Строительство шатровой крыши пошаговая инструкция

Шатровые крыши применяются как для малоэтажных жилых зданий, так и для различных хозяйственных пристроек. Чаще всего они сооружаются над строениями, имеющими равносторонние несущие стены, а план фундамента — квадратного типа. Можно встретить такие архитектурные элементы и над круглыми сооружениями, в этом случае количество скатов больше четырех.

Особенности и элементы шатровой системы

Главное отличие шатровой крыши – полное отсутствие конька. Это очень важная деталь стропильных систем, она принимает на себя усилия стропильных ног. Функция этого элемента возложена на центральную опору, в вершине которой сходятся стропила. В связи с этим большое внимание следует уделять ее прочности. Есть варианты стропильных систем без центральной опоры, верхние пятки стропильных ног упираются друг в друга. Такие варианты чаще всего применяются на небольших по размерам строениях. Все скаты шатровой системы имеют форму равносторонних треугольников.

Шатровая крыша имеет много вариантов изготовления, но у всех обязательно должны быть следующие элементы.

1. Накосные стропила. Размещаются по сторонам скатов, воспринимают главные нагрузки на сооружение, служат опорой для остальных элементов, в том числе и нарожников.

   

   Конструкция стропильной системы шатровой крыши

2. Нарожники. Используются для стропильных систем средних размеров. За счет применения нарожников действующие усилия на отдельные элементы распределяются равномерно.
3. Вертикальная стойка. Увеличивает прочность нарожников, позволяет им воспринимать критические ветровые и снеговые нагрузки. Размеры, место установки и количество вертикальных стоек зависят от параметров стропильной системы и климатической зоны расположения здания.
4. Лежень. Назначение – усиливать обвязку стропильной системы, в том числе и мауэрлата, повышать жесткость всей конструкции.
5. Мауэрлат. Воспринимает нагрузки от стропильных ног. Делается из бруса или доски толщиной не менее 50 мм.

Виды стропильных систем, преимущества и недостатки шатровой крыши

Таблица. Основные виды шатровой стропильной системы.

Преимущества шатровой стропильной системы

1. Отсутствие фронтонов улучшает внешний вид строения и немного уменьшает его сметную стоимость. Кроме того, нет надобности выполнять дорогостоящие работы по заделке фронтонов, увеличивать нагрузку на фундамент и т. д.

   

   Монтаж шатровой крыши

2. На конкретное положение дома не оказывает влияние роза ветров в регионе. Шатровая стропильная система имеет одинаковую ветровую устойчивость вне зависимости от пространственного положения.
3. Более равномерный прогрев чердачного пространства в любое время суток. Площадь обогреваемых солнцем скатов почти одинаковая.
4. Равномерный отвод талых и дождевых вод со всей площади строения. Это очень важно для домов, расположенных на небольших по площади загородных участках.

К недостаткам следует отнести сложность в изготовлении стропильной системы. Шатровая крыша имеет большое количество различных узлов и элементов, каждый из которых может оказать негативное влияние на показатели устойчивости. Еще один недостаток – сложности в переоборудовании чердачных помещений под жилые, такие варианты стропильных систем крайне редко применяются под мансарды. Иногда к недостаткам причисляют увеличенный расход кровельных материалов, но это зависит не столько от особенностей стропильной системы, сколько от профессионализма кровельщиков.

Цены на брус

Брус

Общие советы по строительству стропильных систем шатровых крыш

Конкретные решения принимаются мастером с учетом размеров и особенностей конструкции шатровой крыши. Но для всех случаев есть общие рекомендации, выполнение которых гарантирует устойчивость конструкции.

Дополнительные упоры накосных стропил

Строительные нормы и правила рекомендуют при длине элемента до 7,5 м устанавливать опору лишь в верхней части стропилины, при длине до 9 м боковой упор монтируется и в нижней части на удалении одной четверти от крайней нижней точки.

Вершина шатровой системы

Очень сложный с технологической точки зрения и самый ответственный с архитектурной точки зрения узел. Имеет два решения: стропильные ноги упираются на одну опору, установленную по центру здания, или друг о друга. Первый вариант обеспечивает максимальную устойчивость конструкции, но его установка требует наличия жесткой опоры. Оптимальный вариант – посредине здания есть несущая стена. Приемлемый вариант – во время сооружения потолочного перекрытия предусмотрены усиленные балки или лежни. При расчете параметров должны приниматься во внимание максимально возможные нагрузки на крышу и применяться коэффициент запаса прочности.

Использование соединения лишь в верхних пятках накосных стропил без вертикальной опоры применяется только на небольших сооружениях. При этом одновременно используется комплекс специальных строительных мероприятий для увеличения жесткости конструкции.

Нарожники

Могут фиксироваться при помощи специальных нижних упоров, непосредственно к накосным стропилам или смешанным способом. Современные технологии позволяют фиксировать нарожники без врубки, что не только усиливает стропильную систему, но и значительно упрощает работы.

Мауэрлат

Конструктивные решения шатровой крыши, особенно без центральной опоры, существенно увеличивают распорные нагрузки на мауэрлат. Такая ситуация требует его усиления, все узлы должны строиться по точным расчетам и с безусловным соблюдением строительных норм.

И, наконец, общая рекомендация – если у вас нет серьезного практического опыта строительства обыкновенных скатных стропильных систем, то браться за шатровую категорически не стоит. Это одна из самых сложных стропильных систем, все ее элементы настолько взаимосвязаны и взаимозависимы, что нарушение устойчивости одного становится причиной полного разрушения кровли. Шатровая стропильная конструкция не имеет полностью идентичных элементов, ко всем нужно подходить индивидуально.

Цены на доски строительные

Доски строительные

Расчет шатровой конструкции

Вначале рассмотрим алгоритм расчет основных значений системы. Принимаем во внимание, что у крыши есть четыре ската, каждый из которых представляет собой равносторонний треугольник. Угол наклона скатов выбирается в зависимости от площади покрытия и климатической зоны расположения объекта. С учетом климатической зоны в таблицах строительных норм и правил выбирается минимально допустимый угол наклона скатов.

Длина центральной стропилины зависит от угла наклона и определяется по широко известной формуле прямоугольного треугольника. Вначале надо найти длину диагонали, это делается расчетным путем или обыкновенным замером. Второй метод проще, при помощи рулетки найдите это значение.

У нас имеется угол наклона скатов, в Интернете найдите тангенс, умножьте его на дину половины катета и в результате получится высоту вертикальной опоры шатровой крыши. Далее следует рассчитать длину накосного стропила. Она рассчитывается по нескольким формулам, самая простая из них теорема Пифагора: c²=a²+b², где:

с – длина стропилины;

a – половина катета строения;

b – высота вертикальной опоры.

Отсюда — длина стропилины равняется квадратному корню суммы квадратов указанных величин. Вот и все, если это сделать самостоятельно сложно, то в Интернете есть большое количество онлай-калькуляторов. После введения данных выдаются не только размеры элементов системы, но и подсчитывается их количество.

Калькулятор расчета площади вальмовой или шатровой крыши

Перейти к расчётам

Пошаговая инструкция по строительству

Для примера возьмем каркасный дом с размерами коробки по фундаменту 10×10 метров. Стропильная система изготавливается из ЛВЛ-­балок. Это современный материал, состоящий из нескольких слоев клееного шпона хвойных пород древесины, отличается высокими показателями прочности на изгиб, не коробится, не боится вредителей и болезней древесины. За счет высокой прочности ЛВЛ-балок удается заметно снизить общий вес стропильной системы, что очень важно для каркасных домов.

Шаг 1. Установите по центру дома вертикальный брус 150×150 мм длиной примерно 6 м. Это обеспечит угол наклона скатов в нашем случае ≈25°, что позволит выдерживать значительные снеговые нагрузки.

Шаг 2. Подготовьте по размерам верхние и нижние пятки. Закрепите четыре накосные стропила (касаурины). Вначале к вертикальной опоре и мауэрлату фиксируются две стропилины, лежащие на одной линии, а потом две оставшиеся. Для того чтобы облегчить выполнение работ, рекомендуется использовать временные раскосы из обрезков пиломатериалов, после полного монтажа стропильной системы они убираются. Верхняя пятка крепится гвоздями и металлическими угольниками. Не нужно использовать большое количество гвоздей, они раскалывают древесину и ослабляют ее.

Как вырезать пятку при помощи специальных измерительных инструментов? Профессиональные строители пользуются угольником Свенсона. Это многофункциональный инструмент, применяется как угольник, угломер, транспортир, уровень, упор для циркулярки и т. д. Довольно сложный и дорогостоящий, требует длительного изучения инструкции по пользованию.

Мы рекомендуем вырезать пятки с помощью более простого и дешевого инструмента – обыкновенного транспортира.

Разметка делается следующим образом.

