Стропильная система шатровой крыши: особенности, чертежи и расчёты с помощью калькуляторов

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	объём пиломатериалов на два ската, м3	кол-во в полускате	AM, м	длины в полускате, м	объём пиломатериалов на два ската, м3
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.

Карнизный свес

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 м2 — для короткой стороны
• S = (10,006 ∙ 4,972) / 2 = 24,88 м2 — для длинной стороны

Общая площадь кровельного материала:

2 (23,9 + 24,88) = 97,56 м2.

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. рмнт.ру

рмнт.ру

Как правильно сделать расчет?

Способы самостоятельной сборки каркаса

Для начала давайте узнаем поподробнее, что же представляет собой такой тип кровельной конструкции. Говоря простым языком — это четыре треугольника или пирамиды, сходящихся вершинами в одной точке. Основание такой кровельной конструкции имеет форму квадрата. Точно такую же геометрию крыши можно увидеть и на «прародителях» нашей сегодняшней главной героини — восточных шатрах.

Несмотря на всю сложность конструкции, устройство такой кровли гораздо экономичнее, нежели сооружение иных скатных крыш. Причина этого — отсутствие фронтонов и необходимости использовать в стропильной конструкции длинные элементы. Строительство и монтаж шатровой крыши требует соблюдения симметрии. Поскольку в основе конструкции лежит квадрат, все скаты крыши будут одинаковыми. Поэтому, чтобы узнать размеры будущей кровли нам достаточно будет вычислить площадь всего одного «лепестка» крыши и умножить полученный результат на четыре.

Для начала нам необходимо воскресить в памяти школьный курс геометрии — а точнее, формулу расчета площади треугольника. Из всего многообразия формул выберем самую простую, в которой вычисления делаются исходя из высоты (линии, проходящей из вершины фигуры к основанию под прямым углом) и длины основания. Итак, допустим, что длина основания (она же длина стены дома) составляет 8 метров, а высота основания — 3,5 м. Согласно формуле, перемножаем эти два параметра и получаем 28, а затем делим результат на 2 — следовательно, площадь одного лепестка составляет 14 м2. Умножаем полученную площадь на четыре и приходим к результату в 56 м2 — общему размеру всех скатов без учета карнизных свесов.

Теперь нам требуется узнать площадь карнизных свесов. В этом случае нам понадобится формула расчета площади трапеции. Согласно ей, для нахождения площади фигуры нужно сложить длины двух ее оснований, разделить полученную сумму на 2 и умножить на высоту. Высота трапеции проводится из любой вершины трапеции к основанию под прямым углом.

Длину одного основания мы знаем — она составляет 8 м, а, значит, нам нужно вычислить длину второго. Для начала схематично изобразите план одного фасада в удобном масштабе, и продлите на нем скат крыши на нужную длину (учитывая наклон кровли). Допустим, что его длина составила 50 см. Теперь вычисляем расстояние от окончания ската до стены. К примеру, у вас получилось расстояние в 40 см. Поскольку трапеция у нас равнобедренна, с другой стороны фасада дома расстояние получится точно таким же. Следовательно, длина большего основания составит 8,8 м. Высота нашей трапеции будет равна 30 см (это легко вычислить по формуле Пифагора или просто замерить). Теперь складываем 8 и 8,8, делим на 2 и получаем 8,2 и умножаем на 0,3. В результате этих действий у нас получается 2,46 м2 — площадь одной из четырех трапеций. Следовательно, площадь всех четырех составит 9,84 м2. Прибавляем к ним 56 м2 и получаем 65,84 м2 — площадь всей нашей крыши.

Особенности устройства шатровой кровли

Конструкция шатровой крыши — это сочетание нескольких скатов треугольной (реже — трапециевидной) формы. Количество их может меняться в зависимости от архитектурных особенностей строения. Чаще всего встречаются четырёхскатные шатровые кровли, но владельцы зданий могут построить крышу и с большим количеством скатов.

