Верх шатровой крыши. Как сделать четырехскатную равностороннюю шатровую крышу для коттеджа
В древности наши предки сооружали свои жилища в форме шатров. Использовали для этого натуральные материалы: дерево, камень, шкуры животных и прочее. Современный шатровый дом представляет собой более фундаментальное строение. Оно имеет несколько разновидностей и наделено определенными техническими свойствами.
Готовый проект дома с шатровой крышей
Они могут быть двух типов:
- Полноценные, сооружаемые в форме шатра;
- Неполные, когда возводятся как обычное строение, у которого кровельная конструкция - шатровая.
Дома будут отличаться технологиями возведения и материалами, применяемыми в процессе работ.
Характеристики полноценных шатровых домов
Такие строения имеют . Довольно часто их можно встретить на дачных участках. Строительство экономичное, и сама сборка конструкции довольно простая.
Итак, шатровый дом основывается на каркасе. Проекты довольно разнообразны. Создать их можно самостоятельно или обратиться за помощью к профессиональному архитектору.
Проекты шатровых домов составляются аналогично планированию кровельной конструкции такого типа.
Только в расчет не берутся несущие стены дома, в качестве которых будут использоваться скаты.
Вариант проекта дома с шатровой крышей
Форма их может быть с одним или двумя скатами, с четырьмя, а также многоскатной.
То есть фактически шатровый дом - это крыша, которая сразу устанавливается на подготовленное основание.
Самыми интересными считаются проекты домов с многоскатными стенами. Количество таких скатов может быть любым.
Только вот стоит учесть, что функциональность такого дома может снизиться, так как будет довольно большое количество ограниченного пространства из-за сооружения дополнительных опорных элементов каркаса.
Самыми функциональными и практичными считаются дома с одним, двумя и четырьмя скатами. Распределить в них пространство гораздо проще.
Примечание. Стоит учесть, что высота такого дома может быть любой. Но необходимо сделать ее таким образом, чтобы потолки внутри дома достигали хотя бы 2,4-2,5 м. При этом стены будут наклонными.
Хотя можно сделать их ровными и соответственно немного уменьшить полезную площадь дома.
Схема устройства шатровой крыши
Есть несколько способов эксплуатации строения. Во-первых, можно использовать шатровый дом только в летнее время. В таком случае на его сооружение не тратится большое количество средств. Во-вторых, можно жить в нем круглогодично, что предполагает проведение качественных утеплительных и изоляционных работ. Особенно если дома с шатровой крышей выстроены из привычных строительных материалов.
Как построить шатровый дом
Во-первых, нужно выбрать проекты строения, которые подразделяются на план фундамента и стены конструкции. Во-вторых, нужно изначально определиться с выбором строительных материалов. Именно от них будет зависеть стоимость будущего дома.
Итак, как только со всем этим уже есть точная определенность, можно приступать к работам, которые подразделяются на несколько этапов:
Все эти этапы имеют свои характеристики.
Выбор и сооружение фундамента
Чтобы построить качественный шатровый дом, необходимо правильно подобрать для него основание. Большой популярностью пользуются такие фундаменты:
Проекты оснований составляются предварительно, после выбора строительных материалов. Например, если для сооружения каркаса отдается предпочтение металлу, то лучше сделать под такой дом монолитное или свайное основание. Они считаются самыми прочными.
Первый вид характеризуется изготовлением с применением бетонного раствора и арматуры. А второй изготавливается с помощью металлических свай, которые также бетонируются в грунте на определенной глубине.
Ленточные и плиточные основания сооружаются в большинстве случаев под деревянный каркас шатрового дома, так как сам материал не обладает большой массой.
- Определить состав грунта на участке;
- Установить уровень залегания грунтовых вод;
- Определить технические характеристики местности.
Последнее требование характеризуется изучением местности: есть ли на участке неровности, наклоны и прочие дефекты. На таких плоскостях отдается предпочтение только свайному или свайно-ленточному основанию.
Возведение каркаса для строения
Как уже было сказано выше, полноценный шатровый дом основывается на каркасе. Он сооружается из двух материалов: металла и древесины.
Подробный проект двухэтажного дома
Примечание. Можно отдать предпочтение специальным профилям. Но это в том случае, если строение будет легким, и период его эксплуатации ограничивается теплым временем года.
Предварительно нужно составить проекты конструкции. Они позволят правильно высчитать количество необходимых материалов для сооружения каркаса.