1. Подготовьте доску стропильной ноги, ее длина должна на 5–10 см превышать конечные размеры. Небольшой запас нужен для того, чтобы исключить вероятность ошибки, в результате которой придется брать новую заготовку.

   

   Что потребуется для работы

2. Отметьте на торце расстояние, равное величине свеса стропильной системы. В каждом отдельном случае эти параметры изменяются, но большинство строителей считает свес длиной 30 см самым оптимальным решением.

   

   Отмеряется расстояние, равное величине свеса стропильной системы

3. От точки окончания свеса отметьте расстояние, равное ширине посадки доски на мауэрлат. Оно всегда на 2–3 см меньше, чем ширина доски для стропилины.

   

   Отмеряется ширина посадки пятки

4. Выставьте на транспортире угол, равный свесу скатов. Приложите инструмент одной плоскостью к доске, аккуратно подведите ко второй метке (ширине посадки) и проведите под углом линию.

   

   Выставляется угол, равный свесу скатов

   

   Разметка с помощью транспортира

5. Приставьте обыкновенный треугольник к линии, второй катет подведите к метке начала свеса и под прямым углом начертите вторую метку.

   

   Второй катет подводится к метке начала свеса

6. Выпилите отмеченную пятку.

За счет таких простых действий все пятки будут лежать на поверхности мауэрлата без зазоров.

Важно. Некоторые неопытные строители не понимают, почему все элементы стропильной системы должны прикасаться друг с другом без зазоров. Ведь они и так потом фиксируются гвоздями и саморезами и могут держаться на метизах. Это глубокое заблуждение. Отдельные конструкции стропильной системы держат нагрузки не за счет среза метизов, а за счет силы трения, возникающими между ними. Соответственно, чем больше площадь соприкосновения, тем выше сила трения, тем устойчивее стропильная система. Кстати, и метизы рассчитываются не на срез, а на растяжение. Это значит, что контролируется сила прижатия сопрягаемых элементов, а не их скольжение.

Длина накосных стропил подбирается в зависимости от размеров дома и планируемой высоты чердачного помещения. Следует иметь в виду, что шатровые крыши редко используются во время строительства мансардных помещений, высота крыши (угол наклона скатов) подбирается только с учетом снежных и ветровых нагрузок. В нашем случае длина накосных стропил 9 метров с учетом величины выноса. Рекомендованная ширина материалов 300 мм и толщина 63 мм. Стропила следует фиксировать металлическими уголками и саморезами. Крепеж рекомендуется использовать с двух сторон элемента.

Практический совет. Для предупреждения намокания ЛВЛ-доски нужно торцевую поверхность оклеить скотчем. Во время накрытия стропильной системы кровельными материалами скотч можно не удалять.

Верхняя часть строения состоит из бруса ригеля, доски мауэрлата, доски обвязного венца, бруса перекрытия и обвязкой доски. Профессионалы рекомендуют поверх этой доски устанавливать еще дополнительную доску. Почему? Дело в том, что нарожники (стропилины) будут изготавливаться из доски шириной 200 мм, согласно расчетам по нагрузке такой ширины достаточно для гарантирования устойчивости конструкции. Разница в 100 мм по ширине между накосными стропилами и нарожниками приводит к тому, что последние перед установкой на обвязку запиливать нет возможности, в противном случае они не будут лежать в одной плоскости с касауринами. Строительные нормы и правила запрещают устанавливать несущие элементы стропильной системы без запиливания. Использование еще одной доски позволяет все детали фиксировать правильно.

Важно. Не делайте пятки очень глубокими. Значения максимально возможной нагрузки рассчитываются не по начальной ширине доски, а по тому размеру, который остается после изготовления пятки. Это значит, что если в доске толщиной 300 мм сделать пятку глубиной 200 мм, то все значения нагрузок следует делать исходя из ширины доски всего 100 мм. А остальная ширина не работает, она влияет только на увеличение стоимости пиломатериалов. Вывод: к любой операции по изготовлению стропильной системы и выбору номенклатуры материалов следует подходить со знанием дела и очень взвешенно.

Проверьте правильность установки и надежность фиксации накосных стропил. Если все в норме, начинайте монтировать накосные стропила.

Шаг 3. На стропилах сделайте метки для крепления боковых стропильных ног (нарожников). Это самая сложная операция, элементов очень много, у всех различные размеры, торцы нужно запиливать под различными углами.

Если планируется делать крышу теплой, то во время разметки нужно принимать во внимание размеры утеплителей. В связи с тем, что стандартные параметры минеральной ваты имеют ширину 60 см, расстояние между элементами должно быть в пределах 55–58 см. Имейте в виду, что это расстояние не между осями, а между боковыми плоскостями, подкорректируйте его в зависимости от толщины досок.

Как запиливать элементы стропильной системы под различными углами

Каждый мастер имеет свои профессиональные секреты запиливания под углами. Мы расскажем о дух самых легких, простых и довольно точных.

Запиливание при помощи цепной пилы

Для выполнения работ следует предварительно подготовить приспособления и пилу. Приспособления готовятся по такому алгоритму.

1. Заготовьте из деревянных брусков размером примерно 2×2 см небольшие приспособления-«лыжи». Их понадобится две штуки, каждая состоит из двух элементов. Первый длиной примерно 30 см, второй длиной 3–4 см. Просверлите в них отверстия и вставьте в него длинный болт с потайной головкой.

   

   Такими должны быть «лыжи»

2. Просверлите в металлической шине пилы два отверстия на расстоянии примерно 30 см, диаметр должен соответствовать размерам болта.
3. Прикрепите направляющие к полотну пилы, затяните их с обратной стороны гайками.

Приспособление готово, можно приступать к запиливанию стропил (нарожников).

1. Предварительно срежьте конец доски, не стоить бояться, что угол примыкания не совпадет. Срезывание необходимо лишь для ускорения точной подгонки элементов.

   

   Конец доски предварительно срезается

2. Прикрепите к накосной стропилине лист фанеры или ОСП размером примерно 30×30 см. Фиксировать можно небольшими гвоздиками или саморезами, место фиксации должно отвечать ранее сделанной разметке. Этот лист фанеры будет служить упором для «лыж» на пиле и контролировать точный угол подрезки элемента.
3. Установите между досками шаблон для контроля расстояния, такая операция необходима в тех случаях, когда планируется делать шатровую крышу утепленной. Стяните доски большими струбцинами, выровняйте их поверхности по одной плоскости.

   

   Установленный шаблон

4. Плотно прижмите «салазки» приспособления к фанере, обращайте внимание, чтобы между ними не было зазора.
5. Включите пилу и аккуратно подрезайте стропилину.

Такое простое приспособление можно использовать во время строительства любых типов стропильных систем, где есть необходимость присоединения к стропильным ногам дополнительных элементов под различными углами.

Запиливание под углом вручную

Способ используется, если нет специального торцовочного станка и цепной пилы. Монтаж стропильной системы можно выполнить при помощи обыкновенного ручного инструмента.

1. Временно закрепите на стропилине доску для нарожника, проследите, чтобы поверхности элементов располагались в одной плоскости.
2. Вертикально поставьте на стропилину уровень, к нему прислоните ровную планку или линейку.
3. Установите уровень в строго вертикальном положении, на доске для нарожника проведите вертикальную линию.
4. Поставьте уровень на верхнюю плоскость стропилины и проведите линию на доске нарожника. Начало линии в верхней точке вертикали, она должна быть перпендикулярной стропилине.
5. Снимите доску и ручной пилой отпилите излишки.

Когда все элементы установлены, можно начинать отделку свеса стропильной системы.

Шаг 4. Для минимизации прогиба стропильной системы сделайте подпорку для стропил. Она имеет вид рамки, сделанной из доски 50×50 мм, каждая стропилина фиксируется гвоздями или металлическими уголками.

Шаг 5. Выровняйте торцы стропил под веревку. Подготовьте место для крепления лобовой доски. При этом следует иметь в виду, что скаты под уклоном, под ветровую доску нужно немного уменьшить ширину выступающих стропил. К лобовой доске в дальнейшем крепятся все желоба. Если лобовая доска будет шире, то возникают проблемы во время подшивки свеса в нижней части. Лобовая доска должна выступать за стропилину на толщину досок подшивки свеса, за счет этого плоскости будут ровными без различных ступенек.

Цены на различные виды крепежа для стропил

Крепеж для стропил

Видео – Строительство стропильной системы шатровой крыши

Шатровые крыши эффектно возвышаются над частными домами, флигелями, беседками, летними кухнями. Сооружают их чаще всего над квадратными в плане коробками. Реже устраивают над объектами, напоминающими правильный многоугольник с четным количеством сторон. В списке преимуществ шатровой крыши значатся все виды плюсов четырехскатных кровельных конструкций.

