Вальмовая крыша своими руками – устройство стропильной системы

Практически все загородные дома, построенные в европейском стиле, украшают вальмовые кровли. Такие сооружения отличаются надежностью и эстетичным видом. Если присмотреться, то по строению они походят на верхние части домов, которые с древних времен возводят в Японии и Китае.

Что же это за крыша?

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

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

Простые и сложные виды вальмовых кровель

Самая простая вальмовая крыша – это четырехскатная система, где фронтальные склоны имеют форму трапеций, а торцевые выполнены в виде треугольников. Скаты-треугольники носят названия «вальмы», они берут свое начало у торцевого карниза и простираются до краев конька. В ходе сооружения такой конструкции используют систему наслонных и накосных стропил – приемы позаимствованы из схем, по которым возводят двухскатные и четырехскатные кровли.

Конструкция полувальмовой крыши образуется из двух элементов обычной двухскатки и двух вальм. Карнизы последних, как правило, располагаются намного выше фронтальных. Отличительной особенностью данного типа сооружения является отсутствие острых выступов. Такие крыши получили распространение в регионах с сильными ветрами. Если дом строится в местности, для которой характерны обильные снегопады, то скаты полувальмовой конструкции делают более крутыми. Пологие склоны крыш – оптимальный вариант для менее снежных регионов.

Четырехскатная система — пример самой простой вальмовой крыши

Вальмовая кровля может походить на шатер или пирамиду, в таком случае ее называют шатровой или, соответственно, пирамидальной. Сооружают подобные конструкции крыш на домах, несущие стены которых формируют квадрат или правильный прямоугольник. Все стороны шатровой крыши имеют форму треугольников, верхушки которых сопрягаются в одной точке.

Самая сложная вальмовая конструкция имеет ломаную форму. Состоит такая роскошная крыша из разных по размеру и форме скатов, при этом каждый из них имеет излом. Простым примером ломаной кровли выступает двухскатка, у которой фронтальные стороны имеют в верхней части излом. Такой подход позволяет значительно увеличить чердачное пространство, в котором обычно обустраивают мансарду.

Когда используются висячие стропила

Необходимость применения висячих стропил бывает обоснованной при совокупности трех главных условий:

  • внутри строения отсутствует продольная несущая стена;
  • пролет перекрытия составляет около 6-10 метров;
  • устройство чердака или мансарды требуется по условиям технического задания.

Так как центральной опоры под коньком нет, стропильные ноги поддерживаются лишь в нижней части внешними несущими стенами. Элементы опираются на мауэрлат, уложенный по периметру дома, или на балки перекрытия. Конек же образуется посредством стыковки стропил, поддерживающих друг друга. Такая конструкция создает сильнейшее распирающее усилие, приходящееся на наружные стены.

Нейтрализовать распор помогают горизонтальные затяжки, выполняемые из деревянных брусьев или металлических профилей. Их можно устанавливать на разных уровнях, но следует учитывать тот факт, что чем выше будут укладываться элементы, тем бо́льшие нагрузки они испытают в процессе эксплуатации.

Для висячих стропил важными факторами являются: качество пиломатериалов и надежность креплений. По возможности, собирать стропильные фермы рекомендуется на строительной площадке с последующим их перемещением посредством подъемной техники. Их геометрия, в этом случае, окажется более правильной, а узлы – качественными. Но технология допускает монтаж стропильной системы и по месту, с использованием временных креплений.

Учитывая сложность и ответственность возведения вальмовой крыши с висячими стропилами, ее проектирование и устройство следует поручить профессионалам. Экономия в этом вопросе не уместна.

Виды систем

Стропильная система шатровой крыши по способу монтажа элементов может быть разделена на наслонную и висячую. В случае висячих частей, схема в монтаже может представлять определенные сложности, а длительная эксплуатация может быть связана с некоторыми хлопотами во время ремонта. Обычно, подобные системы монтируются на внешние стеновые проемы, т.к. в них нет внутренних аналоговых систем. Системы наслонного типа являются более выверенными, экономичными и конструктивными. Чаще всего такие системы используются в зданиях, обладающих конструкциями опорного типа (столбами) или сооружениях, которые имеют среднюю несущую стену.

