Сравнительная характеристика видов каркаса: шатрового и вальмового
В категорию крыши с четырьмя скатами входят 2 типа каркасных систем, которые схематично выглядят как квадратный (шатровая конструкция) и прямоугольный (вальмовая кровля) конверты. В нашей стране крыша конверт достаточно популярна. Главной особенностью четырехскатных крыш является отсутствие фронтонов. Для сооружения стропильной системы четырехскатной крыши в обоих случаях применяются висячие и наслонные стропила. Методы их сборки являются стандартными для крыш с любым количеством скатов.
Отличительные черты четырехскатных кровель различной конструкции:
- В случае с шатровым каркасом, кровля состоит из четырех равнобедренных треугольников, которые соприкасаются вершинами в одной точке. В данном случае функции конька возложены на центральную опорную балку в наслонных конструкциях, либо на верхнюю точку фермы висячих стропил.
- Крыша вальмового типа предполагает наличие двух треугольных и двух скатов в форме трапеции. В данном случае трапециевидные скаты примыкают к коньковой балке верхними ребрами, а треугольные – вершинами. При этом все четыре ската соприкасаются друг с другом боковыми ребрами.
Изучая план стропильной системы четырехскатной крыши, можно сделать вывод, что выбор конфигурации четырехскатной кровли зависит от формы строения. То есть, квадратные дома перекрывают шатровыми конструкциями, а прямоугольные – вальмовыми кровлями. При этом можно использовать любые кровельные материалы, как жесткие, так и мягкие.
При составлении чертежей стропильной системы четырехскатной крыши следует четко обозначить геометрическую форму, а также указать положение отдельных элементов и проекции скатов с точными размерами.
Для опоры четырехскатной конструкции можно использовать мауэрлат, являющийся верхней обвязкой на бетонных или кирпичных стенах, а также верхний венец бревенчатого сруба. Наслонную технологию применяют в тех случаях, когда есть возможность установить верхнюю и нижнюю опору под каждую стропильную ногу.
Некоторые рекомендации по монтажу наслонных стропил:
- Мауэрлат должен быть закреплен с усилением, чтобы выдержать распирающие усилия в случае жесткой фиксации стропильных ног деревянными накладками или металлическими уголками.
- Если же верхняя часть ноги будет зафиксирована жестко, а нижняя – на шарнирном креплении, производить фиксацию мауэрлата можно обычным способом. В таком случае при усилении нагрузок на каркас стропила смогут слегка сдвинуться.
- Распирающая нагрузка и давление на мауэрлат будут нивелированы при использовании жестких креплений нижней части стропил и шарнирных – на верхних пятках.
При сооружении вальмовых и шатровых каркасов используются такие специфические узлы стропильной системы четырехскатной крыши:
- Диагональные ноги, из которых выполняются хребты скатов. В каркасах шатрового типа такие накосные ноги совмещают углы крыши с ее верхней точкой. Вальмовые каркасы предполагают стыковку консолей коньковой балки с углами посредством диагональных стропил.
- Нарожники (полуноги) – элементы, монтируемые под углом 90 градусов к карнизам. Поскольку они стыкуются с диагональными стропилами и располагаются параллельно друг другу, их длина будет отличаться. Из таких элементов создаются скаты крыши.
Эти же конструктивные элементы применяются для создания ендов, с той лишь разницей, что углы делаются вогнутыми.
Именно установка накосных стропил представляет наибольшую сложность. Более того, на эти элементы будет приходиться повышенная нагрузка, поскольку они служат опорным элементом для крепления в верхней части нарожников, то есть выполняют функции конька. Поэтому перед началом работ необходимо выполнить расчет стропильной системы четырехскатной крыши.
В целом процесс возведения крыши с четырьмя скатами включает такие этапы:
- Укладка мауэрлата на стены из кирпича или бетона. В бревенчатых домах этим элементом служит верхний венец.
- Монтаж центральной опорной балки под шатровый каркас или сборка опорных конструкций для вальмовой крыши.
- Установка наслонных стропильных ног под ту или иную конструкцию.
- Крепление диагональных стропилин, которые совмещают углы крыши с центральной вершиной или торцами конька.
- Разметка и монтаж нарожников.
Если предполагается висячий тип стропильной системы, то первым этапом создания шатровой конструкции станет размещение центральной фермы в форме треугольника. При создании конструкции вальмового типа на стартовом этапе крепят несколько стропильных ферм.