Они экономичны и превосходно сопротивляются атакам атмосферных явлений. Правда стропильная система шатровой крыши возводится по особым правилам. Их стоит изучить домашним мастерам, желающим потрудиться на поприще самостоятельного кровельщика.

Особенности шатровых стропильных систем

Крыша конвертом – второе название шатровой конструкции, отображающее ее конфигурацию в плане. Строительство шатрового каркаса проводится по правилам, которые регламентирует технология сооружения четырехскатных крыш, но с соблюдением собственной специфики. В конструкции напрочь отсутствует конек как таковой. Его функцию выполняет центральная опора, в вершине которой сходятся все несущие стропильные элементы.

В геометрическом смысле шатровая крыша сложена четырьмя или более равнобедренными треугольниками. Основания треугольников опираются на стены через мауэрлат, верхние венцы или выравнивающие доски. Вершины либо наслоняются на опорный столб, либо упираются друг в дружку.

Выбор способа сооружения

По аналогии со скатными крышами в устройстве шатровой конструкции используются два вида стропильных ног:

• Наслонные – стропилины, имеющие две надежные опоры в верхней и нижней части. Применение наслонных стропильных ног возможно, если в обустраиваемой коробке есть внутренняя стена, на которую водружается центральная опора. Вместо стены может использоваться опорный столб, установленный на подвальное или на чердачное железобетонное перекрытие.
• Висячие – стропилины, имеющие только одну нижнюю опору. Их устанавливают, если обустраиваемая коробка не обладает внутренней стенкой, а монтаж центрального столба нецелесообразна.

Выбор наслонного или висячего типа стропилин определяет способ установки элементов прочих деталей конструкции.

Чаще всего в сфере устройства над частными домами стропильных систем для шатровых крыш используется наслонная технология. Висячая схема сложнее в монтаже и неудобна в ремонте. Часть ее составляющих взаимозависима, поэтому при замене испорченных элементов нередко приходиться заодно демонтировать неповрежденные детали.

Диагональные и укороченные стропилины

Углы коробки и вершину шатровой конструкции соединяют диагональные или по-другому накосные, они же угловые стропилины – обязательные участники сооружения четырехскатных крыш. Это самые длинные и наиболее нагруженные элементы стропильной системы. Именно на них опираются укороченные стропилины — нарожники, формирующие плоскости треугольных скатов четырехскатных крыш — вальм. Если длина диагональной стропилины более 4,5м, ее сооружают из двух досок, сшитых метровым отрезком аналогичного материала. Вообще по правилам накосные ноги принято изначально делать из двойной сшитой доски, предназначенной для изготовления центральных вальмовых стропильных ног и нарожников.

Ширину доски, из которой планируется построить каркас для утепленной крыши, рассчитывают с учетом формирования вентиляционного зазора в 2-3см. Он должен образоваться между верхней плоскостью ската, формируемого стропильным каркасом, и плитами теплоизоляции. Например, если толщина утеплителя 125мм, то ширина доски должна быть 150мм и т.д. Если размеры предложенного на рынке или в строймаркете материала не позволяют создать вентиляционный зазор необходимых размеров, то к стропилинам с наружной стороны прибивают контробрешетку из бруска.

Дополнительные опоры для накосных элементов

Чтобы повысить жесткость конструкции и предупредить провисание длинных накосных ног, под них устанавливают дополнительные опоры. Число и тип дополнительных опор зависит от размера пролета, перекрываемого диагональной ногой:

• При расстоянии до 7,5м жесткость диагональной ноги обеспечивает только подкос, расположенный в верхней части пролета.
• При расстоянии от 7,5 до 9м кроме подкоса устанавливается еще и опора в нижней части, расположенная на расстоянии примерно в четверть длины пролета от крайней точки. В качестве дополнительной опоры используются или обычные стойки из бруса, или шпренгельные фермы Т-образной перевернутые низом вверх.
• При расстоянии свыше 9м по центру устанавливается еще одна дополнительная опора, которую строительные нормы позволяют устанавливать только на ж/б перекрытие.

Подкосы устанавливают под произвольным углом от 45º до 53º, шпренгели, шпренгельные фермы и стойки строго вертикально.

Варианты решения «конькового» узла

В устройстве каркасов для шатровых крыш, естественно, не используются коньковые прогоны. В преобладающем количестве случаев диагональные стропилины и центральные ноги вальм врубками опирают на единый несущий столб. У единственной для шатра верхней опоры в свою очередь также имеется три варианта опирания:

• На нижнее перекрытие. Это не самый востребованный метод, отнимающий часть полезного пространства и определяющий характерные порядки в проектировании. Зачастую его применяют в устройстве летних беседок, что позволяет использовать массивный несущий столб для устройства вокруг него общего стола, к примеру.
• На балку перекрытия, уложенную на внутреннюю несущую стену. Чаще всего в малоэтажном строительстве фигурирует именно указанный вариант как наиболее рациональный. Иногда на балку укладывается лежень, к которому разумнее крепить подкосы, чтобы не ослаблять перекрытие.
• На соединенные уголками верхние пятки центральных вальмовых стропилин. При указанном способе соединения на мауэрлат может передаваться распор. Потому каждая вальма оснащается стяжкой-ригелем.

Характерные способы сооружения стропильной системы с опорой или без под шатровую крышу изображены на фото и схемах:

Нюансы установки нарожников

Нижний узел крепления укороченных стропилин – нарожников устраивается по аналогии с узлами центральных вальмовых ног. Если они установлены по наслонной технологии, не следует отступать от принципа. Верхнее опирание на диагональный элемент выполняют разными способами:

• Путем врубки в цельный брус, использованный для устройства накосной стропильной ноги.
• Через опирание на прибитый вдоль нижнего края диагонали вспомогательный брусок.
• Посредством банального прибоя двумя-тремя гвоздями размером 82мм, если к нарожникам не предъявляются повышенные требования по прочностным показателям.

Самой разумной по праву считается установка через опорный брусок, прибитый заподлицо с нижней гранью накоса. И прочностные показатели диагональной ноги не пострадают, и монтаж нарожников пройдет в более резвом темпе. К тому же не нужно будет соблюдать разбежку укороченных стропилин при разметке и установке. А вот при креплении врубками верхним пяткам нарожников запрещено сходиться в одной или в близко расположенных точках.

Шаг установки как стандартных, так и укороченных стропилин утепленной крыши обычно равен ширине плиты теплоизоляции. Однако если верхние узлы крепятся гвоздями или врубками допустимо изменение шага, чтобы сместить верхние пятки смежных скатов относительно друг дружки.

Пример сооружения шатровой крыши

С тонкостями строительства шатровой стропильной системы и вариациями на ее тему мы ознакомились, теперь рассмотрим непосредственно процесс с подробным исследованием этапов. Основой для сооружения у нас будет коробка габаритами 10×10м с несущей внутренней стенкой посередине.

Перед работой устраиваем мауэрлат по периметру так, чтобы он лег заподлицо с внутренним контуром коробки. Укладываем его и по внутренней перегородке. Вдоль наружного контура кирпичной стены сооружается бортик в один кирпич, необходимый для компенсации распирания. Между собой брусья деревянной рамы мауэрлата соединяются косыми прирубом, продублированным винтами, болтами или гвоздями. Угловые соединения укрепляются скобами, они же используются для соединения рамы к стенам. По установленному мауэрлату производится разметка нижних узлов стропильной системы.

Поверх выровненного в горизонт мауэрлата укладываются балки перекрытия, центральная часть которых опирается на несущую стену. Если одной длины бруса недостаточно для устройства цельной балки, состыковку двух элементов располагают непосредственно над несущей внутренней перегородкой. К торцам балок с соответствующим проекту шагом крепятся короткие балки — выносá, формирующие свесы над второй парой стенок коробки. Крепятся они к крайним брусьям с противоположной стороны на гвоздь или прочный стержень вроде шкворня, а внутренние углы крепления выносов дублируются уголками типа LK.

Установка опоры и вальмовых стропилин

Сооружение стропильного каркаса под шатровую крышу выполняется в три стандартных этапа. В течение первого из них производится установка опорной стойки и центральных вальмовых стропилин.

Строить старотовую несущую часть стропильной системы будем следующим образом:

• Устанавливаем стойку проектной высоты прямо в центре перекрытия. Для изготовления стойки используем брус 150×150мм. Перед креплением вертикальность весьма ответственной детали выверяем отвесом. Если все хорошо, крепим гвоздями и скобами. Чтобы в процессе строительства центральную опору не перекосило, фиксируем ее дополнительно парой временных распорок.
• Изготавливаем шаблон стропилины согласно наслонному методу. Примеряем доску к балке перекрытия и к установленной опоре. Для опирания верхней пятки будет сделана врубка глубиной 5см. Поэтому для определения точной линии нижнего спила на балку нужно положить брусок аналогичной толщины, чтобы с его помощью без лишней мороки сразу отчертить все, что нужно.
• По шаблону делаем только две противоположные стропилины, которые верхними спилами должны упереться друг в дружку. Монтируем их и крепим одним гвоздем, чтоб не беспокоили во время работы.
• Проверенным путем следуем в изготовке и установке стропильных ног, расположенных в крест установленной паре. Верхний спил их обязан упираться в торец соединения первых стропилин.
• После установки ноги сшиваются гвоздями между собой или соединяются с помощью металлических уголков.