Элементы следующие:
- Несущие (опорные);
- Дополнительные (поддерживающие);
- Вспомогательные (перегородки между ячейками небольшого размера).
По своему принципу конструкция напоминает каркас шатровой крыши. Все элементы соединяются специальными креплениями, и предварительно на фундаменте сооружается подстилка из листов рубероида.
Важно. На поверхности основания должны быть штыри и крючки, которые служат для закрепления каркаса на нем.
Именно к ним привариваются или прикручиваются несущие балки каркаса.
Внешняя и внутренняя отделка каркаса
Во-первых, шатровый дом должен быть правильно облицован. Во-вторых, не стоит забывать об изоляционных и утеплительных работах. При их проведении используют такие современные листовые материалы, как пенополистирол, пенополиуретан и пенопласт.
В редких случаях предпочтение отдается минеральной вате.
Важно. Этот материал наименее часто используется в утеплении домов шатрового вида. Обусловлено это тем, что он со временем теряет свои свойства и способен впитывать влагу.
Проекты по облицовке шатровых домов довольно разнообразны. На сегодняшний день есть масса средств и материалов, чтобы придать внешнему виду строения неповторимость.
Изначально на поверхности каркаса монтируют листы ОСБ или плотной фанеры. Уже на них крепят утеплительный или изоляционный материал.
Схема облицовки каркасного дома с шатровой крышей
Поверх него создается невысокая обрешетка, на которую опять монтируют листы фанеры или ОСБ, подготавливаемые с помощью грунтовок. Это в дальнейшем даст возможность выбирать любые отделочные материалы для облицовки строения.
Большой популярностью отличаются сейчас:
- Древесина;
- Декоративные облицовочные панели;
- Штукатурка;
- Пластиковая вагонка;
- Природный и искусственный камень.
Последний материал обладает большой массой и без усиления поверхности монтировать его не рекомендуется. Лучше всего использовать камень для отделки нижней части домов.
Внутри жилище может выглядеть по-разному. Допустим, можно оставить стенки строения наклонными или же соорудить профильный каркас, который выровняет их. Он закрепляется на скате конструкции и на напольной поверхности. Сверху уже можно монтировать ОСБ, гипсокартон, фанеру.
Пример интерьера каркасного дома
Поверхность этих материалов обрабатывается грунтовкой и подвергается отделке любыми современными материалами. Можно также предварительно сделать изоляцию и утепление дома с применением аналогичных средств с наружной стороны.
Шатровый дом представляет собой довольно простую конструкцию. Она должна быть герметичной, так как кровли в таком строении нет.
Шатровая крыша является довольно популярной конструкцией на сегодняшний день. Строительство собственного дома на приусадебной территории или в деревне предполагает монтаж крыши определенной формы, выбирать которую нужно исходя из личных предпочтений.
Шатровая кровля считается классическим вариантом скатной крыши, устойчивой к ветру и снегу.
Конструкция вальмовой крыши напоминает шатер. Следует знать, что установку подобной крыши можно выполнить и самостоятельно. Для этого надо будет произвести правильный расчет. Важно иметь хотя бы малейшее представление о конструкции стропил частного дома. Кровля закрепляется так же, как и на других крышах.
Схема каркасной конструкции шатровой кровли изображена на рис. 1.
Шатровая крыша может иметь множество скатов или быть круглой, важно лишь соблюдать симметрию. По внешнему виду конструкция напоминает шатер. У таких изделий нет фронтонов, что дает возможность существенно сэкономить на материалах в процессе строительных работ.
Преимущества и недостатки шатровой крыши
Если есть желание, шатровую крышу своими руками можно сделать на любом здании. Однако предпочтительным вариантом является тот, когда основание частного дома выполняется в форме квадрата.
Основным преимуществом четырехскатной крыши подобного типа является аэродинамика, которая способна защитить здание от постоянных ветров. Потоки воздуха будут уходить по скатам, не нанося вреда и не попадая в помещение чердака.
Рисунок 1. Схема каркасной конструкции шатровой кровли: 1 — угловое стропило; 2 — короткие стропила; 3 -коньковый брус; 4 — центральные промежуточные стропила; 5 — промежуточные стропила.
Существенными недостатками являются следующие:
- Сложная каркасная конструкция.
- Небольшие размеры мансард. Площадь равняется площади потолка, однако полезный объем небольшой.
