Шатровая крыша – стропильная система

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.

Шатровая крыша

Шатровая крыша – стропильная система

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 для беседки

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.

Устройство шатровой стропильной системы

Этапы монтажа шатровой крыши

Виды стропильных систем, преимущества и недостатки шатровой крыши

Таблица. Основные виды шатровой стропильной системы.

Применение наслонных и висячих стропильных ног

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.

Преимущества и особенности шатровых крыш

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.

Мауэрлат

Цены на 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.

Специфика шатровой стропильной системы

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.

Опоры для диагональных стропильных ног

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.

Верхнее опирание наслонных стропил

Варианты опор для многоугольных шатровых крыш

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.

Способы крепления нарожников

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.

Конструкция шатровой крыши

Цены на 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.

Выбор кровельного материала от угла уклона

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

 

Укажите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать площадь крыши"

Длина здания B (по большей стороне - для вальмовой крыши, по любой - для шатровой), метров

Планируемая ширина карнизного свеса k от стены, метров

Рассчитанная длина центрального стропила L, метров

Рассчитанное удлинение стропила (длина кобылки) ΔL для формирования карнизного свеса, метров

Расчет провести для:

- вальмовой крыши

- шатровой крыши

Устройство основания для шатровой стропильной системы

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.

ЛВЛ-брус

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.

По центру дома установлен вертикальный брус

Установка опоры и вальмовых стропильных ног

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.

Фото закрепленной касаурины

Запилины — вид снизу

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.

Угольник Свенсона

Как пользоваться угольником Свенсона

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

Посадочные пятки на стропилах

Для работы будет использоваться обыкновенный транспортир

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.

Выпиливается отмеченная пятка

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

Готовая пятка лежит 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.

Для фиксации стропил используются металлические уголки

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

Торцевая поверхность оклеена скотчем

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.

Сверху установлена дополнительная доска

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.

Установка опор и нарожников

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.

Цепная пила с приспособлениями для запила элементов стропильной системы

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.

Подрезка стропилины

Элемент обрезан

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.

Обрезка стропилины ножовкой

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.

Пример опоры для стропил

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.

Торцы стропил выровнены

Готовая стропильная система

Пример строительства двухуровневой крыши беседки

Схема и план

Цены на различные виды крепежа для стропил

Видео – Строительство стропильной системы шатровой крыши