Первая часть работы требует повышенного внимания и контроля к размерам, горизонтальным и вертикальным направлениям. Если в процессе ее производства все устроено идеально, дальше будет гораздо проще. Ничего подгонять, исправлять и делать каждый элемент в отдельности будет не нужно. Убедившись в безупречности строительства первой части стропильной системы, по периметру прибиваем карнизную доску.

Монтаж диагональных стропилин

Перед установкой накосных стропильных ног производится разбивка крыши шнуркой. Ее протягивают от вершины центральной стойки к углам, образованным карнизной доской. Ориентируясь на проекцию от шнурки в угловых сегментах крыши, примеряем, изготавливаем и устанавливаем угловые короткие балки. Для этого подходящий по длине отрезок бруса, который использовался для устройства перекрытия, прикладываем сверху на незаполненное угловое пространство. Расположившись снизу, очерчиваем линии предстоящих спилов. Крепим угловые выноса к мауэрлату и смежным балкам перекрытия гвоздями и металлическими уголками.

Приступаем к изготовлению и установке диагональных стропильных ног:

• Выбираем любой из углов смонтированной части каркаса и в его верху буквально методом «ручного» подбора, но с помощью рулетки находим место, равное двойной толщине стропильной доски. Отмечаем его карандашом.
• Прикладываем к вершине нашей «пирамиды» обрезок доски с размерами, равными сечению материала, примененного в изготовлении центральных вальмовых стропилин. Одно из ребер обрезка должно проходить точно вдоль шнурки. Чертим линию вертикального спила и выполняем его.
• С помощью строительного угломера замеряем углы между смежными уже установленными стропилинами. Полученный результат следует разделить пополам, т.к. в угол нужно поместить элемент, сшитый из двух досок.
• Запиливаем под полученным в результате деления углом край обрезка доски справа или слева по вертикали. В результате получили шаблон верхнего узла диагональной стропилины. Если ранее все было сделано без нареканий, то запиленный обрезок сможет послужить еще семь раз. Если нет, то все равно послужит, но с некоторыми корректировками и подгонками по месту.
• Сложив вместе или временно сшив гвоздем два верхних шаблона, нужно снова провести примерку и отметить по факту местоположение врубки, если нижний край диагональной стропилины будет пересекать край стойки. Если для ее монтажа не потребуется врубка, в этом проще убедиться заранее, чем потом возиться с подгонками на крыше.
• Внизу к шнурке прикладываем опять же обрезок доски, совместив его ребро с нашим натянутым ориентиром. Совмещенное ребро должно повторять центральную ось углового выноса. Отмечаем линию нижнего запила. Корректируем по вертикали край, согласно «показаниям» карнизной доски.
• Аналогично проводим работы по производству зеркально развернутой нижней пары.
• Пользуясь шаблонами, изготавливаем обе части диагональной стропильной ноги, которые после установки нужно сшить между собой с шагом 30-40см в разбежку.

Если длина пролета, перекрываемого накосной стропилиной, больше 4,5м, ее заведомо делают из четырех частей. Сшивают, к примеру, правую часть с верхним запилом и левую часть с нижним запилом. После их установки на место прямо на объекте нашиваются недостающие части.

Следуя описанному алгоритму, производится изготовление и монтаж еще трех накосов. Завершив фиксацию диагональных ног, устанавливают подкосы и опоры согласно описанным выше технологическим предписаниям.

Изготовление и монтаж нарожников

Центральные вальмовые стропилины уже красуются на положенном месте. Осталось заполнить некое подобие треугольников между диагональными и центральными вальмовыми ногами. Нижняя пятка коротких стропилин будет опираться на выноса и на балки, верхняя часть на накосные стропила.

По аналогии изготавливаем шаблоны с нижним и верхним запилом. Длину элементов замеряем по факту, согласно размерам и шаблонным сведениям изготавливаем нарожники и устанавливаем их. Остается устроить обрешетку, по которой производится монтаж металлочерепицы, профилированного настила, шифера или другого типа покрытия.

Крыша конвертом для беседки

Вариантов применения шатровой технологии намного больше, чем может показаться непросвещенному в кровельном деле человеку. В качестве интересного примера, доступного для самостоятельного воплощения, рассмотрим методику сооружения двухъярусной крыши над дачной беседкой. Конструкция нетривиальная, но не слишком уж сложная.

По сути, над основной стропильной системой обычной шатровой крыши возвышается еще одна четырехскатная миниатюра. Только последовательность работ несколько иная:

• Первым делом устанавливаются диагональные стропильные ноги.
• Затем на проектной высоте монтируются сдвоенные перемычки, выполняющие работу ригелей стропильных ферм и основания для устройства верхнего шатрового купола. В плане перемычки должны сформировать квадрат с четко симметричными сторонами.
• Центральные стропилины вальм крепятся вверху к перемычкам, внизу к мауэрлату, в описываемом случае к обвязке веранды.
• Без особой оглядки на ослабление будущей стропильной системы, размечаются точки установки нарожников. Хоть крепить их предстоит гвоздями, легкой конструкции не слишком навредит примыкание верхних спилов нарожников к диагоналям в одном или рядом расположенном месте.
• Шаблон для выполнения нижнего спила можно сделать один для всей вальмы. Для безукоризненной постройки он может быть вообще в единственном числе. Шаблонов для верхних спилов будет несколько: для стропилин, прилегающих к перемычкам, для ног, примыкающих к узлам соединения перемычек с диагоналями, и для элементов, присоединяемых к диагоналям, спилы будут различными.

Купол легче сделать на земле, а затем поднять его наверх. В приведенном примере у шатровой миниатюры имеются каркасные стенки, которые желательно обтянуть мелкой металлической или полимерной сеткой. Можно обшить светопроводящими панелями.

Это не единственный способ сооружения нестандартной крыши конвертом. Как еще можно построить стропильную систему шатровой крыши для беседки подскажет обучающее видео:

В пределах одной статьи трудно описать все возможные варианты сооружения крыш конвертом шатровой разновидности. Мы описали лишь общие принципы, придерживаться которых следует в области возведения стропильных каркасов для всех подобных крыш. Используя технологические принципы, можно самостоятельно спроектировать стропильную систему для любимой загородной собственности и с успехом воплотить планы.

Обычная двускатная крыша некоторым хозяевам загородного жилья кажется чересчур банальной и неинтересной, и они начинают поиски более оригинальных вариантов. К числу таких можно отнести шатровую конструкцию, чрезвычайно интересно смотрящуюся внешне, как будто сошедшую с иллюстраций к учебнику по истории или к книге детских сказок.

Несмотря на кажущуюся простоту, стропильная система шатровой крыши является одной из наиболее сложной в возведении. Браться за строительство такого сооружения самостоятельно, не имея опыта подобных работ – будет очень рискованно. Однако для тех, кто желает остановить свой выбор именно на такой конструкции, будет полезно получить информацию по строению системы, основным ее составляющим, по проведению базовых расчетов. Именно в таком контексте и будет построена настоящая публикация. Надеемся, что она поможет разобраться в нюансах шатровой стропильной системы, реально оценить ее сложность и возможность проведения самостоятельного монтажа.

Что из себя представляет шатровая стропильная система?

По сути, шатровая крыша геометрически представляет собой «классическую» пирамиду, то есть фигуру с многоугольником в основании и гранями, являющиеся равнобедренными треугольниками, сходящимися в единой вершине.

В частном строительстве чаще всего применяется пирамида с основанием в виде четырехугольника, хотя для пристроек (башенки, эркеры и т.п.) или легких садовых построек (беседок) практикуется возведение более сложных конструкций, у которых в основании может лежать и правильный шести- или восьмиугольник (иногда даже и больше).

В данной публикации акцент будет сделан все же на четырёхскатную шатровую крышу. Здесь тоже возможны вариации. «Классикой» считается пирамидальная конструкция, опирающаяся на основание-квадрат, с вершиной, находящейся на перпендикуляре, проходящем через точку пересечения диагоналей основания. В этом случае все четыре ската будут представлять собой абсолютно конгруэнтные треугольники, расположенные под одинаковым углом наклона.

На рисунке-схеме показана пирамида с квадратом в основании – именно ее и будем рассматривать в дальнейшем. К этому чертежу придётся не раз возвращаться по ходу изложения.