Стандартная шатровая крыша являет собой пирамиду с основанием прямоугольной или квадратной формы. В первом случае предусматривается монтаж 4 треугольных скатов, а во втором — 2 треугольных и 2 трапециевидных. Все скаты могут опираться на стенки частного дома или выходить за их пределы.
Схема крыши частного дома проста, ее расчет можно выполнить несколькими способами. Шатровая кровля сооружается с использованием таблицы Пифагора. Расчет площади скатов и вальм выполнить очень просто, однако на расчет размещения накосных стропильных ног уйдет много времени.
Прежде всего понадобится самостоятельно собрать каркасную конструкцию. После этого выполняется монтаж четырехскатной или двускатной кровли. Следует знать, что устройство системы стропил в этом случае будет непростым.
Вернуться к оглавлению
Нюансы, которые следует учитывать
Чтобы изготовление крыши было выполнено правильно, нужно соблюдать такие правила:
- В процессе сооружения коньковой системы и стропил следует использовать одну и ту же породу дерева.
- Промежуточные рейки должны иметь сильный уклон, поэтому их минимальный размер составляет 150х50 мм.
- Элементы небольшой длины закрепляются к деталям стропил, которые размещаются по углам. К коньковой рейке крепить короткие детали не допускается.
- В конструкции нужно использовать промежуточные стропильные ноги, которые размещаются в центральной части изделия. Они крепятся на коньковой рейке.
- Данные элементы обязательно нужно упереть в верхнюю часть обвязки и в коньковую рейку. Чтобы выполнить установку самостоятельно, понадобится представить себе каркасную конструкцию и подготовить чертеж.
Важно учитывать и следующие нюансы:
- Конек должен быть несущей осью.
- В качестве силовых компонентов стропильной системы будут использоваться накосные рейки, одна часть которых должна выступать за пределы частного дома, а другая — закрепляться на коньке.
- Центральные стропильные ноги нужно зафиксировать на концах конька и вывести на все стенки.
- От конька должны отходить промежуточные стропильные ноги.
Элементы, которые надо подготовить для того, чтобы соорудить шатровую крышу своими руками:
- лобзик;
- молоток;
- саморезы;
- дрель;
- бруски и рейки;
- кровельный материал;
- скобы из металла (можно изготовить самостоятельно из прутка 9-10 мм).
Вернуться к оглавлению
Последовательность действий по изготовлению шатровой крыши
Устанавливать крышу нужно до монтажа потолка. Прежде всего по периметру здания (поверх стенок) следует уложить брус для того, чтобы распределять вес по всему основанию. В качестве бруса можно использовать балку из дерева или металла. Элемент называется мауэрлатом. Его можно закрепить специальными шпильками. Далее нужно выполнить такие действия:
- Первым делом размечается ось по верхней обвязке. Размечать нужно с торцевой части здания.
- Далее нужно рассчитать ½ толщины коньковой рейки и отметить место монтажа начального элемента системы стропил.
- После этого планку для замера надо приложить к отмеченной линии и разметить место монтажа промежуточной стропильной ноги.
- Размещение остальных элементов стропил нужно рассчитывать путем передвижения планки по боковой стенке и разметки местоположения каждой стропильной ноги.
- Действия нужно повторить с другими углами.
В процессе подготовки шатровой крыши своими руками надо использовать несколько типов ферм. Это скаты обыкновенной фермы, которые скрепляются в коньке. Дополнительно можно использовать боковые треугольные стропильные ноги. При их установке нужно уделить внимание отсутствию расхождений по длине и наклону данных деталей. Их надо четко выверить для всех сторон. Длину свеса следует выбирать исходя из особенностей постройки. Максимальное значение — 1 м.
Чтобы повысить прочность шатрового сооружения, при установке можно использовать поперечную балку, которая укрепляет центральную стропильную систему.
Устройство стропильной системы непосредственно зависит от выбора типа крыши. Шатровая крыша переставляет собой прямоугольник, устройство которой считается одной из самых сложных. Конструкция имеет четыре одинаковых ската, но при желании их количество может изменяться, главное соблюдать симметрию. В этой статье мы расскажем, как состоит стропильная система шатровой крыши.
На фото представлена схема устройства стропил шатровой конструкции.