Если в сооружении есть добавочные конструкции для опоры, то это дает возможность выполнить более длинный участок пролета, оснащая его конструкцией наслонного типа. Это будет актуально во время монтажа вальмовых крыш, которые имеют наклон ската до 35°.

Конструкция включает в себя следующие элементы:

  • Накосные элементы – монтируются по диагонали или по направлению углов проемов стен;
  • Нарожники;
  • Трапеции элементов ската;
  • Ригели;
  • Стойки и подкосы;
  • Шпренгели;
  • Прогоны и лежни.

Можно посмотреть на схему стропильной системы вальмовой крыши, чтобы было более понятны места расположения элементов и как может выглядеть ее чертеж.

Накосные диагональные стропила у четырехскатных кровель закрепляются одной стороной на нижнюю опору всей конструкции или в балку, которая продолжает ее. Другая сторона накосных стропил закрепляются на другую пару стропил. Эти элементы для вальмовых крыш по своим линейным размерам являются несколько большими, чем привычные всем комплексы. Это все из-за того, что на них прикладывается больше силового воздействия, т.к. они являются одновременным упором для нарожников.

Нарожники являются комплексами из стропил, которые укорачиваются по своей длине. Они фиксируются в одной точке на накосные стропила. При этом другая точка этой опоры монтируется на нижнюю опору. Когда ширина сооружения составляет более 4,5 метров, то стропильные элементы по длине компонуются одновременно несколькими элементами. Подобным образом, они переходят в разряд составных изделий.

Для того, чтобы снижать линейные размеры, возможно использование стоек и подкосов. Подобный подход к обустройству кровли дает возможность монтировать ее без использования распорок. Но в случае с коньковым устройством кровли, в котором части друг друга поддерживают, будет возможным использование подпорок. В таком варианте необходимо применять ригельные устройства.

Для того, чтобы предотвратить образования распоров в тех местах, где происходит взаимодействие плоскостей элементов конструкции с нижней опорой, выполняется горизонтальный уровень. В таких ситуациях возможно применение двух видов взаимосвязи с нижней опорой:

  • На балку, врезаемую в дополнительный брус, который располагается на нижней опоре;
  • На обвязку верхнего типа, прямо на нижнюю опору или на верховые венцы.

Прямиком в нижнюю опору врезаться будет нецелесообразно, т.к. от этого она будет снижать свою прочность. Ведь как раз лежень будет играть роль опор для стоек и подкосов.

Лежень устанавливается на внутренний проем стен или малые кирпичные столбы, имеющиеся в перекрытии. Иногда лежень закрепляется путем подгона деревянных подкладок, выполненных в горизонтали перекрытия. Этот способ подгона лежня дает возможность здорово упростить монтаж стоек и прогонов.

Не смотря на тип укладки лежня, который вы выберете, на первом этапе возведения необходимо выполнить гидроизоляцию. В случае, когда лежень будет укладываться на малых кирпичных столбах, его сечение может достигать до 100х150 мм. Когда лежень будет укладываться на стеновой проем или перекрытие, то его высота бывает на 5-10 см ниже. Монтаж лежня не будет нужен, когда осуществляется монтаж стропильной системы без подкосов на крыше. В таком случае, возможно будет осуществить обвязку нижней части стоек так называемыми схватками.

Элементы стропильной системы вальмовой крыши включают балку, которая выполняется из опорных частей и находится на нижней опоре параллельно, называют прогоном. Основной задачей прогона является придача всей системе дополнительную прочность. В таком случае прогон обязан быть расположен таким, чтобы у него имелась дополнительная подпорка. Между прогонами и нижней опорой наиболее оптимальной длиной будет длина не более 4,5 метров.

Применение прогонов в общей вальмовой конструкции обусловлено конструктивными особенностями. В первую очередь с наличием стеновых проемов и перекрытий, позволяющих закреплять расположенный продольно, по отношению к проему или закрепляющую на потолок балку, прогон.