Вполне возможно использовать шатровую схему и на прямоугольном здании, у которого длина превышает ширину. Однако, на практике такое применяется нечасто – ввиду ненужного усложнения и расчетов, и монтажа. При подобном варианте скаты, опирающиеся на более короткую стену, становятся длиннее и имеют меньший угол наклона к горизонту, то есть и внешние нагрузки для них уже приходится рассчитывать индивидуально. Для прямоугольных оснований куда больше подойдет вальмовая крыша – она во многом схожа с шатровой, но лучше адаптирована именно к таким условиям.

Шатровая форма крыши дает немало значимых преимуществ:

• Дом с такой крышей очень выигрышно выделяется на фоне стандартных двухскатных кровель, обладая своеобразной привлекательностью.
• По своим аэродинамическим качествам, то есть по способности противостоять ветровой нагрузке, особенно при шквалистых или даже ураганных порывах, она среди скатных крыш, пожалуй, не имеет равных. Причем сведена к минимуму подъемная составляющая ветровой нагрузки – усилия, пытающегося сорвать кровлю вверх.
• Уникальная пирамидальная форма способствует равномерному распределению всех внешних и внутренних нагрузок на систему крыши и здания в целом.
• При правильном утеплении скатов кровли, такая крыша – оптимальное решение с точки зрения энергосбережения.
• При оптимальном выборе крутизны скатов кровли не будет особых проблем и со снежными наносами.

Недостатком, помимо определенной сложности конструкции, можно назвать то, что четыре одинаковых ската серьезно «съедают» объем чердачного помещения, что осложняет организацию в нем «обитаемой» площади. Чтобы создать жилую мансарду, приходится резко увеличивать крутизну кровли и прибегать к «врезке» дополнительных окон и надстроек. Понятно, что браться самостоятельно за расчет и возведение столь сложной конструкции – просто бессмысленно, так как здесь требуется высокопрофессиональное архитектурное проектирование и монтаж.

Основные элементы шатровой стропильной системы

Рассмотрим базовое строение стропильной системы шатровой крыши. Для этого вначале возьмем совершенно абстрактный дом, стены которого образуют квадрат, и попробуем примерить к нему такую кровлю.

В контексте данной статьи нас не особо интересуют кровля и стены. Скроем их из виду, чтобы остаться «один на один» уже с, собственно, самой конструкцией стропильной системы. Ну а затем рассмотрим ее по деталям.

Стены скрыты из вида, но оставлен мауэрлат (поз. 1). Это – мощный брус, который поясом закреплен по верхнему торцу стен – именно на него будут упираться все стропила. В отличие, например, от двускатной крыши, мауэрлат в нашем случае должен представлять собой обязательно замкнутую раму, жестко связанную – от этого напрямую зависит прочность и стабильность всей стропильной конструкции.

От углов мауэрлата вверх к центру, к коньковому узлу (поз. 3), сходятся ребра пирамиды – их роль выполняют накосные стропила (поз. 2). Это – самые длинные и наиболее нагруженные изо всех остальных стропильных ног, и обычно для их изготовления применяется наиболее «мощный» пиломатериал — об этом будет рассказано ниже. На чертеже пирамиды они соответствуют отрезкам [КА], [КВ], [КС] и [КD]. Длина наслонного стропила на той же схеме обозначена Lн.

От центра каждой стороны к тому же коньковому узлу проходят центральные стропила (поз. 4).  Они определяют высоту равнобедренного треугольника каждого ската. На чертеже – это, например, отрезок [КЕ] (длина стропила – Lц). В геометрии для обозначения этого элемента пирамиды имеешься отдельное наименование – апофема.

Наконец, от каждой накосной стропильной ноги в обе стороны к мауэрлату отходят укороченные стропила или нарожники (поз. 5), установленные с определенным шагом. Их количество будет зависеть от общих размеров всей системы.

Кстати, нередко для того, чтобы не «перегружать» соединениями коньковый узел, отказываются от установки центральных стропил, и монтируют только нарожники, размещая их симметрично апофеме.

На данной схеме показан вариант, в котором все без исключения стропила, начиная от накосных и кончая самым коротким нарожником, выполнены с выступом за пределы мауэрлата – для создания необходимого карнизного свеса. Но в дальнейшем все расчеты будут проводиться для «чистой» длины – от конькового узда до мауэрлата, а величина удлинения будет просчитываться отдельно, в зависимости от планируемой ширины свеса и угла крутизны ската.

крепление для стропил

Очень часто так и поступают – мощный стропильный брус заканчивается на мауэрлате, а карнизный свет обеспечивается наращиванием длины за счет специальных деталей – кобылок из более тонких досок. Это позволяет достичь немалой экономии на пиломатериалах.

На схеме была приведена одна из самых простых схем, когда накосные стропила выполнены по висячей схеме, и полностью сбалансированы. Скажем честно – такое очень редко встречается в реальности. На практике приходится прибегать к установке дополнительных, усиливающих элементов, которые обеспечивают прочность и стабильность конструкции стропильной системы.

Во-первых, стропила могут быть установлены по наслонной системе, то есть с опорой на центральную стойку. Стойка же может упираться на капитальную внутреннюю стену (если есть такая возможность), или на уложенный по центру лежень – мощный брус, опирающийся на противоположные внешние стены здания.

1 – накосные стропила;

2 – центральная стойка (бабка);

3 – затяжки (ригели).

Кстати, при возведении лёгких построек, например, беседок, иногда центральная стойка располагается по всей высоте, от фундамента (пола) и до конькового узла, и служит своеобразным предметом «интерьера».

Еще один вариант – основанием для стойки являются горизонтальные затяжки (ригели) соединяющие противоположные стропила. Эти затяжки могут располагаться внизу, ближе к мауэрлату, или примерно посередине высоты «пирамиды». Иногда такие ригели служат основанием для подшивки крыши чердачного помещения.

На рисунке показан пример, когда накосные стропильные ноги (поз. 1) по диагонали связаны затяжками (поз. 5). На пересечении затяжек смонтирована центральная опора (поз. 4). Все стропила, в том числе и центральные (поз. 2) соединены на опоре (бабке), образуя тем самым коньковый узел (поз. 3).

Часто центральная стойка вообще не используется. На крышах небольшого размера жесткость конструкции обеспечивается просто надежным скреплением центральных и накосных стропил на мауэрлате и в коньковом узле. В коньке стропила подгоняются друг к другу запилами под определённым углом, а затем это соединение усиливается металлическими накладами. Еще один вариант – используется центральный элемент-вставка, к которому крепятся стропильные ноги.

металлочерепица

Но при больших длинах стропильных нога иногда – и нарожников, они все равно требуют усиления. Для этого могут применяться дополнительные элементы системы.

На данной иллюстрации представлен один из вариантов. По центру квадрата, образованного мауэрлатом (поз. 1) врезан лежень (поз. 2). Как и в обычной схеме – установлены накосные (поз. 3) и центральные (поз. 4) стропила и нарожники (поз. 5).

Снизу накосных стропильных ног укреплены черепные бруски (поз. 6) – они служат для более надежной опоры для установленных нарожников.

И центральные ноги, и нарожники связаны с противолежащими, симметрично им расположенными деталями с помощью стяжек (поз. 7). Стяжки нижнего ряда, для исключения прогиба по центру, опираются на лежень, а сами одновременно служат опорой для верхнего ряда, перпендикулярного им.

От стяжек к каждой центральной стропильной ноге и к нарожникам идут вертикальные стойки (поз. 8).

Вместо вертикальных стоек (или вместе с ними) могут применяться подкосы – опорные элементы, расположенные под углом к горизонту. Это бывает удобно, когда основную нагрузку необходимо переложить на какую-то одну центральную точку (например, лежень или капитальную перемычку внутри здания), а не распределять ее по затяжке. Подкосы обычно располагают под углом в 45÷60°. Применение они находят, если длина стропильных ног превышает 4,5 метра. Такие дополнительные точки опоры позволяют снизить сечение пиломатериала, идущего на изготовление стропил, то есть и облегчить, и удешевить всю конструкцию системы.

На иллюстрации показано два варианта. Слева – комбинированный, в котором к лежню (поз. 1) закреплены и стойка (поз. 2), и подкосы (поз. 3). На правом рисунке – обошлись без стойки, и в лежень упираются только два подкоса, уходящие вверх, к симметричным стропильным ногам.

На схеме также показаны соединительные детали – металлические нагели (поз. 4) и стальные скобы (поз. 5).

Как уже говорилось, самыми длинными и испытывающими наиболее сосредоточенные нагрузки являются накосные (диагональные) стропильные ноги. Мало того, что обычно они толще других – нередко их приходится дополнительно подпирать, чтобы не допустить прогиба или кручения. Для этого могут применяться такие же подкосы, отходящие от центрального лежня, или специальный узел системы, называемый шпренгельной опорой.