Архитектура постройки определяет форму крыши с шестью скатами

Классический вариант шатровой крыши — это пирамида с квадратным основанием. Опора скатов кровли идёт в основном на стены постройки, иногда выходя за их границы. Свесы могут выступать за пределы здания на 400–500 мм, тем самым предохраняя архитектурное сооружение от неблагоприятного воздействия погоды.

Чаще всего в индивидуальном строительстве применяют классический вариант четырёхскатной шатровой крыщши

Отличия вальмовой и шатровой кровли

Ещё одно название шатровой кровли — крыша конвертом. Такой тип является разновидностью вальмовой крыши. Конверт с прямоугольным основанием — основа вальмового типа кровли, а квадрат чаще используется в шатровом варианте.

Вальмовая конструкция — это сочетание двух скатов в виде трапеции и двух скатов в треугольной форме. В кровле-шатре соединяются треугольные скаты.

Типичный вариант вальмовой кровли состоит из двух треугольных и двух трапециевидных скатов

Если в вальмовой крыше есть конёк, то кровля шатровая монтируется без этого элемента. Вершины всех скатов шатровой конструкции соединяются в единой точке. Это происходит в виде их наслоения друг на друга или крепления к отдельной опоре. Конёк как таковой в этом случае отсутствует.

Плюсы и минусы шатровой конструкции

1. Основное преимущество шатровой кровельной конструкции — её уверенное противостояние порывистым ветрам. Аэродинамические «способности» крыши проявляются в том, что воздушные потоки практически не попадают в чердачную часть, они уходят вниз по треугольным скатам.
2. Ещё один большой плюс шатровой крыши состоит в отсутствии фронтонов. Это отличный повод для экономии, ведь строительных и отделочных материалов для кровли понадобится гораздо меньше.
3. Многие пользователи строений с шатровой крышей отмечают быструю прогреваемость помещений именно благодаря такой конструкции кровли. Дождевые и сточные воды не задерживаются на конверте из треугольных скатов, а стекают вниз. Это продлевает срок бесперебойной службы крыши.

Но есть в шатровой кровле и отрицательные моменты:

1. Сложная конструкция каркаса.
2. Малые размеры мансарды.
3. Большое количество отходов строительных материалов из-за конструктивных особенностей кровли.

Схема конструкции шатровой крыши

При расчёте и строительстве шатровой кровли обязательно нужно располагать основными сведениями о её составляющих элементах.

Чтобы правильно спроектировать шатровую крышу, нужно знать все основные элементы её конструкции

Опорная часть кровли — мауэрлат, размещаемый по периметру строения. Он крепится на стены постройки с наружной стороны. В кирпичных домах мауэрлат может монтироваться с внутренней стороны. Материалом для этого элемента кровельной системы служит брус с большим сечением. Накосные стропила предназначены для образования кровельного угла, собственно благодаря им и получается пирамидальная форма крыши. Самым сложным в конструкции шатровой крыши считается коньковый узел. В коньковом узле вместе с накосными стропилами соединяются стропила центральные, которые регулируют высоту каждого ската. Параллельно центральным стропилам устанавливают нарожники. Они всегда короче центральных стропил и укладываются на определённом расстоянии друг от друга.

Фотогалерея: варианты устройства шатровой кровли

Сочетание разных вариантов шатровых крыш придаёт дому черты средневекового замка

В конструкцию четырёхскатной кровли можно вписать выносной балкон мансарды

Шатровые крыши часто возводят над капитальными беседками

Конструкция шатровой кровли может опираться на выносные столбы, образуя большой козырёк над входом

Сложные ломаные крыши вальмовой конструкции требуют виртуозных расётов и филигранной техники исполнения

Гараж квадратной формы стоит украсить изящной шатровой кровлей

Укладка кровельного покрытия

Для шатровых крыш важным показателем выбора кровельного материала является угол уклона скатов.

Для разного покрытия определяется возможность его укладки в соответствии с уклоном:

• Черепица — от 30 до 60°;
• асбестоцементное покрытие — от 14 до 16°;
• мягкая кровля — от 8 до 18°.

Кроме того, можно использовать декоративные покрытия, характерные для такого вида кровли — тростниковые, камышовые. Такие покрытия являются недолговечными, для центрального региона менее распространены с учетом климатических особенностей.

Чаще всего шатровые системы покрывают черепицей и другими листовыми видами (профнастилом, листовой медью, металлочерепицей).

Покрытие кровельным материалом необходимо производить на каждом скате поочередно. Особенности укладки каждого материала предусматривают выполнение требований по монтажу.

Так, например, листы профнастила следует начинать укладывать с левого нижнего края ската и продолжать застилать, закрепляя специальными саморезами. При этом по диагонали срезают края листа с края ската.

ВНИМАНИЕ!

Расчет внешнего покрытия шатровой крыши должен производиться с учетом достаточно большого количества обрезков материала.

Несмотря на то, что отходы могут быть использованы на верхних частях ската, их все равно будет достаточно много.

Укладка кровельного материала

Советы и рекомендации

Чтобы у шатровой кровли возросла прочность к нагрузкам, специалисты рекомендуют предпринять ряд мер:

• Для усиления углов каркаса на стропилах устанавливают штренгели рядом с мауэрлатом. Элементы делают из бруса. Если надо еще усилить конструкцию, дополнительно создают фермы.
• Перекрытие с брусом соединяют дополнительными стойками. Элементы помогают равномернее распределить нагрузку.
• Длинные накосные стропила лучше делать не из бруса, а использовать сдвоенные балки.
• Надежная обрешетка на шатровой кровле получится, если ее изготовить из бруса сечением 40х40 мм.
• Все деревянные элементы каркаса крыши обрабатывают пропитками, защищающими древесину от влаги и вредителей.
• Пиломатериалы с повышенной влажностью для возведения крыши нельзя использовать. Во время высыхания они начнут «играть», искривляться, что приведет к деформации кровли.
• Элементы обрешетки крепят только перпендикулярно стропильным ногам. Нельзя располагать бруски под уклоном.

Если шатровая кровля возведена по правильным расчетам без допущения ошибок, она прослужит много времени, не требуя ремонта.

Делаем сами шатровую крышу

Несмотря на всю сложность конструкции шатровой кровли, сделать такой тип крыши самостоятельно вполне возможно.

Порядок сооружения шатровой крыши включает в себя несколько последовательно выполняемых действий:

1. Создание проекта шатровой кровли и проведение всех необходимых расчётов.
2. Приобретение требуемых материалов и приготовление инструмента.
3. Крепление мауэрлата по всему периметру основания строения.
4. Установка опорной балки для стропил параллельно мауэрлату (допустимое расстояние между ними 450 см).
5. Крепление диагональных элементов, раскосов, подкосов к основе стропил.
6. Утепление крыши.
7. Монтаж финишной кровли и дополнительных элементов для стока, вентиляции и др.

Полезные советы по строительству шатровой кровли

Профессионалы плотницкого дела делятся советами, которые обязательно нужно принимать во внимание при строительстве шатровой крыши:

• не использовать древесину разных пород;
• не собирать несущие элементы кровли из реек размером менее 150 на 50 мм;
• не крепить к опорной стойке коньковой части короткие детали, их закрепляют по углам;
• обязательно применять промежуточные стропильные ноги (в центре кровли).

Пошаговая инструкция по возведению шатровой крыши

Рассмотрим строительство шатровой восьмискатной кровли на конкретном примере. Крыша будет предназначена для постройки размерами 10 на 10 метров с перегородкой посередине (несущая конструкция).

1. Устанавливаем мауэрлаты. Для этого используем брус с сечением 100*150 или 150*150 мм) и крепление при помощи шпилек (резьба более М12).

   Мауэрлат укладывается по периметру строения и крепится на шпильки

2. Укладываем балки перекрытия и выноса, двигаясь от центра к краям и сохраняя одинаковое расстояние между ними (не меньше одного метра или восьмидесяти сантиметров).

3. Применяя брус 150 на 150 мм, монтируем центральную опорную стойку в коньковой части крыши. При этом обязательно проверяем вертикальность при помощи отвеса и рейки. Фиксируем стойку при помощи временных укосин, которые демонтируются после установки центральных стропил.