Шатровая крыша относится к четырехскатному типу конструкций и имеет форму шатра. Конструкция стропильной системы представлена в виде равнобедренного треугольника, соединяющегося в одной точке, а основание выполняется в виде многоугольника. Квадратное основание крыши шатрового типа считается классическим, однако, его строение может быть выполнено и в другой форме. Четырехскатная шатровая крыша может быть выполнена в следующей конфигурации:
- трапециевидные скаты;
- мансардная кровля;
- эркерная или яндовая кровля;
- купольные скаты и круглое основание;
- наличие шести или восьми оснований.
Для информации! При устройстве классической формы рекомендуется использовать расчеты стропильной системы шатровой крыши с учетом действующих строительных норм и правил.
Преимущества и недостатки
На фото представлен дом с шатровой кровлей. Несмотря на сложность устройства стропильной системы шатровой конструкции, ее популярность в проектировании частных домов достаточно высока. Специалисты отмечают следующие преимущества шатровой конструкции:
- Высокие аэродинамические характеристики, позволяющие надежно защитить крышу шатрового типа от сильных и шквалистых порывов ветра, без срывания кровельного материала и обрушивания чердачного помещения;
- Наличие крутых скатов исключают процесс выполнения очистки кровли от снега и мусора;
- Шатровая крыша позволяет расширить полезную площади дома и обустроить мансарду;
- Придает оригинальный внешний вид любому сооружению;
- Высокая прочность конструкции, надежная защита от промерзания и осадков.
Из недостатков следует отметить следующее:
- Большое количество расходного материала;
- Отсутствие фронтонов предполагает установку мансардных окон, которые фиксируются непосредственно в скат.
Устройство шатровой конструкции
Четырехскатная шатровая крыша и стропильная система могут быть устроены двумя способами: висячим или наклонным. Комплекс стропил наклонного типа считается наиболее экономичным и простым в устройстве. Основные конструкционные элементы шатровой крыши состоят из:
- Коньковый узел - элемент, где происходит соединение всех стропильных ног, образуя ее точку вершины;
- Наличие ската треугольной формы, стропила выполняют поддержку и образуют поверхность конструкции. Угол наклона должен равняться 20-50 градусов независимо от количества углов крыши;
- Свесы - данный элемент выполняет защитную функцию здания от осадков и ветровых порывов. Кобылки и стропильные ноги отвечают за качественное формирование свесов.
Для информации! Свесы способны надежно защитить здание при условии допустимой длины элемента, поэтому выполняя расчеты учитывайте длину свеса не менее 50 см.
- Кровельное покрытие - строительный материал, покрывающий стропильную систему всей конструкции. Основная задача кровельного материала - защита всей плоскости от проникновения снега, дождя и холода. Чаще всего в качестве материала используют металлочерепицу, шифер, рубероид, ондулин.
- Стропильная система - важный элемент шатровой конструкции, выполняет функцию поддержки, способна отражать нагрузку и предотвращает разрушение фундамента, несущих элементов сооружения;
- Система водостока - отвечает за беспрепятственный выход влаги в ливневую канализацию. Комплекс включает в себя вертикальные трубы, воронки и желобы.
Особенности системы стропил
Шатровые кровельные конструкции могут быть выполнены наслонной или висячей системой. Висячие стропила монтируют в том случае, когда в доме отсутствуют внутренние стены, а система стропил опирается непосредственно на несущие конструкции дома. На фото представлены технические характеристики системы висячих стропил. Система наслонных стропил предполагает фиксацию к средней несущей стене или на опорные столбы, которые прочно фиксируют железобетоном.
Для информации! Для четырехскатных крыш с углом наклона равным 40 градусов и выше рекомендуется выполнять наслонные стропила.
Немаловажным моментом является правильный подбор опор для системы стропил. Например, для каркасного строения используют верхнюю обвязку, у кирпичного дома функцию опоры играет мауэрлат, а в домах из сруба используют верхние венцы.
Расчет шатровой стропильной системы
Избежать ошибок и выполнить все расчеты помогут следующие замеры:
- длина карнизного свеса;
- основные параметры скатов (угол наклона, длина, ширина);
- тип формы основания,
- ширина и длина основания крыши.
Когда все расчеты выполнены, следует сделать чертеж стропильного комплекса. Как правило, для этого можно использовать специальный он-лайн сервис, с помощью которого можно сделать правильные расчеты кровельного материала.
Если же вы обратились за помощью к специалистам, проектирование будущей конструкции начинается с выполнения чертежа, а именно нанесения контуров строения. При выполнении чертежа крыши высота конструкции не зависит от высоты стен, однако, этот параметр следует учитывать при расчете снеговых и ветровых нагрузок.