Этот узел представляет собой шпренгельную балку (поз. 9) которая врезается на углу в мауэрлат, и от которой вертикально вверх уходит стойка (поз. 10), подпирающая накосную стропильную ногу. Иногда, на крышах большого размера, приходится устанавливать на просто шпренгель, а шпренгельную ферму, то есть усиливать вертикальную стойку подкосами.

Существуют и другие варианты монтажа и усиления стропильной системы шатровой крыши – многие мастера используют собственные, наработанные и проверенные годами методики. Но базовый принцип все равно сохраняется таким, как было показано выше.

Теперь необходимо рассмотреть блок вопросов, связанных с линейными размерами основных деталей конструкции, с необходимым для их изготовления сечением пиломатериалов, с другими геометрическими параметрами создаваемой системы. Одним словом, необходимо погрузиться в расчеты.

Проведение основных расчетов стропильной системы шатровой крыши

Проведение предлагаемых расчетов поможет хозяевам заранее определиться с основными характеристиками будущей крыши и необходимым количеством материалов. Расчеты должны проводиться в определенной последовательности, так как большинство параметров тесно взаимосвязаны, и, можно сказать, вытекают один из другого.

Высота «пирамиды», угол уклона скатов и планируемое кровельное покрытие шатровой крыши

Эта группа параметров выделена на первое место. Перечисленные характеристики тесно увязаны между собой и будут определяющими для остальных расчетов.

Почему необходимо заранее знать крутизну скатов? Да хотя бы потому, что каждый хозяин заранее видит крышу своего будущего дома, «одетую» в то или иное кровельное покрытие, которое больше ему по душе. А при выборе покрытий, хочешь – не хочешь, а приходится соблюдать определенные требования – у каждого материала есть свои предельно допустимые рамки по минимальному уклону.

То, что уклон зависит от высоты вершины «шатра» (и наоборот), наверное, объяснять не приходится — с ростом одного параметра возрастает и второй. Но только зависимость здесь – не линейная, а тангенциальная. Обратимся к схеме чертежу «пирамиды».

Высота конькового узла обозначена Н – это отрезок [KF]. Сама эта вершина в горизонтальной проекции лежит точно посередине любой из сторон квадрата, образующего основание. Получается прямоугольный треугольник КFE, катет [FE] которого известен – это половина ширины (длины) здания [АВ]. Угол ската кровли – α. Несложно определить и высоту:

Н = 0.5 × [АВ] × tgα

Это вычисление проще будет произвести при помощи встроенного калькулятора:

Калькулятор взаимосвязи высоты вершины шатровой крыши и угла крутизны кровли

Перейти к расчётам

Калькулятор позволяет решать как «прямую», так и «обратную» задачи. Например, если изначально планируется определённая высота конькового узла (например, для обустройства того или иного чердачного помещения), то, последовательно варьируя угол наклона, можно найти оптимальный именно для заданного значения высоты.

Ну а когда известны оба значения, уже ничто не помещает определиться и с кровельным покрытием. В таблице ниже приведены минимальные значения углов крутизны для кровель различных типов. Учитывая, что в некоторых источниках крутизна ската измеряется не в градусах, а в процентах или в пропорциях (отношение основания треугольника к высоте), эти показатели указаны тоже.

Есть нюанс – важный при выборе кровельного покрытия. Дело в том, что треугольная форма скатов больше предрасположена или к штучным, или к мягким рулонным материалам. Дело не в эксплуатационных качествах, а банально – в экономии приобретаемого покрытия. При раскрое листовых материалов (профнастила, шифера, ондулина, металлочерепицы) слишком много излишков уйдет в зарез (в отходы). Впрочем, это дело хозяев – стоимость листовых материалов часто бывает значительно ниже, и этим их применение все же может быть полностью оправдано.

Длина центральных и накосных стропильных ног

Если определена высота вершины, то есть конькового узла, то уже не составит особого труда найти «рабочую длину» стропильных ног, то есть от вершины до соединения с мауэрлатом.

Для начала – центральные стропильные ноги.

Уже упоминалось, что центральные ноги иногда не используются – вместо них с небольшим разбегом от середины симметрично устанавливается пара укороченных стропил-нарожников. Тем не менее, даже в этом случае полученная в результате расчетов величина нам пригодится – и для определения длины этих самых нарожников, и для вычисления общей площади кровли.

Вновь внимание на схему, приведенную в начале публикации. Центральное стропило, по сути, геометрически представляет собой высоту треугольного ската (апофему пирамиды), а также является гипотенузой [КЕ] прямоугольного треугольника КFE. Катеты нам известны – это половина ширины (длины) здания [AB]и уже рассчитанная высота Н. Ничего не мешает применить теорему Пифагора

Lц = [КЕ] = √([AB/2]² + H²)

Чтобы не повторяться впоследствии, можно сразу вывести формулу и для определения длины накосного стропила КВ.

Здесь также подойдет теорема Пифагора. Одним из катетов треугольника является та же высота Н, а вторым – гипотенуза [FB] другого равностороннего прямоугольного треугольника со сторонами, равными половине длины здания (диагональ квадрата со стороной [EB]).

[FB]² = [AB/2]² + [AB/2]² = 2×[AB/2]²

Значит, длина накосного стропила равна:

Lн = [FB] = √(2×[AB/2]² + H²)

Быстро и точно рассчитать оба этих параметра поможет расположенный ниже калькулятор:

Калькулятор расчета длины центральных и накосных стропил шатровой крыши

Расчет произведен, но он учитывает только лишь «рабочую» длину стропильных ног. Если стропила будут задействованы еще и для формирования карнизного свеса, то им необходимо удлинения на определенную величину ΔL. И она, опять же, будет отличаться для стропил, идущих вдоль ската (центральных ног и нарожников – для них она одинакова), и для диагональных, накосных.

Если же формировать карнизный свес предполагается путем установки кобылок, то расчет потребуется для определения их «рабочей» длины.

черепица

Формула несложна – нам известна планируемая ширина карнизного свеса G и угол уклона ската α. Удлинение будет равно:

ΔL = G / cosα

Это удлинение будет единым для всех центральных стропил и для всех нарожников. Для диагональных (накосных) стропил оно несколько больше – но все это учтено в расположенном ниже калькуляторе:

Калькулятор определения удлинения стропил (рабочей длины кобылок) для формирования карнизного свеса кровли

Общую длину заготовок, которые пойдут на изготовление стропильных ног (в случае, если они формируют карнизный свес), несложно вычислить простым суммированием L + ΔL.

Нагрузка, выпадающая на конструкцию крыши, материал для изготовления стропильных ног и шаг их установки

С длиной центральных и накосных стропильных ног определились. Теперь необходимо разобраться, какого сечения должен быть пиломатериал, идущий на их изготовление. Этот параметр напрямую будет зависеть от нагрузок, впадающих на стропильную систему.

Нагрузки можно разделить на несколько категорий:

• Статические постоянные нагрузки, обусловленные массой самой стропильной системы, обрешетки, кровельного материала, утеплителя, внутренней подшивки скатов.
• Временные нагрузки, самыми выраженными из которых являются снеговая (масса вероятных в данной местности снежных наносов) и ветровая, также с учетом климатических условий региона и особенностей расположения самого строения.
• Временные динамические нагрузки форс-мажорного характера, на случай стихийных бедствий – ураганных ветров, аномальных снегопадов или ливней, сейсмических толчков и других явлений. Предсказать все это – невозможно, поэтому конструкция просто должна обладать достаточным резервом прочности.
• Кроме того, необходимо учитывать и возможную необходимость пребывания на крыше человека – для проведения строительных или ремонтных работ, для очистки снега и т.п.

Стропила для того и необходимы, чтобы выпадающая на крышу нагрузка максимально равномерно распределялась по ним. Понятно, чем чаще они установлены, тем меньшая доля нагрузки придется на каждый погонный метр.

Учитывая это обстоятельство, можно рассчитать сечение материала, которого будет, с необходимым резервом прочности, достаточно для того, чтобы несущие элементы конструкции системы выдержали все возможные испытания.

Сечение будет зависеть и еще от одного обстоятельства – длины пролета. Если говорить проще – то это расстояние между двумя точками опоры несущего элемента. Так, стропило может упираться только в коньковый узел и мауэрлат, то есть это будет максимальный пролет, или же иметь дополнительное усиление в виде бабок (стоек) или подкосов – об этом не зря говорилось выше.

Если рассчитать распределенную нагрузку на погонный метр стропила, и знать расстояние между планируемыми точками опоры (длину пролета), то несложно определить требуемое сечение бруса (доски, бревна) которое будет достаточным для такой системы. Для этого можно воспользоваться следующей таблицей:

Пояснение по пользованию таблицей:

Например, расчеты показывают, что на погонный метр стропильной ноги придется 150 кг нагрузки, а само стропило будет иметь свободный пролет на самом длинном своем участке (например, между мауэрлатом и подкосом) – 4.5 метра. По этим данным заходим в левую часть таблицы и находим ячейку пересечения этих параметров. Из этой строки, но уже в правой части таблицы, можно выписать все допустимые значения сечения бруса (или диаметра бревна), которые будут отвечать требованиям обеспечения необходимой прочности. В данном примере это доски или брус 60×220, 70×210, 80×200, 90×190, 100×180 или же кругляк диаметром 180 мм.

