину заложения (прогона). Цифры на иллюстрации предложены условно, с учетом нередко встречающихся для частных домов средних размеров величин.
Зависимо от того, что является необходимостью – получение под кровлей мансарды (чердака) требуемой высоты или соблюдение приемлемого для погодных условий региона ската кровли, при расчете ориентируются либо на высоту конька, либо на угол наклона.
Подробно аспекты разнообразия уклона кровли зависимо от погодных условий (количества осадков и ветровых нагрузок) рассмотрены в статье. Для практического же расчета следует применять подходящие для частной застройки углы скатов 25…45 градусов (для вальмовых крыш как правило не используются более крутые склоны) и равное влияние ветра на все скаты вальмовой крыши.
Порядок расчетных действий:
Пример расчета высоты конька
Для здания, расположенного в районе Уфы (снеговая зона 5, ветровая 2) с предполагаемым углом ската 30 градусов и общей шириной 8 м, расположенного в зоне частной малоэтажной (до 10 м) застройки высота конька составит:
H= L/2 x tg A = 8/2 х tg30 = 4 х 0,5 = 2 м.
Для устройства мансардного помещения этот высоты недостаточно.
Тем не менее угол ската даст сравнительно небольшую нагрузку на кровельную конструкцию. Нагрузка от снега составляет исходных данных (уклон 30 градусов) 320 кг/м.кв., от ветра – 42 кг/м.кв. При коэффициенте 0,7 для снеговой нагрузки и 0,65 (высота строения до 10 м, зона частной застройки) суммарная нагрузка на стропильную конструкцию составит:
320 х 0,7 + 42 х 0,5 = 224 + 21 = 245 кг/м.кв.
Этот уровень нагрузки позволит применять деревянные стропила и другие элементы конструкции, не увеличивая затраты на строительство.
Расчет длины конькового прогона
Определить длину конька (конькового прогона) можно на основании выбранного угла ската и длины здания. Учитывается также нагрузка на конек от выбранного типа стропил. При висячих стропильных конструкциях две встречные балки опираются на мауэрлат и друг на друга. Вверху они скрепляются более или менее жестко или опираются на коньковый прогон. В случае, если в доме есть внутренняя несущая стена, на которую допустимо через лежень смонтировать стойки для конька – нагрузка на него от стропил распределяется лучше и заметно уменьшается. В упрощенном виде можно сказать:
- при ширине дома более 7 метров желательно дополнительное опирание конькового прогона (на лежак через стойки);
- при длине здания свыше 10 метров нужно проверять коньковую опору на прогиб (расчет требует минимальных знаний сопромата и сведений о собственном весе кровли – стропильной системы, тепло- и гидроизоляции, покрытия – и снеговых нагрузок).
Как правило длину конькового прогона рассчитывают графически, применяя свойства геометрических фигур.
Пример расчета длины конька
Для уже израсходованных значений (угол ската 30 градусов, ширина дома 8 м и длина 12 м) длина конька составит:
L = LДС – 2 х MN,
Где MN =H x ctg α, т.е. угла ската. Тем самым при высоте конька 2 м и угле 30 градусов MN = 3,45 м.
Тогда L = 12 – 2 х 3,45 = 5,1 м.
Расчет длины центральных стропильных ног
Накосные стропила также рассчитываются на основании тригонометрических формул. Прежде всего определим длину промежуточного стропила, она одинакова для трапецевидного и треугольного скатов. Зная высоту конька и расстояние от его конечной точки до свеса крыши, применяем теорему Пифагора, т.е. определим длину гипотенузы прямоугольного треугольника CMN при известных катетах СM и MN:
CN2 = СM2 и MN2 = 22 + 3,45 = 15,9 м, т.е. CN = 3,98 м.
По тому же принципу рассчитываем длину диагонального стропила:
CB2 = СN2 и NB2, CB = 5,64 м.
Для укороченных стропил решаем ту же задачу с учетом шага размещения стропильных балок и, соответственно, уменьшением катетов треугольника. Как правило точные расчеты стропил вальмовой крыши не производятся, длина подрезается «по месту».
При выполнении расчетов важно учитывать тип узлов опирания стропильных ног друг на друга, на конек, на мауэрлат и давать запас на длину стропил.
Расчет сечения стропил и шага между ними
Опирание стропил на балки вальмовой крыши происходит с разным шагом зависимо от снеговой нагрузки, сечения элементов конструкции и выбранного сорта и породы древесины. Традиционно для стропильных систем выбирают сосну 1…2 сорта.
Учитываются также длины стропильных ног. Это нужно, чтобы правильно выбрать такое сечение, которое позволит избежать прогиба балки и/или продемонстрирует необходимость установки подкосов.
Для упрощения расчетов сечения стропил применяются онлайн-калькуляторы.
Полученные в одном из таких калькуляторов итоговые данные выглядят следующим образом:
Здесь под вальмами понимаются треугольные участки кровли.
Необходимо подчеркнуть, что ширина свеса (заходящая за пределы мауэрлата часть кровли) и шаг, а также сечения стропил и досок обрешетки выбраны средними для таких габаритов здания. Выбирая иных значений в исходные данные нужно вносить корректировки.
Способы крепления стропил вальмовой крыши
На иллюстрации ниже представлено несколько современных способов крепления стропильных балок к мауэрлату.
Вместе с тем применяются способы с запилом балки по месту (или предварительно, с вспомогательными опорными элементами и накладками-кобылками для удлинения стропил и увеличения свеса по мере необходимости.
Укороченные стропильные балки к диагональным крепятся немного в противном случае, так как нагрузка на них снижена и обыкновенный способ монтажа не подходит.
Крепления балок в коньковой части также имеют отличия. Выбор конкретного способа зависит от навыков работы строителей, имеющихся крепежных материалов и планируемого типа гидроизоляции.
Связка диагональных стропил, конька и промежуточных стропильных брусьев особенно ответственна, так как такой узел обеспечивает жесткость всей конструкции.
Монтаж обрешетки
При устройстве обрешетки следует учитывать плотность ее настила, сечение выбранной доски и последовательность создания гидро- и теплоизоляционного слоя. Это раздельные большие темы, требующие всестороннего освещения, по этой причине в рамках данной статьи следует учесть:
- расположение досок или планок обрешетки на углах кровли (по диагональным стропилам) должно совпадать;
- количество, сечение и способ установки обрешетки зависит от разнообразия кровельного материала и изолирующих слоев;
- устройству обрешетки следует уделять не меньшее внимание, чем монтажу стропильных конструкций.
Заключение
При любой конструкции стропил вальмовой крыши правильно устроенная система легко выдерживает нагрузку от собственного веса и атмосферных осадков. Тем не менее сложность построения схемы вальмой кровли и расчет стропильной системы требует работы профессионалов, то же самое касается и монтажа. Браться за самостоятельный расчет и возведение этот крыши стоит только при наличии достаточного опыта строительства.