Виды стропильных систем
При строительстве четырехскатной стропильной системы особенное внимание должно уделяться достаточно мощному основанию начиная с фундамента и заканчивая несущими стенами объекта. Данная конструкция возводится на мощных опорных сооружениях, которые должны соответствовать строительным нормам
Существует несколько видов четырехскатных стропильных систем, отличаются они в первую очередь конструкцией самих стропил, а отсюда, формой и этапами монтажа. Виды четырехскатных стропильных систем:
- Шатровые — это четыре треугольных ската, сходящиеся вверху в одной точке, отсутствие конькового прогона;
- Вальмовые, классические конструкции — состоит из двух скатов треугольной формы и двух условно напоминающих трапецию, имеют конек, в отличие от шатровой;
- Полувальмовые — состоят из четырех скатов, но торцевые скаты (вальмы) не доходят до карниза.
Шатровые крыши
Шатровая крыша бывает не только четырехскатной, она может иметь несколько необычную форму со множеством скатов и соответственно углов. Такой «шатер» органично смотрится на круглом строении, так как сам является симметрично круглым. Мы же будем рассматривать шатровую крышу с четырьмя скатами, каждый из которых имеет форму равнобедренного треугольника.
На шатровой кровле, при правильно выполненном уклоне, снеговые сугробы не задерживаются, что не создает дополнительной нагрузки. Также при качественно выполненном «скелете», такая система устойчива к ветровым нагрузкам.
Данную конструкцию не рекомендуют возводить на объектах с большой площадью, так как устройство может получиться непрочным. Такую кровельную систему возводят, если соблюдены следующие условия:
- покрываемый объект должен иметь квадратную форму;
- внутри объекта обязательное наличие несущей опоры либо стены.
Последний пункт подразумевает собой наличие в конструкции стойки, которая будет опираться на опору, а сверху будет поддерживать место соединения стропил.
Вальмовые
Вальмовыми называют торцовые скаты. Они проходят от конька до карниза. Другие скаты имеют трапецеидальную форму. Вальмовая конструкция предполагает угол уклона менее 40 градусов, а также присутствие диагональных усиленных стропил, которые крепятся к углам постройки.
Диагональные (накосные) стропила исполняют роль основных поддерживающих элементов, поэтому изготавливаются из крепкого бруса или сдвоенной доски.
Монтировать стропильную систему достаточно не просто. Прежде чем приступать к монтажу следует тщательно произвести расчет
Уделить внимание следует соотношению двухскатного и вальмового элементов. Это определит, насколько качественным будет сооружение
Устройство системы начинают с мауэрлата, с обязательной укладкой под него двухслойной гидроизоляции.
Полувальмовые — ломаные
Также этот тип конструкции относят и к двухскатной ломаной конструкции. Полувальмовые крыши очень удобны для строительства большой мансарды, является самым популярным вариантом для загородного строительства, поскольку полезное пространство умножается почти на два раза.
Полувальмовая четырехскатная кровля
При устройстве данной системы в первую очередь возводят каркас, который будет играть роль опорной базы для прогонов, поддерживающих стропильные ноги. Рекомендуется разбить строительство «скелета» на три этапа:
- Создать п-образные элементы, состоящие из стоек и мансардных балок перекрытия.
- Монтаж трех прогонов, два из которых крепятся к углам п-образных элементов, а один выступает в роли конькового прогона и укладывается по центру мансардных балок на две стойки.
- Завершающая часть — монтируются стропильные ноги.
Составляющие стропильной конструкции:
- Мауэрлат – основание всей системы;
- Прогон – рекомендуется применять не менее трех прогонов;
- Кобы́лка — удлиняет стропильную ногу – элемент для свеса и обрешетки;
- Наро́жник — укороченная стропильная нога;
- Затяжки – используются для крепления элементов системы;
- Обрешетка – монтируется после устройства и укрепления всей системы;
- стропила рядовые – крепятся от мауэрлата к коньковому прогону;
- стропила диагональные (накосные) – монтируются от углов мауэрлата.
Этап ІІІ. Установка чердачного перекрытия
Нередко бабки висячих стропил или подвески, которая в вальмовой крыше работают на растяжение, необходимо выполнять из стали. Для этого к затяжке деревянных стропил подвешивается перпендикулярно на хомуты специальные деревянные прогоны.
А уже перпендикулярно к прогонам подвешиваются деревянные балки, после чего между ними укладываются безбалочные облегченные заполнения. Поэтому, если вы хотите уменьшить нагрузку крыши на висячие стропила или стропильную ферму, вам нужно выбирать конструкции подвесного перекрытия.