Теперь осталось выяснить, как же определить распределенную нагрузку. Сама процедура расчетов – достаточно сложная, и вряд ли есть смысл приводить громоздкие формулы, которые могут лишь отпугнуть некоторых читателей. Вместо этого, будет предложен более удобный алгоритм, завязанный на калькулятор, в котором уже учтены все основные соотношения и зависимости, и необходимо лишь правильно ввести запрашиваемые значения.

Калькулятор для определения распределенной нагрузки на стропила

Итак, для расчета калькулятор запросит следующие данные:

• Крутизна ската кровли – от этого непосредственно зависит уровень ветровых и снеговых нагрузок. Очевидно, что сем круче скат, тем меньшее значение будет иметь снеговая нагрузка, но тем больше «парусность», то есть ветровое воздействие. Значение угла ската кровли нам уже известно.
• Тип планируемого кровельного покрытия. Различные материалы серьёзно отличаются и собственной массой, и степенью разреженности обрешетки под них.
• Следующий пункт необходим для учета снеговой нагрузки. Территория страны разделена на зоны по вероятностным объемам выпадающего снега, по данным многолетних метеорологических наблюдений. Значения запрограммированы в калькулятор, а пользователю остается лишь определить номер своей зоны по приложенной карте-схеме:

• Далее – ветровая нагрузка. Для начала следует по сходной методике определить номер зоны для своего региона, по карте-схеме, расположенной ниже:

• Для учета ветрового воздействия только номера зоны по географическому признаку – недостаточно. Необходимо правильно отнести свое строение и к соответствующей зоне, зависящей от особенностей конкретного участка строительства.

В самом калькуляторе будут даны вполне исчерпывающие признаки этого зонирования («А», «Б» или «В»), но необходимо принимать во внимание еще один нюанс. Дело в том, что указанные преграды для ветра могут приниматься в расчет, если они расположены в пределах круга с радиусом, равным 30×h, где h – это планируемая высота возводимого здания в коньке (вершине «шатра»). Например, для дома высотой 6 метров принимаются в расчет те естественные или искусственные преграды для ветра, которые находятся на удалении не более 180 метров.

• Наконец, и сама уже упомянутая высота здания h – также является исходной величиной, необходимой для расчета ветрового воздействия.
• Последним пунктом будет предложно внести планируемый шаг установки стропил на скате. Понятно, что чем чаще они устанавливаются, тем меньше будет значение распределённой нагрузки, но «увлекаться», наверное, тоже не следует, так как слишком малый шаг приведет к усложнению и утяжелению самой системы. Значит, варьируя значение шага установки, пользователь может попробовать выбрать оптимальный вариант, а затем по таблице определить требуемое сечение пиломатериалов для этого случая. Несколько вариантов дадут развернутую картину, и можно будет принимать то или иное решение.

Вот теперь можно перейти непосредственно к расчетам:

Полученное значение при входе в таблицу сечений должно приводиться к ближайшему в большую сторону.

Данный алгоритм позволил нам рассчитать сечение бруса для центральных стропильных ног. Укороченные стропила (нарожники) также вполне можно изготавливать из того же материала. А вот для накосных, самых длинных стропил, требуется несколько иной подход. Поэтому, чтобы гарантированно обеспечить их прочность, очень часто поступают таким образом: их изготавливают из того же пиломатериала, что и центральные стропила, но спаривая его, сращивая вдвое.

Кроме того, как уже упоминалось, для монтажа укороченных стропил (нарожников) по низу накосной ноги рекомендуется закрепить черепные бруски.

1 – накосное стропило из сдвоенной доски.

2 – черепные бруски.

3 – укороченные стропила (нарожники).

Крепление черепных брусков одновременно играет и еще одну роль – оно придает стропилу своеобразный тавровый профиль, который значительно лучше противостоит и изгибающей, и скручивающей нагрузке.

Длина нарожников

С материалом изготовления укороченных стропил-нарожников определились, теперь осталось разобраться с длиной заготовок.

Здесь, конечно, тоже можно подключить тригонометрию или теорему Пифагора, но есть и более простой способ.

Нам известна величина d – это половина ширины или длины здания. Ранее была рассчитана длина центрального стропила – Lц. Так вот, уменьшение длины укороченных стропил Δl будет пропорционально расстоянию Δd от центрального стропила (осевой линии ската) до конкретного нарожника:

Δd / d = Δl / Lц

Дальнейший расчет превращается в простейшую арифметику для начальных классов. Тем не менее, для тех, кто не любит возиться с вычислениями – калькулятор расчета длины нарожников:

Калькулятор для расчета длины укороченных стропил (нарожников)

Длина нарожника вычисляется без учета карнизного свеса. Если его требуется удлинить в этих целях, то о том, как проводится дополнительный расчет – уже рассказывалось выше.

Общая площадь кровли

Остался невыясненным еще один важны момент – это общая площадь получающейся крыши. А между тем, этот параметр очень важно знать еще на стадии еще на стадии проектирования и проведения подготовительных работ – от него начинаю «плясать», когда определяют потребное количество кровельного материала со всеми комплектующими, листов фанеры для сплошной обрешетки, пароизоляционной пленки, диффузной мембраны, утеплителя и т.п.

В случае с «классической» симметричной шатровой крышей особых проблем нет – у нее четыре абсолютно одинаковых треугольных ската, а площадь треугольника определяется очень просто. Правда, необходимо учесть некоторые нюансы.

Так как в подавляющем большинстве случаев крыша образует карнизный свес, то это также должно быть учтено при расчете площади.

Площадь треугольника равна:

S = 0.5 × А × h

где А – основание, а h – высота. В нашем случае все данные уже известны.

Обратите внимание на схему:

Основанием треугольника в данном случае будет выступать не только ширина дома D, но и ширина карнизных свесов G с обеих сторон, то есть: D + 2×G

Высотой треугольного ската тогда будет рассчитанная ранее длина центральной стропильной ноги Lц плюс ее удлинение на карнизный свес ΔL.

В итоге площадь ската равна:

Sс = 0,5 × (D + 2×G) × (Lц + ΔL)

А теперь осталось только умножить все это на 4 – количество скатов:

Sк = 2 × (D + 2×G) × (Lц + ΔL)

Все это учтено в расположенном ниже калькуляторе:

Калькулятор расчета площади шатровой крыши

Перейти к расчётам

Итак, была рассмотрена стропильная система «классической» шатровой крыши с четырьмя одинаковыми скатами. Безусловно, с возрастанием числа «граней пирамиды» конструкция будет усложняться, но все основные базовые расчеты принципиально не меняются, так как в основе любого ската все рано остается равнобедренный треугольник.

Как видите, расчёты не настолько сложны, чего, правда, не скажешь о монтаже – здесь никак не обойтись без наработанных плотницких навыков. И если желание самостоятельно возвести шатровую крышу не пропало, то необходимо, по крайней мере, заручиться помощью опытных товарищей, которые уже ранее занимались монтажом стропильных систем.

И в завершение публикации – небольшой видеосюжет, в котором детально демонстрируется макет классической четырехскатной шатровой крыши:

Видео: основные элементы шатровой стропильной системы – на макете

Как сделать шатровую крышу своими руками: расчет, материалы, монтаж и рекомендации

Шатровые крыши ценятся за привлекательность и надежность, но имеют сравнительно сложную конструкцию и технологию монтажа.

Самостоятельное возведение таких кровель позволяет сэкономить до 20-30% сметы, но считается возможным лишь при наличии грамотного проекта.

О нюансах возведения, необходимых инструментах и материалах читайте далее.

Подготовка к строительству

Работы начинаются с составления или уточнения подробного проекта (при правильном подходе – согласованного со специалистами и учитывающего все возможные факторы влияния), подготовки материалов и лесов.

На начальном этапе также выполняется оценка состояния несущих стен, при необходимости – с укреплением или выравниванием.

Тип каркаса и способ крепления стропил к основанию (висячий или наслонный) выбирается заранее, с учетом размеров дома, уклона и назначения шатровой крыши.

Чертежи и расчеты

Шатровая крыша отличается от других конструкций наличием четырех треугольных скатов, сходящимся в центре постройки (какая крыша лучше — вальмовая или шатровая?). При ее расчете и монтаже важно свести к минимуму влияние снеговых и ветровых нагрузок на скаты, а распорных – на несущие стены.