Для обеспечения большего усиления требуется монтировать шпренгеля. При этом нужно учитывать линейные размеры пролета, который потребуется усиливать стропильными элементами. Шпренгеля изготавливаются из бруса или бревна. Накосные стропила, которые располагаются через стойку по диагонали, будут усиливать нагрузку, трансформируемую уже на шпренгель.

Элементы

Чтобы не заставлять читателя путаться в терминах, я приведу еще несколько определений. Вот основные элементы стропильной системы:

Читайте также:  Характеристики плит перекрытия - размеры и вес
Изображение Элемент стропильной конструкции
Мауэрлат: уложенный на капитальную стену или монолитное перекрытие брус, служащий опорой для стропил.
Стропильные ноги: наклонные брусья, которые служат опорой для кровли. Висячие стропила (то есть опирающиеся только на стены здания) позволяют построить крышу шириной до 6-6,5 метров. Наслонные стропила (с промежуточными опорами) позволяют увеличить пролет до 12 метров при наличии одной опоры и до 15 метров при наличии двух опор.
Ригель, или затяжка: брус, стягивающий стропила двускатной крыши. Его задача — исключить деформацию стропильной системы в случае больших снеговых нагрузок.
Стойка: вертикальная опора под стропильной ногой, обеспечивающая ее устойчивость при сильном боковом ветре. Кроме того, стойки обычно служат основой каркаса боковых стен мансарды.
Лежень: горизонтальный брус, на который опираются стойки.

Вальмовая крыша с опорой на перекрытия

В отличие от обычных двухскатных крыш, у которых угол наклона настила может быть от 30 — 65 о, вальмовые схемы имеют оптимальный угол в 45 о. Практически все построения и расчеты выполняются, исходя из указанного угла наклона основных элементов каркаса — диагональных стропил. Такой вариант обеспечивает максимальную прочность конструкции.

Использование наслонных схем и опор на балочное перекрытие

Чаще всего такая крыша опирается нижней частью стропил на мауэрлат из бруса или толстой доски, закрепленный к верхнему торцу кирпичных или бетонных стен будущего дома. Совместно с фундаментом стены образуют жесткую полузамкнутую систему, способную противостоять вертикальной и горизонтальной нагрузкам от стропил. Установка перекрытия из бревна, бруса или доски в таких схемах необходима для формирования потолка и чердачного пола. Само перекрытие в удержании крыши или отдельных элементов вальмовой конструкции не несет.

В наслонной конструкции стропильных опор также обычно существует вариант потолочного перекрытия, выполненного из деревянных балок. При небольших размерах дома удельной прочности перекрытия хватает для того, что частично принять на себя нагрузку от конькового прогона и стропил. Если длина балки увеличивается более 5 м, прочности такого перекрытия для удержания крыши явно не хватит. Поэтому в центральной части выстраивают опорные колонны или даже часть стен, на которые и опирается центральная часть бруса перекрытия. Нагрузка от конькового прогона передается через вертикальные стойки-опоры на один мощный центральный брус, называемый лежнем. Иногда усилие от веса конструкции передается через лежень напрямую на каменные опоры, без участия самого потолочного перекрытия.

Читайте также:  Бетонные плиты перекрытия: технические характеристики

Благодаря такой схеме перераспределения нагрузки стропила могут быть тоньше и легче, а давление на стены дома уменьшено на 30-40%.

Использование балочного перекрытия для удерживания стропил

Зачастую в конструкции дома не всегда решающим фактором является способность капитальных стен удерживать вертикальную нагрузку от веса кровли и каркаса. Подобная ситуация зачастую возникает в конструкциях щитовых домов, в зданиях с облегченными стенами, или при использовании в качестве основного материала для стен блоков с низкой жесткостью, например, арболитового камня.

В этих случаях даже частичная разгрузка и перенос большей части давления от веса вальмовой крыши с периметра внешних стен на внутренние каменные стены и опоры проблемы не решает. Жесткости и прочности основной коробки здания не хватает для надежного удержания даже вальмовой крыши, не говоря уже о двухскатной схеме. Проблему дополнительной жесткости можно решить, если сделать в основании крыши специальное перекрытие из деревянного бруса, сечением 20х20 см или 20х15 см. Балки укладывают поверх готового мауэрлата, с вылетом за пределы стен на 60-70 см, с шагом в полметра. Перекрытие из бруса должно иметь опору на одну из внутренних стен.