Для информации! При небольшом угле наклона существует риск застоя осадков на всей плоскости крыши. Специалисты рекомендуют применять угол наклона 30-60 градусов.
Более подробно о том, как самостоятельно выполнить расчеты стропильной системы шатровой крыши можно из видеоролика.
Расчет стропильной системы выполняют при помощи теоремы Пифагора. Если основание конструкции имеет квадратную форму, скаты будут, как равнобедренный треугольник с одинаковым углом наклона и их размерами. Для упрощения задачи рекомендуется выполнить расчет стропил на одном элементе и перенести полученные данные на оставшиеся фрагменты комплекса.
Шатровая конструкция предполагает слишком большой расход строительных и кровельных материалов, т.к. при выполнении работ необходимо будет выполнить большое количество резов. Однако, эта качественная и надежная крыша сможет защитить дом от различного воздействия внешней среды, а ее оригинальный вид будет привлекать внимание окружающих.
Шатровая крыша может быть одно- и двухуровневой, иметь четыре и более скатов. Для правильного выбора сечений её элементов необходимо выполнить эскиз и корректный расчёт, который сводится к нескольким формулам. В статье мы расскажем о конструкции шатровой крыши и методике расчёта её стропильной системы.
Шатровая крыша — один из самых распространённых вариантов при строительстве дома или беседки, имеющих в плане форму круга, квадрата или прямоугольника с небольшой разницей в длинах сторон. Такая конструкция — удачное решение для домов относительно небольшой площади или двухэтажных коттеджей с небольшим основанием. Своё название крыша получила из-за пирамидальной формы традиционного восточного шатра, образованной одной вершиной и треугольными скатами.
Варианты исполнения шатровой крыши
Под названием «шатровая крыша» объединены несколько вариантов кровли, имеющих конструктивные отличия.
Одноуровневая четырёхскатная кровля геометрически является четырёхгранной пирамидой. Двухуровневая крыша является более сложной конструкцией: верхняя часть — пирамида, средняя — куб или параллелограмм, нижняя — усечённая пирамида. Как будто верхушку крыши отрезали от основания и приподняли. Среднюю часть иногда выполняют в виде стеклянного фонаря или отделывают в цвет стен.
Шатровая крыша может иметь не только четыре ската, но быть также и шести-, и восьмискатной. Такая форма больше напоминает конус, чем пирамиду, и наиболее распространена при строительстве беседок с круглым основанием. Самым сложным в реализации такой конструкции является соединение стропил в центре.
Не столько эстетически, сколько конструктивно отличаются стропильные системы:
- висячие;
- наслонные.
Висячая стропильная система опирается исключительно на стены дома, наслонная имеет опору, расположенную по центру здания и опирающуюся на несущую стену или на специально возведённый внутри дома столб.
а — конструкция висячих стропил; б — конструкция наслонных стропил; 1 — стропило; 2 — ригель; 3 — затяжка; 4 — стойка; 5 — подкос; 6 — прогон; 7 — лежень
Выбор конструкции зависит от размеров пролёта (8 м — подойдёт висячая система, 12 м — требуется наслонная) и максимальной длины бруса для строительства (при соединении стропильной ноги в длину требуется установка вертикальной опоры).
На практике чаще применяют наслонную систему, как более надёжную и ремонтопригодную. Если в доме отсутствует подходящая несущая стена или столб для опоры, базу можно создать из бруса перевязкой на уровне мауэрлата.
Основные схемы и элементы стропильной системы
Как мы писали, шатровая крыша геометрически является пирамидой, поэтому все вычисления ведутся, исходя из правил, которые применимы к пирамидам и треугольникам, её составляющим.
Основные элементы
Чтобы не путаться в дальнейшем с терминами, назовём основные элементы стропильной системы шатровой крыши, схематично изображенной на рисунке ниже, и привяжем их к геометрическому изображению шатровой крыши в виде пирамиды.
Конструкция с висячими стропилами
- Мауэрлат. Основа и опора кровли, особенно в конструкции с висячими стропилами. Располагается по периметру здания (ABCD), опирается на стены или крепится с их наружной стороны. Для устройства мауэрлата используют брус большого сечения.
- Накосные стропила. Углы кровли, сходящиеся в центральной точке и образующие пирамиду. На схеме пирамиды (без учёта свесов): AK = DK = CK = BK = Lн. Самые длинные стропильные ноги в конструкции.