   На центральной опоре размещаются крепёжные устройства для установки центральных и диагональных стропил

4. Прикрепляем четыре центральных стропила. «Сшивают» эти элементы металлическими уголками или при помощи гвоздей.
5. Монтируем диагональные стропила, соблюдая необходимый уклон. Если эти элементы стыкуют из двух частей, то в месте соединения деталей делается дополнительная опора. Чтобы снизить нагрузки на балки, крепёж таких стоек желательно сместить к несущим стенам.
6. Укладываем и крепим рядовые стропила, опора при этом идёт на мауэрлаты и опорный брус коньковой части. Расстояние между стропилами — около 600 мм.

7. Прикрепляем нарожники, стараясь сохранять параллельность между ними и стропилами. Если крыша монтируется с выносами, то под нарожники в этой части кровли делаем подпорки.

   Для страховки и укрепления конструкции в местах крепления нарожников используются дополнительные стойки

8. Делаем обрешётку, применяя бруски (50 на 50 мм) или доски толщиной 20–25 см.

9. Укладываем материалы для тепло- и гидроизоляции.

   Утеплитель кладётся в каркас, образованный стропилами и обрешёткой

10. Пришиваем при помощи саморезов к обрешётке кровельный материал.

11. Подшиваем карнизы, устанавливаем водостоки, вентиляционные элементы.

    Подшивка карнизных свесов выполняется на завершающей стадии строительства шатровой кровли

Видео: строим сами шатровую крышу

Взвесив все положительные и отрицательные моменты в эксплуатации шатровой крыши, можно решиться на её постройку своими силами. Главное — всё просчитать и следовать чётким инструкциям, которые дают профессионалы строительного дела.

Монтаж кровельного покрытия

Для крыши шатрового типа не укладывают кровельное покрытие по одному градусу, например:

• гибкая черепица монтируется при уклоне на 8−18 градусов;
• асбестоцементные материалы монтируются при 14−16 градусах;
• металлическая черепица монтируется при уклоне на 30−60 градусов.

Кроме основных кровельных материалов, можно применять и специфические виды, например, камышовые и тростниковые варианты. Надежность и долговечность такой кровли сводится к минимуму, особенно если регион находится в суровых климатических условиях.

В основном для сложной формы крыш используют гибкую и металлическую черепицу. Материал существенно дороже, но обладает высоким сроком службы. В первом случае для монтажа используется специальная газовая горелка. Материал наплавляется путем разогрева гибкой черепицы и основания крыши. А во втором случае закрепление листов выполняется при помощи шуруповерта и саморезов. Покрытие всегда производится снизу вверх.

Отходы кровельного покрытия будут большими, поскольку крыша имеет фигурную форму и без подрезки не обойтись. Это надо учесть при расчетах на расход материала.

Если работа будет проводиться в одни руки, то следует запастись терпением и силами. Ведь на всех этапах сборки кровельного изделия придется где-то поддержать брус или подать лист кровли. Поэтому желательно включить в работу еще одного человека, который станет помогать в сложных ситуациях. Однако если такая крыша будет предназначаться для маленькой беседки, то в таком случае можно справиться и своими силами.

Материал для кровли

Материал выбирается, исходя из бюджета строительства. Это может быть:

• ондулин;
• металлочерепица;
• профнастил;
• поликарбонат.

Ондулин(1) – отличный материал для этой цели. В Европе он очень широко применим. Отличается легкостью и прекрасными качествами в эксплуатации. Относительно легок в монтаже, пригоден к использованию даже в экстремальных условиях. Но имеет недостаток – высокую цену.

Металлочерепица(3) придает респектабельность постройке. К плюсам относится то, что не теряет цвет долгие годы, эффективна в использовании. Ее минус в том, что относится к тяжелым материалам, непригодным для кровли зданий, в возведении которых использовался легкий фундамент.