Для стальных ферм подвесное перекрытие обязательно нужно сделать несгораемым, по стальным балкам. Между такими балками следует уложить сборные железобетонные плиты, а уже на них –легкий утеплитель. Чтобы повысить огнестойкость и долговечность таких несущих конструкций, их нужно делать из железобетона. Причем самые железобетонные несущие конструкции лучше выполнять из крупноразмерных панелей заводского изготовления, чтобы не рисковать.
Преимущества и недостатки
Какими достоинствами и недостатками обладает четырехскатная крыша? Опытные специалисты выделяют следующие положительные качества подобного сооружения. К ним относят:
- отсутствие фронтонов. Благодаря этому удается улучшить аэродинамические показатели крыши;
- минимальный угол наклона кровельных скатов. В данном случае система четырехскатной крыши позволяет регулировать длину свисающих лаг. Эти элементы помогают сделать из них дополнительный навес для веранды;
- эстетичный вид жилого строения. Дом приобретает плавные и обтекаемые линии.
К недостаткам можно отнести следующие причины:
- сложный монтаж. Сделать такую кровлю самостоятельно, можно, при наличии специальных навыков;
- высокий расход строительных материалов. Для создания вальмовой крыши необходимо сделать четыре ската, которые требуют дополнительной разметки и деформации кровельного покрытия;
- требуется возведение чердачного пространства. Если пренебречь данным требованием, то увеличивается риск частичного обрушения возведенной конструкции.
Классификация вальмовых крыш
Различия в форме зданий, а также требования к функциональности и практичности традиционной вальмовой кровли способствовали появлению множества вариаций. Если не рассматривать самые экзотические из них, то можно выделить несколько основных типов четырёхскатных крыш.
Традиционная вальмовая кровля, боковые скаты которой доходят до уровня карниза. Для сооружения её основных поверхностей применяют прямые стропила, а рёбра вальм образуют брусья, отходящие от окончаний конька. Проработанная конструкция и распределение веса кровли на увеличенную площадь позволяет не только расположить свесы на одной линии, но и увеличить их вылет. Благодаря этому фасад здания надёжно защищается от дождя даже при сильных порывах ветра.
Шатровую крышу можно установить на дом, который в плане имеет форму квадрата. Особенностью такой конструкции являются скаты одинаковой конфигурации. Их рёбра сходятся в одну точку, а вальмы имеют форму равнобедренных треугольников.
Полувальмовые крыши получили своё название из-за укороченных вальм. В отличие от традиционной кровли, их длина уменьшается в 1.5–3 раза по сравнению с размерами основных скатов.
Датская полувальмовая кровля имеет небольшой фронтон под коньком и короткую вальму со стороны карниза. Подобная конструкция позволяет устанавливать элементы вентиляции и освещения непосредственно в вертикальный торец кровли, тем самым исключая необходимость в установке мансардных окон.
Полувальмовая голландская крыша имеет вертикальный фронтон, разделяющий вальму на два коротких ската. Стропильная система «голландки» хоть и имеет повышенную сложность, но зато позволяет сделать более просторным и практичным чердачное помещение. Кроме того, эта конструкция отлично подходит для монтажа вертикального остекления в мансарде.
Ломаная четырёхскатная крыша имеет несколько скатов разного размера на одном склоне. Благодаря их различному наклону удаётся увеличить объём подкровельного пространства. Хоть ломаную конструкцию и нельзя назвать простой, дома с такой кровлей встречаются очень часто. Причиной популярности является возможность обустроить дополнительные жилые комнаты на верхнем ярусе. По этой причине крышу с ломаными скатами нередко называют мансардной.
Существуют и более сложные сооружения из множества вальм, а также те, в которых четырёхскатная крыша комбинируется с кровельными системами других типов. Проектирование и монтаж такой кровли требует многолетнего опыта и знаний, поэтому строительство мудрёной крыши лучше поручить специалистам.
Преимущества четырёхскатных крыш перед двускатными конструкциями
Одной из основных задач, которая появляется ещё на этапе проектирования собственного дома, является выбор типа крыши. Наличие множества вариантов среди двускатных и четырёхскатных конструкций требует ответа на вопрос, какой кровле отдать предпочтение. И хоть эстетика сооружения играет не последнюю роль, на передний план всё же выступают критерии надёжности и практичности.
Двускатная крыша представляет собой классическое сооружение, которое образуют два противоположных ската и пара вертикальных торцевых частей, именуемых фронтонами. Просторное подкровельное пространство позволяет обустраивать мансарду, жилое помещение или использовать чердак в бытовых целях.