Выступающие за пределы стен концы бруса используют для крепления нижних частей стропильных ног, а в центральной части перекрытия устанавливают раму с опорами, поддерживающими коньковый прогон и верхнюю часть стропил. Основная часть конструкции — диагональные стропила устанавливаются в углах перекрытия и соединяются в одной точке на коньковом прогоне.

Вальмовые крыши с опорами на плитах перекрытия

Конструкции с вальмовыми треугольниками давно стали обязательным атрибутом двух или трехэтажных коттеджей из кирпича и камня, построенных по классической технологии с укладкой потолков из железобетонных плит. Благодаря высокой прочности плит и кирпичных стен проблема обеспечения потребной жесткости опорной поверхности под каркас не стоит.

Для удержания веса каркаса используется та же схема, что и в наслонном варианте. Рама с вертикальными стойками и подкосами, которая воспринимает усилие от коньковой балки и стропил, опирается на лежень, закрепленный на бетонной плите перекрытия.

Сложная вальмовая крыша

Схемы сложных вальмовых конструкций, предусматривающих наличие дополнительных элементов типа мансардных окон или эркера, не сильно отличаются от представленной выше. Основные расчеты и порядок формирования стропильной конструкции остается прежним.

При наличии в вальмовой крыше мансардных окон важно учитывать шаг стропильной системы и вычесть площадь окон из общей площади. При создании крыши с эркером, то есть крышей над пристройкой, башней к дому, производится стыковка вальмовой конструкции с какой-то иной: двускатной, шатровой и т.д. Для этого в стропильную систему вносятся необходимые дополнения в виде дополнительных опор для данной пристройки.

Любая сложная многосоставная кровля проектируется и монтируется как соединение простых элементов и данный случай не является исключением. Все дополнительные элементы примыканий к вальмовой крыше должны рассчитаться отдельно и быть внесены в общий план.

Конструкция вальмовой крыши при своем проектировании основывается на достаточно сложных расчетах. От их точности зависит успех в ее возведении и эксплуатационные характеристики. Поэтому так важно не пренебрегать созданием схем и чертежей при обращении к данному типу кровли.

Как создать надежное основание для стропил?

Первый шаг, который вам нужно сделать – построить прочное основание для таких стропил. Например, если у балок перекрытия нет никакой подпорки (хотя бы в виде промежуточной стены дома), тогда стропильные фермы на ней нужно организовывать только по принципу висячих. Если же опора есть, стропила можно смело опирать прямо на балку без каких-либо вспомогательных элементов.

Читайте также:  Устройство качественных полов по деревянным лагам

Говоря простым языком, если балка в чердачном перекрытии установлена надежно и имеет свои опоры, то на нее можно установить и стропила, а если всего этого нет, тогда стропила есть смысл крепко соединить с самими балками и подвесить как единую систему. В противном случае перед строительством крыши вам нужно подпереть балки изнутри помещения, для чего существует три разных строительных способа:

  • Самая простая классическая подпорка состоит из затяжки, одной подбалки и подкосов. Затяжка подвешивается посередине. Такие подвесные системы применяются сегодня чаще всего при больших пролетах.
  • Двойная подпорка состоит из затяжки, подвесок, двух подкосов и ригеля, который служит распоркой между досками.
  • Существует даже тройная подпорка, которая представляет собой отдельные три подвесные системы, или одну двойную подвесную систему и одну простую. Это уже сложная стропильная система.

Вот как выглядят такие системы:

Идеально, если вы также сможете рассчитать такие балки на прогиб и растяжение, насколько они готовы удерживать на себе всю крышу. Для этого существуют специальные онлайн-калькуляторы и формулы, хотя также будет достаточно для собственного спокойствия пригласить опытного плотника.