Коньковый прогон и фронтоны в проекте отсутствуют, расчет начинается с определения уклона и вычисления параметров одного ската у полностью симметричных квадратных конструкций (оптимальный вариант) и двух – у крыш, монтируемых на слегка вытянутые прямоугольные постройки.

Уклон кровли в теории может быть любым, но на деле варьируется от 25 до 50 °, при оптимуме в 30-40°. Для расчета используются простые тригонометрические формулы, вычисляющие параметры равнобедренных треугольников и пирамиды, упростить этап помогают строительные калькуляторы.

Площадь ската находится по формуле Sс=ВС∙AD/2, карниза Sк= (BC+EF)/2∙DG.

Общая площадь шатровой крыши находится путем суммирования полученных значений и умножения их на 4.

Чертеж составляется с учетом типа стропильной системы (каково устройство четырехскатной крыши?). Висячий способ крепления для таких крыш считается более подходящим как из-за большого уклона скатов, так и из-за освобождения пространства. Но при расстоянии между стенами свыше 4,5-6 м стропила стоит крепить наслонным способом, к установленной в центре вертикальной опоре.

Из видео узнаете о том, как пользоваться программой для расчета шатровой (четырехскатной) крыши с помощью калькулятора программы Zhitov Calc для Android:

Материалы и инструменты

Для возведения шатровой крыши потребуются:

• Пиломатериалы, прошедшие антисептическую и противопожарную обработку. Несущий каркас любых четырехскатных крыш закладывается из бруса или досок одинакового сорта и сечения (от 100 мм – для бруса, от 50 – досок).
• Надежные крепежи и гвозди.
• Доска или листовые материалы на древесной основе для обрешетки.
• Кровельное покрытие, рулонная изоляция, утеплитель и материалы для внутренней обшивки (последние требуются при заложении шатровых крыш поверх жилых мансардных этажей, что при стандартном исполнении встречается редко).
• Стандартный плотничный набор: ручная и электрическая пилы, рубанок, дрель, топор, молоток и приспособления для подъема материалов наверх.

Как сделать силовой каркас?

Стропильной системе уделяется особое внимание: все несущие конструкции по возможности имеют одинаковое сечение и надежно фиксируются. Основные сложности возникают при соединении стропил в центре, вне зависимости от назначения крыши способ обустройства этого узла выбирается заранее.

Мауэрлат и лежень

Функции мауэрлата выполняет цельный брус (в жилых домах – с сечением не менее 150 мм), по возможности квадратный, закрепляемый у наружной стороны несущих стен по всему периметру дома. В домах со стенами из пористых или малопрочных материалов под мауэрлатом дополнительно закладывается ж/б армопояс, в деревянных срубах основанием каркаса может быть верхний венец.

В ходе крепления мауэрлата выполняется 3 обязательных требования:

• Брус укладывается после проверки уровня стен и исключения любых дефектов основания.
• Деревянный брус и другие материалы разделяются гидроизоляционной отсечкой (2 слоями рубероида или мембран, толстым слоем обмазочной мастики).
• Элемент привязывается к стенам сквозными шпильками или анкерами с шагом не реже 80-90 см. Арматура для крепления закладывается в стенах заранее, одновременно с верхними рядами.

Схожим образом на внутренних перегородках закрепляется лежень – горизонтальный брус, удерживающий центральную опору в системах с наслонными стропилами.

При отсутствии перегородки или ее смещении, лежень монтируется в балочном перекрытии или заменяется перекрещенными затяжками.

Установка опоры и вальмовых стропипьных ног

Центральная опора также закладывается из цельного бруса с сечением от 150 мм и фиксируется металлическими уголками. Лучшую устойчивость имеют конструкции, укрепленные дополнительными подпорками в нижней части, но такое исполнение не всегда возможно.

Вальмовые стропильные ноги выпиливаются по единому шаблону из доски с толщиной от 50 мм и крепятся к внешним сторонам мауэрлата. Усилить каркас помогают скобы или деревянные бруски-упоры по бокам.

Как закрепить диагональные стропилины?

Диагональные стропила крепятся схожим образом – с закреплением на внешней стороне угла и с упором на вертикальную стойку в верхней точке. В ряде случаев их приходится наращивать или сдваивать (в этом случае сечение вальмовых стропил также закладывают с запасом), при расстоянии между стенами более 9 м угловые стропила усиливаются подкосами или доп.опорами, закрепляемыми под углом в 45°.

Вершина кровельной системы

В системах с наслонным типом стропила просто крепятся к опорному вертикальному брусу, с помощью П-образных перфорированных пластин или длинных гвоздей, при необходимости усиливаясь ригелями. В висячих — работы усложняются – правильно свести в центре 8 стропильных ног могут только специалисты.

Способы обустройства узла бывают разными, включая:

• Подрезку верхушек стропил под углом и крепление гвоздями.
• То же, с попарной связкой противоположных стропил ригелями (в особо крутых и габаритных крышах – дерево заменяется металлом).
• Крепление к восьмиугольному или круглому бруску в центре.

Изготовление и монтаж нарожников

Укороченные стропила, формирующие плоскость скатов, крепятся к диагональным стропилам и мауэрлату. При неизменных общих требованиях (равномерный шаг, одинаковое сечение досок, использование качественной древесины) в отличие от других конструкций их рекомендуют смещать в разных скатах друг от друга. При отсутствии такой возможности нарожники укрепляются черепным бруском или уголками.

Пошаговая инструкция по возведению кровли

Работы проводятся после выравнивания и укрепления несущих стен (при необходимости – с заложением разгрузочного армопояса), но до полноценного обустройства перекрытия. В ходе строительства пошагово выполняются работы:

1. По периметру несущих стен выполняется крепление мауэрлата шпильками.
2. На внутренних стенах укладывается лежень, монтируются балки перекрытия и вертикальная опорная стойка по центру. При висячем типе стропил этот шаг пропускается и заменяется определением точки соединения каркаса вверху.
3. Со всех сторон ската укладываются вальмовые стропила с выносом для формирования карнизного свеса.
4. К «коньковой» точке и углам крепятся диагональные стропильные ноги, также удлиняемые до конца свеса.
5. При необходимости вертикальная стойка и несущие стропила каркаса укрепляются укосами или ригелями.
6. На угловых стропила и мауэрлате закрепляются нарожники.
7. После проверки надежности крепежей и геометрических параметров скатов выполняются работы по настилу гидроизоляционного слоя, набивке обрешетки и панелей карнизного свеса, закреплению крюков для удержания желобов.
8. Шатровая крыша покрывается выбранным материалом, выполняется монтаж вспомогательных элементов.

При необходимости утепления шатровой крыши схема усложняется – после заложения стропильной системы, но до набивки обрешетки выполняется монтаж слоев кровельного пирога и продумывается способ его проветривания.

Из-за сложной формы и большого уклона скатов укладку утеплителя стоит проводить одновременно с заложением кровли, лучше всего для этих целей подходят плитные виды минваты или пенополистирола.

Но в целом, эти крыши чаще составляют холодными, снижение теплопотерь достигается за счет утепления перекрытий.

Ошибки и общие рекомендации

К нарушениям при строительстве относят:

• Игнорирование потребности в вентилировании крыши. Не имеющие фронтонов и слуховых окон шатровые конструкции закрытого типа вентилируются даже при отсутствии утепляющей прослойки. Свежий воздух должен поступать со всех сторон скатов, через заранее заложенные решетки или прорези в карнизных свесах.
• Распил материалов без уточнения реальных параметров постройки.
• Ошибки при подрезе или удлинении стропил и общие нарушения правил их крепления к мауэрлату. Удлинение ног без упоров, или недостаточная надежность крепежа, или игнорирование потребности привязки стропил приводит к проседанию шатровой кровли, перекосу или срыву карниза, что недопустимо.
• Использование пиломатериалов низкого качества, в том числе – влажной или непрошедшей обработку древесины.
• Ошибки настила кровельного пирога (монтаж рулонных материалов не той стороной, отсутствие нахлеста или защитных лент на стыках, недостаточная величина вентиляционных зазоров).

Избежать ошибок помогает четкий план действий и проект, согласованный с профессионалами или как минимум проверенный с помощью программ. Распил материалов и обработку краев стоит выполнять внизу, с помощью проверенных шаблонов.

При ведении работ с перерывами заранее принимаются меры по защите слоев пирога от атмосферных воздействий. Возможно, вам будет интересно узнать о том, как правильно построить четырехскатную крышу своими руками, а также такую кровлю с мансардой и для садовой беседки.

Заключение

В заключении стоит отметить, что приведенный алгоритм строительства шатровой крыши усложняется при ее нестандартной конфигурации (увеличении числа скатов или уровней, привязки стропил к круглому основанию, добавлении эркеров или выступов) или необходимости заложения под ней жилой мансарды. В таких случаях расчет и монтаж кровли доверяют специалистам.