Классическую двускатную крышу легко узнать по паре прямоугольных скатов, которые примыкают друг к другу по центральной оси здания, и двум треугольным фронтонам с его торцов
Сооружения этого типа в силу своей простоты и практичности длительное время оставались самыми популярными в индивидуальном строительстве. Вместе с тем зависимость геометрии кровли от размеров строения, а также усложнение и удорожание конструкции при обустройстве мансарды вынуждало к поиску других, более практичных и функциональных вариантов. И они нашлись в виде разнообразных четырёхскатных крыш, которые в своей основе имеют пару треугольных и два трапециевидных ската. Последние нередко называют вальмами, а саму крышу — вальмовой. При возведении конструкции этого типа отпадает необходимость во фронтонах и появляется возможность сделать здание более современным и оригинальным.
Скаты простейшей вальмовой крыши определяют поверхности в виде двух трапеций и пары треугольников
Можно назвать несколько преимуществ вальмовых крыш перед традиционными двускатными сооружениями:
- возможность обустройства чердачных окон прямо на скатах;
- увеличенная прочность, надёжность и устойчивость стропильной системы;
- повышенная стойкость к погодным факторам;
- возможность увеличения площади чердачного помещения простым уменьшением ширины основания вальмы;
- более равномерное распределение веса кровли;
- улучшенный температурный режим при обустройстве мансардного помещения.
Пусть вас не введут в заблуждение многочисленные достоинства более стильной четырёхскатной кровли — есть у неё и недостатки. К ним относится более сложная конструкция, незначительное уменьшение размера чердачного помещения и неэкономное расходование кровельного материала. Что же касается расходов, то бюджет, который потребуется на сооружение той и другой кровли, отличается незначительно.
Четырёхскатная крыша не является ноу-хау в архитектуре — её конструкция известна с глубокой древности
Особенности сборки каркаса четырехскатной крыши
Процесс сборки стропильной системы четырехскатной крыши всегда начинается с установки центрального элемента каркаса – конькового прогона и вертикальных стоек. Коньковая скамейка может собираться из бруса, сечением 70х100 мм, но чаще всего стойки изготавливают из спаренной доски 50 мм. Чтобы увеличить жесткость всей системы коньковой балки и стоек, на угловые стыки набивают металлические пластины, а саму раму усиливают внутренней распоркой.
Обычно сборку стропильных балок выполняют на гвоздях, а места усиления стальными накладками фиксируют болтовыми соединениями. Прежде чем ставить стропильные балки, обычно изготавливается запильный шаблон в виде прямоугольного треугольника из листа фанеры. Острый угол должен соответствовать углу наклона скатов. С помощью шаблона вырезают на стропилах привалочные площадки для опор на мауэрлат и конек.
Процесс установки стропил начинается с монтажа центральных стропильных балок, которые обеспечат необходимую жесткость коньковой рамы в осевом направлении. Иногда обходятся без них, в этом случае сразу переходят к монтажу крайних пар рядовых стропил, но брус только прихватывают гвоздями, без окончательной фиксации к коньку.
После усиления коньковой рамы устанавливают угловые диагональные стропила. Обычно длину бруса или балки вырезают с запасом, так как верхний край нужно будет запиливать под двойным углом, сначала под углом наклона ската, после косую кромку скашивают под углом в 45о. На последнем этапе ставят шпренгеля, подкосы, набивают нарожники и рядовые стропила.
Разновидности четырехскатных крыш
Если вами будет выстраиваться четырехскатная крыша, то важно знать о разновидностях таких конструкций: они могут быть вальмовыми, полувальмовыми и шатровыми. Что касается вальмовой крыши, то она обладает четырьмя скатами, два из них имеют вид плоскости в форме трапеции, тогда как два других обладают треугольной формой
Именно треугольные скаты и носят название вальм. Подобная конструкция лишена фронтона, тогда как слуховые или мансардные окна устраиваются на скатах.
Полувальмовые конструкции представляют собой системы, где вальмы обладают ломаной плоскостью, они состоят из верхнего треугольника и трапеции.
Разновидности стропил и кровель
Для четырехскатной кровли устанавливают систему стропил по висячей и наслонной технологии, в зависимости от используемого способа крепления. Висячую конструкцию создать сложнее и для ее ремонта необходимо больше трудозатрат.
Проще, сделать наслонную стропильную конструкцию. Обычно, эту конструкцию применяют, если у здания есть промежуточные опорные столбы или несущая стена посредине.
Опора дает возможность сделать длину пролета, перекрываемого наслонными стропилами, больше. Нередко, эту систему используют при возведении четырехскатных крыш с небольшим уклоном.