Восстановление повреждений

Не бывает ничего вечного, и стропильная система может потерять свои начальные свойства. Из-за неправильного расчёта или от времени стропильная нога может начать прогибаться. В этом случае наиболее эффективны будут боковые накладки. Для усиления стропильной системы применяются стяжки (ригели) и подпорки (стойки).

При необходимости выпрямления прогнувшейся стропилины (стропильной ноги) её выпрямляют с помощью домкрата или гидроцилиндра.

Дерево за время может подгнить или потрескаться. Можно увеличить несущую способность стропильной ноги, применив «подмогу». Это дополнительная балка, которая крепится хомутами в нижней части основной балки стропила. Дерево лучше выбирать хвойных пород, просушенное.

Иногда происходит разрушение узла крепления стропильной системы к стене дома. Это может привести к разрушению крыши в целом. В этом случае узел крепления следует разобрать и заново собрать по всем правилам.

Восстановление повреждений

Важное значение для прочности стропильной системы имеет правильное выполнение конькового узла.

Восстановление повреждений

Радикальным способом модернизации является построение новой, более островерхой крыши над старой с последующей связкой их в единую конструкцию. Получается более прочная и жёсткая конструкция.

Выбор материала для стропильной системы

До того как начнется сборка конструкции, требуется обратить внимания на качество используемого сырья, которое будет применяться для изготовления основных несущих элементов, ведь на них будет сосредоточена вся весовая нагрузка. В жилых домах предпочтительней использовать древесину первого сорта, в сараях, времянках и прочих хозяйственных постройках подойдет второй и третий сорт.

Заготовки с дефектами (сучками, трещинами) лучше отложить для запаса или вообще не использовать.

Выбор материала для стропильной системы

По ГОСТу допускается наличие 3 здоровых сучков на один погонный метр. Наличие небольших поверхностных трещин допустимо, если их количество невелико.

Деревянные несущие элементы должны быть толщиной минимум 5 см, максимальная длина 6.5 м. Если длины материалов не хватает, их можно соединять специальными пазами или с помощью накладок.

Чертеж стропильной системы вальмовой крыши

Итогом разработки проекта и расчетов будет схема-чертеж стропильной системы вальмовой крыши. Не бывает похожих чертежей, готовых к применению без учета особенностей конкретного строения и места его постройки.

Разработку предварительной схемы можно выполнить самостоятельно (простой эскиз позволит определить направление проекта). Но, чертеж лучше доверить специалистам или воспользоваться специальными программами для расчета. Следует помнить, что чем сложнее конструкция крыши, тем точнее нужно выполнить расчет стропильной системы: конфигурации и материалов. Это также повлияет на стоимость и длительность монтажных работ.

Чертеж вальмовой крыши должен включать в себя указание назначения материала, место его установки и способ крепления. Ключевые узлы стропильной системы вальмовой крыши, например, примыкание диагональных опор к коньковому брусу или установка стропильных ног на мауэрлат целесообразно вынести в отдельный чертеж и описать их подробнее.

Чертеж вальмовой крыши (наслонные стропила с упором на два прогона)

Схема деревянных наслонных стропил с упором на два прогона для вальмовой крыши

Чертеж стропильной системы вальмовой крыши с эркером

Схема с размерами стропильной системы вальмовой крыши с эркером

Наличие схематического чертежа станет хорошим подспорьем при изготовлении заготовок и последующем монтаже крыши.

Инструменты для строительства вальмовой крыши

Конструкция крыши и способы обустройства узлов определяют набор инструментов, которые следует подготовить до начала работ.

Для работы с деревом пригодится: уровень, ножовка, молоток, рулетка, разметочный шнурок, степлер.

Для работы с металлическими конструкциями понадобятся электродрель, клепальщик, ножницы просечные.

Инструмент и расходные материалы должны быть подготовлены заранее, т.к. сложный монтаж стропильной системы вальмовой крыши предполагает большое число запилов и установки гвоздей.

Чтобы упростить замеры и иметь возможность делать все детали одинакового размера, мастера советуют заменить рулетку замерной рейкой. Измерительную рейку делают из фанеры шириной в 50 мм, на которую наносят основные размеры.