- Коньковый узел (К). Самый сложный узел в конструкции для плотника. Если основание дома не квадратное, а конёк образует ребро, шатровая крыша трансформируется в свою «сестру» — вальдовую крышу. В конструкции с наслонными стропилами отрезок KF (H) — центральная опора.
- Центральные стропила. Сходятся в коньковом узле с накосными стропилами. Являются высотой каждого ската, который представляет собой равнобедренный треугольник. На схеме пирамиды (без учёта свесов) — отрезок KE, длиной Lц.
- Нарожники. Это укороченные стропила, идущие параллельно центральному в обе стороны.
Теперь рассмотри конструкции с наслонными стропилами.
Безригельная конструкция с наслонными стропилами
Наряду с уже обозначенными элементами: накосными (1) и центральными (2) стропилами, а также коньком (3), появляются новые элементы. Центральная опора (стойка) или бабка (4), которая опирается на затяжки (5), связывающие мауэрлат по диагонали. Это вариант выполнения стойки, опирающейся не на кладку, а на элемент стропильной системы.
При отсутствии центральных стропил и для усиления конькового узла с бабкой (2), его дополняют ригели (3), связывающие противоположно размещённые накосные стропила (1) попарно (см. рис. выше).
Элементы усиления
Для большей прочности и жёсткости конструкции, особенно в климате, предрасположенном к сильным ветрам, или при большой площади постройки, а значит, и большой длине стропильных ног, основные элементы конструкции дополняются элементами усиления.
Вариант усиления стропильной конструкции
По оси здания в противоположные брусы мауэрлата (1) врезан дополнительный брус — лежень (2). Основу конструкции, как и прежде, составляют центральные (4), укороченные (нарожники) (5) и накосные (3) стропила. Накосные стропила усиливают черепные бруски (6), закреплённые понизу. Это усиление и для накосных ног и для нарожников, на них опирающихся. Стяжки (7) скрепляют противоположно расположенные стропила и служат базой для установки стоек (8). Они закреплены поверх мауэрлата и поверх леженя и опираются на них.
При особо больших длинах стропильных ног применяют подкосы — опоры, располагаемые не вертикально, а под углом в 45-60°. На практике подкосы ставят при длине стены более 9 м (для двускатной или четырёхскатной).
Система усиления основных элементов способствует и экономии пиломатериалов. Сечение основных элементов в такой конструкции можно принимать уменьшенным. Ещё один способ экономии — образование свесов доращиванием стропил, оканчивающихся на мауэрлате, кобылками — брусками или досками меньшего сечения.
Расчёт стропильной системы шатровой крыши
За основу расчёта принимают такие исходные данные:
- длину дома;
- ширину дома
- высоту конька.
Рассмотрим порядок и формулы расчёты на условном примере, пользуясь геометрическим изображением шатровой крыши (см. выше):
- длина дома: AB = DC = 9 м;
- ширина дома: AD = BC = 8 м;
- высота конька, расположенного в геометрическом центре кровли: KF = 2 м.
Расчёт длин стропильных элементов
1. Длина балок мауэрлата .
- AB + DC + AD + BC = 9 + 8 + 9 + 8 = 34 м
2. Центральные стропила (без учета свесов). Являются гипотенузой прямоугольного треугольника, в котором один катет — высота конька, а второй — половина ширины (8 / 2 = 4 м) или длины (9 / 2 = 4,5 м) дома.
Вспоминаем теормему Пифагора:
3. Накосные стропила (без учёта свесов). Являются гипотенузой прямоугольного треугольника, в котором один катет — половина ширины или длины дома, а второй — соответствующее центральное стропило. Для кровли с коньком в геометрическом центре кровли длины накосных стропил одинаковы.
4. Нарожники. Укороченные стропила расположены параллельно центральному, с шагом, зависящим от длины стропил. Рассмотрим таблицу, составленную с учётом погодных нагрузок для Московской области.
Таблица 1. Данные соответствуют атмосферным нагрузкам Московского региона
| Шаг стропил, см | Длина стропил, м | ||||||
| 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | |
| 215 | 100х150 | 100х175 | 100х200 | 100х200 | 100х250 | 100х250 | — |
| 175 | 75х150 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 | 100х200 | 100х250 |
| 140 | 75х125 | 75х125 | 75х200 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 |
| 110 | 75х150 | 75х150 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 | 100х200 |
| 90 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 |
| 60 | 40х150 | 40х175 | 50х150 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 50х200 |
Наши центральные стропила имеют длину 4,472 м и 4,924 м. Нарожники будут короче, поэтому можно смотреть на столбец — 3,5 м.