Профнастил(4) самый универсальный вариант для дома, террасы, беседки. Шатровая крыша из этого материала легкая, долговечная, элементы легко монтируются. Его чаще всего используют для легких конструкций, таких как террасы и беседки.

Поликарбонат(2) все чаще используется для террас и беседок. Среди плюсов материала: легкость, простота в обработке, огнеупорность. Но есть и большой минус, поликарбонат хрупкий, поэтому недолговечный материал. Глубокие царапины приводят к потере теплоизоляционных и водоотталкивающих свойств, в результате к непригодности в дальнейшем использовании.

В каждом конкретном случае нужно выбирать материал для кровли, учитывая свойства покрываемого сооружения и свойства материала.

Несущая система: точность расчетов во избежание просчетов

Считается, что строительные работы уступают по сложности расчетному периоду. Здесь тонкость заключается в правильном результате вычислений стропильной системы. Существует несколько вариантов:

• оплатить работу профессионала-архитектора;
• подобрать вариант из существующих готовых проектов;
• применить школьные познания по геометрии и математике, произвести вычисления самостоятельно.

В последнем случае можно сэкономить средства на услугах, избежать случайных ошибок готового проекта (на который нет гарантии). Чтобы проверить себя, не поленитесь, просчитайте все дважды.

В принципе, нужно собрать в конструкцию треугольные боковины под такими углами, чтобы они прочно стояли на потолочине и сходились в верхней точке. Вычисление угла между скатами требует предварительного определения площади треугольной фигуры. Пользуясь приведенной ниже формулой, находим длину стропила, высоту и площадь всей поверхности:

S = а * h/2

где:

а – длина основания равнобедренного треугольника;

h – высота.

Т.к. все скаты одинаковые, то полученную величину умножают на количество плоскостей и получают суммарную площадь каркаса стропил. На этом этапе ориентировочно просчитывается число и стоимость кровельного материала.

Если потолочина выполнена в виде прямоугольника, тогда стропильный каркас будет состоять из двух треугольных конструкций и двух трапецеидальных. Вооружившись учебником по геометрии, вычисляют общую площадь покрытия. Она будет состоять из площадей двух треугольных фигур плюс суммарная площадь двух трапеций. При этом площадь трапеции вычисляется по формуле:

S = (с + d)*h

где:

с, d – длины оснований трапеции,

h – высота.

Интересные варианты

Стиль такой кровли является наиболее распространенным и простейшим видом. Он имеет наклоны со всех четырех сторон, поэтому, как бы ни рассматривали, кровля наклоняется к желобам. Стороны равны по длине и сходятся, чтобы образовать хребет наверху.

Бедро – наименее сложный стиль, и, как правило, обладает низкой стоимостью, если проводить сравнение с другими видами. «Разбитая» или «пиковая» кровля также очень популярны. Их легко отличить, потому что они образуют форму треугольника в конце дома и в других частях. Стиль gable имеет интересный и разнообразный вид «колониального» типа.

Монопольная кровля – необычный стильный проект. Он сконструирован так, чтобы сформировать единую наклонную поверхность и часто не прикреплен к какой-либо другой. В некоторых странах этот вид популярен как современная альтернатива, он имеет яркий и отличительный облик. Монокрыша спроектирована на более высокий уровень, чем другие, из-за этого цена обычно выше.

Альтернативный вариант преобразования бедра в двускатный чердак. Однако это создает ограниченное количество дополнительного пространства, которое обычно используется для доступа к чердаку с лестницей. Построение конверсии в двускатный лофт – лучшее использование пространства по сравнению с боковой мансардой.

Важнейшим фактором для совершения конверсии является гигантское изменение в линии крыши. Это позволит достичь огромного количества дополнительной площади, максимизируя потенциал преобразования лофта. Внешняя отделка может быть облицована плиткой или сланцем в соответствии с кровлей, закончена в блоке и окрашена. Встраиваемые в большинство торцевых стен отверстия будут являться двойным застекленным окном. Оно обеспечивает естественный свет либо на чердаке, либо на лестнице.

Еще больше о стропильной системе шатровых крыш, смотрите в следующем видео.