Вальмовые кровельные конструкции
Угол уклона скатов у такой кровли не должен превышать 40 градусов, в конструкции должны быть использованы накосные стропила, установленные в направлении углов здания.
Элементы кровли такого вида называют диагональными. Именно они воспринимают основную нагрузку, приходящуюся на кровлю, по этой причине, их делают из двойной доски или качественного бруса.
При изготовлении таких прогонов, сложность представляет их длина. Чтобы увеличить ее, используют способ, применяемый при изготовлении сборных стропил, соединяемых из 2 частей. Места соединений подпирается стойкой, повышающей надежность соединения.
Кроме того, для вальмовых крыш необходимо устанавливать дополнительные стропила, длиной короче основных. Их используют на треугольных скатах, устроенных вместо фронтонов обычной кровли.
Если длина стропил превышает 7 м, под них желательно установить усиливающую стойку. Если используется ЖБ перекрытие, то допустимо устанавливать стойку непосредственно на него, но здесь необходимо помнить об устройстве гидроизоляционной прослойки.
Шатровые кровли
Конструктивно, стропила шатровых скатных кровель немного отличаются. Разница состоит в том, что в этом случае не используются вальмы, так как скаты крыши одинаковы по форме и по площади. Конек тоже тут не используется, по этой причине работы могут быть сложнее, чем при постройке вальмовой кровли.
Не желательно использовать четырехскатные крыши больших построек, ведь надежность такой кровли меньше.
Используют такие конструкции при соблюдении 2 условий:
- Дом должен быть квадратной формы.
- В центре постройки существует опора или несущая стена способная выдержать стойку.
Ломаные кровли
Ломаная кровля двускатной крыши фактически имеет 4, а не 2 ската. Чаще всего их используют для увеличения мансардного помещения. Такой способ хорошо подходит для дома в частном секторе, благодаря тому, что при одинаковой площади здания жилая площадь увеличивается почти в 2 раза.
Устраивая ломаные кровли, часто, заранее создают каркас, служащий в качестве опоры для прогонов, поддерживающий ноги стропил.
В общем случае, строительство такой крыши может быть разбито на 3 этапа:
- Сначала устанавливают элементы П-образного вида, из балок и стоек перекрытий мансарды.
- После этого устанавливают прогоны из качественного бруса. Ноги стропил скатных кровель этого вида требуют использования минимум 3 таких элементов. Из них 2 размещают на углах П-образных элементов, а коньковый прогон устанавливают на особые стойки, находящиеся в середине балок перекрытия мансарды. Так создается прочная конструкция, способная выдержать кроме массы стропильных ног, вес выпавшего снега и сильную нагрузку от порывов ветра.
- Последний этап – установка ног стропил, которые необходимо размещать по предварительно подготовленному шаблону.
Процесс создания
Монтаж мауэрлата производится в первую очередь. Обычно его фиксация к стенам строения производится на анкерные болты или на заранее подготовленный армированный пояс со шпильками, на которые и насаживается мауэрлат. Под него укладывается гидроизоляционный материал.
Для обеспечения карнизных свесов на мауэрлат монтируют затяжки. Они могут иметь цельную длину и впоследствии образовать собой основание пола, лаги.
Параллельно идет изготовление шпрендельной фермы. Ее фиксацию следует проводить в монтируемые затяжки. Ферму и стойки фиксируют балками-подкосами. Вертикальность установки стоек проверяют отвесом и прибором-уровнем.
Крыша четырехскатная вальмовая потребует дальнейшего крепления конька на обе стойки. Конек укрепляется раскосами и косынками. Для шатровой четырехскатной конструкции потребуется косынка по периметру стойки.
После этого шпагатом от установленного верха до края затяжки проверяется требуемый угол скоса конька или стойки с косынкой, при необходимости он доводится вручную. Дальнейшая укладка балок начинается с диагональных стропил. В них вырезаются посадочные места под затяжки и скашиваются углы под конек.
Основные и вальмовые стропила монтируются с максимальной точностью, обеспечивающей образование ими с боковыми стропилами единой плоскости ската. После визуальной проверки монтируются остальные стропила и нарожники. Обеспечение крепости голландской или датской вальмы достигается наклонными подпорками, балками-откосами и косынками.
По завершении укладки всех балок производится монтаж досок обивки поверхности. Если предусматривается внутренняя отделка, то она производится в первую очередь. На такую подшивку укладывается пароизоляционный слой, далее — утеплитель, на него — гидроизоляция. И только после этого выполняется крепеж фиксирующих горизонтальных досок. На получаемую решетку укладывается мягкая кровля или металлочерепица.