Для расчёта длин нарожников вспомним школу и воспользуемся свойствами подобных треугольников.
Если на рисунке AB — центральное стропило, то MN — нарожник, AC — половина длины стены (4,0 и 4,5 м соответственно), AM — шаг в зависимости от числа нарожников. MC для каждого нарожника вычисляется отдельно.
- MN = (АВ · MC) / АС
Выполним расчёт вариантов для выбора самого экономичного расположения укороченных стропил, результаты которого сведём в таблицу.
Таблица 2. Расчёт пиломатериалов на нарожники
| Шаг нарожников, см | Сечение бруса, мм | Нарожники длинной стороны: АС = 4,5 м, АВ = 4,472 м | Нарожники короткой стороны: АС = 4,0 м, АВ = 4,9242 м | ||||||
| кол-во в полускате | AM, м | длины в полускате, м | кол-во в полускате | AM, м | длины в полускате, м | объём пиломатериалов на два ската, м 3 | |||
| 215 | 100х175 | 1 | 2,25 | 2,356 | 0,165 | 1 | 2,0 | 2,461 | 0,172 |
| 175 | 75х200 | 2 | 1,5 | 2,981 + 1,491 | 0,268 | 1 | 2,0 | 2,461 | 0,148 |
| 140 | 75х175 | 2 | 1,5 | 2,981 + 1,491 | 0,235 | 2 | 1,333 | 3,282 + 1,641 | 0,258 |
| 110 | 75х150 | 3 | 1,125 | 3,354 + 2,236 + 1,118 | 0,302 | 3 | 1,0 | 3,693 + 2,462 + 1,231 | 0,332 |
| 90 | 50х175 | 4 | 0,9 | 3,578 + 2,683 + 1,789 + 0,894 | 0,313 | 3 | 1,0 | 3,693 + 2,462 + 1,231 | 0,259 |
| 60 | 40х175 | 6 | 0,643 | 3,834 + 3,195 + 2,556 + 1,917 + 1,278 + 0,639 | 0,376 | 6 | 0,571 | 4,218 + 3,515 + 2,812 + 2,109 + 1,406 + 0,703 | 0,413 |
Очевидно, что менее затратными для нашего примера являются варианты с длинными шагами. Однако следует также учитывать требования к крепежу кровельного материала и затраты на обрешётку. С этой точки зрения ответ не будет столь очевидным.
Расчёт площади кровли с учётом свесов
Так как предыдущий расчёт был выполнен без учёта карнизного свеса, который в нашем примере выполняется с использованием кобылок, рассмотрим эту часть кровли опять как простую геометрическую фигуру.
Примем длину свеса (DC) равной 0,5 м. Для определения площади ската снова воспользуемся знаниями о свойствах подобных треугольников:
- EF / BC = AG / AD
BC — 8 и 9 м для короткой и длинной стен соответственно.
AD — 4,924 и 4,472 м для короткой и длинной стен соответственно.
AG — 4,924 + 0,5 = 5,424 м и 4,472 + 0,5 = 4,972 м для короткой и длинной стен соответственно.
- EF = (AG ∙ BC) / AD
- EF = (5,424 ∙ 8) / 4,924 = 8,812 м — для короткой стороны
- EF = (4,972 ∙ 9) / 4,472 = 10,006 м — для длинной стороны
Площадь ската рассчитывается по формуле:
- S = (EF ∙ AG) / 2
- S = (8,812 ∙ 5,424) / 2 = 23,9 м 2 — для короткой стороны
- S = (10,006 ∙ 4,972) / 2 = 24,88 м 2 — для длинной стороны
Общая площадь кровельного материала:
- 2 (23,9 + 24,88) = 97,56 м 2 .
Совет! При расчёте материала учитывайте раскрой, особенно в случае, если это листовой материал, как шифер или профнастил.
Внимание! В статье рассмотрен расчёт только основных элементов стропильной системы, который может помочь в составлении предварительного бюджета стройки.
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 – 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 .
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, 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 , 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 . Сама эта вершина в горизонтальной проекции лежит точно посередине любой из сторон квадрата, образующего основание. Получается прямоугольный треугольник КFE , катет 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:
