Крыши вальмовой конструкции обретают все большую популярность среди владельцев частных домов. Это – неудивительно, так как подобная схема отличатся целым рядом неоспоримых достоинств эксплуатационного свойства, а кроме того – смотрится очень оригинально, придавая дому особую эстетичность.
Некоторых домовладельцев, ведущих самостоятельное строительство, возможно, отпугивает то, что стропильная система вальмовой крыши выглядит слишком сложной. Да, она, безусловно, не столь проста, как или обычная двускатная щипцовая крыша. Тем не менее, и эта стропильная система вполне подчиняется законам геометрии, и произвести ее предварительный расчет – вполне возможно. Монтаж, конечно же, потребует определённого опыта в плотницкой работе, но с хорошими помощниками, а еще лучше – с квалифицированным консультантом, можно взяться и за это масштабное мероприятие.
В чем достоинства вальмовой крыши?
Строительство вальмовой конструкции крыши с четырьмя скатами считается одним из наиболее сложных вариантов возведения и обустройства из-за наличия в каркасе многочисленных достаточно непростых узлов сопряжения. До того момента, как начнется строительство стропильной системы, необходимо сделать общий расчет с чертежом, и только после этого станет ясной ситуация, насколько массивной и тяжелой получится конструкция стропил.
Из чего состоит расчет четырехскатной крыши
В любой конструкции четырехскатной кровли, от самой простой, шатровой, до сложной вальмовой крыши ломаного типа, расчет выполняется по одной и той же схеме:
- Выполняется эскизное проектирование вальмовой крыши своими руками согласно замыслу постройки и проектному заданию;
- Разрабатывается основной чертеж вальмовой крыши;
- Выполняется расчет вальмовой крыши, наиболее нагруженных частей каркаса четырехскатной вальмовой кровли;
- Уточняют размеры основных деталей стропильной системы, выполняют деталировочные чертежи отдельных узлов.
К сведению! Только после выполнения расчетов и деталировки можно составлять смету и считать стоимость постройки красивой четырехскатной вальмовой крыши.
В данном случае приведена методика ручного расчета деревянного каркаса и стропильной системы кровли. Способ и основные этапы расчета не представляют особой сложности, выполнить проектирование и разобраться в расчетах вполне по силам даже школьникам. Если человек владеет методикой расчета, то у него есть четкое понимание того, как работает стропильная, коньковая и опорная балка, где находятся наиболее слабые звенья четырехскатной крыши.
Для определения размеров можно воспользоваться любой онлайновой программой или системой автоматизированного проектирования, но иногда оценку прочности и устойчивости приходится делать, что называется, «на ходу».
Устройство вальмовой крыши
Конструктивно классическая четырехскатная вальмовая крыша состоит из двух основных скатов и двух боковых вальм. Для расчета длин и сечений бруса необходимо составить максимально точный эскиз, или лучше — . Используя схемы с различным исполнением углов наклона и высоты крыши, можно прорисовать и просчитать различные варианты компоновки кровли, и главное - определить геометрические размеры наиболее нагруженных деталей каркаса.
Основными элементами конструкции четырехскатной крыши являются:
- Рядовые стропильные балки, формирующие два основных ската. Стропила точно такие же по форме и исполнению, как в обычной двухскатной крыше. Скаты имеют форму равнобедренной трапеции;
- Вальмовые угловые, называемые еще накосными или диагональными стропилами, располагаются в углах каркаса крыши и формируют так называемые вальмовые скаты в виде симметричных равнобедренных треугольников;
- Нарожные стропила, из которых формируется плоскость вальмовых скатов;
- Вертикальные стойки, на которые опираются коньковая балка и все четыре ската.
Кроме того, в конструкции применяется большое количество вспомогательных элементов, призванных увеличить жесткость всего четырехскатного каркаса. Это всевозможные подкосы, распорки, шпренгели, устанавливаемые в качестве опорных элементов стропил, фото.
Самые длинные стропила называются угловыми, наиболее короткие - нарожными.
Расчет параметров каркаса крыши
По условиям задачи необходимо будет, пользуясь чертежами, выполнить оценочный расчет наиболее нагруженных элементов стропильной системы - вертикальной опорной стойки и стропильной балки четырехскатной вальмовой крыши. Кроме того, нужно выполнить расчет их размеров и положение линий запила под опорные поверхности на мауэрлате и коньковом прогоне.
Обычно используются схемы с одинарным коньковым прогоном, как на чертеже, но если подкрышное пространство планируют использовать в качестве чердака или мансардного помещения, в этом случае четырехскатную крышу строят по двухпрогонной схеме. Такой вариант значительно дороже, но позволяет получить более устойчивую и жесткую вальмовую конструкцию в случае постройки кровли с большой поверхностью ската.
Оба варианта четырехскатной крыши используют наслонные стропила с фиксацией стропильных балок на мауэрлате и опорой на коньковом прогоне. Расчет обоих вальмовых крыш выполняется по одной и той же методике.
Для выполнения расчета нам потребуется:
- Определить нагрузки, действующие на каркас вальмовой крыши;
- Проверить на прочность и устойчивость вертикальную опорную стойку;
- Рассчитать прогиб и прочность рядовой и диагональной стропильной балки.
Для выполнения расчета используется упрощенная схема четырехскатной вальмовой крыши, приведенная ниже.
Все элементы каркаса четырехскатной вальмовой крыши условно можно разделить на две группы — балки, в том числе и стойки. Первые работают в условиях прогиба или под действием изгибающего момента. Вторая группа силовых элементов относится к более простым случаям, они работают в условиях линейного сжатия или растяжения. В этом случае расчет несущей способности сжатой стойки определяют из условий статической устойчивости под сжимающей нагрузкой.
Методика расчета устойчивости и прочности вертикальных опор и подкосов
На первом этапе нужно определить прочность вертикальной стойки, исходя из известной величины вертикальной нагрузки. Силу давления на вертикальные стойки вычисляют, как сумму трех составляющих — массы крыши с кровельным покрытием и веса от максимального снегового покрова. Так как скаты расположены под углом, то итоговое вертикальное давление, воспринимаемое крышей, можно грубо принять, как половину веса деревянных конструкций четырехскатной конструкции и массы снега, посчитанной, исходя из площади кровельного покрытия, перемноженной на максимальный вес 1 м 2 снежного покрова кровли для данного региона.
Прочность вертикальной опоры определяют из следующего соотношения:
σ = Р/S ≤ M с , где М с - удельная прочность на сжатие конкретной породы древесины, Р — вертикальная нагрузка под действием веса четырехскатного каркаса и массы снега, в килограммах, S - суммарная площадь поперечного сечения всех вертикальных опор в данной конструкции. Полученная от деления величина не должна быть больше М с, справочного значения, которое можно взять из справочника или СНиПа №II-25-80 . Например, стойка из сухой сосны, сечением в 120 см 2 , выдерживает огромную вертикальную нагрузку почти в 16 тонн, поэтому расчет на прочность не имеет определяющего значения.
Почти всегда расчеты вертикальных стоек выполняют по запасу устойчивости или способности опоры воспринимать усилие без деформации и изгиба.
Для классификации гибкости опоры вводят понятие коэффициента гибкости λ , для куба он равен 0, для большинства реальных деревянных опор его значение может быть от 40 до 100 единиц.
Формула расчета устойчивости длинного деревянного стержня, который представляет собой опора четырехскатной крыши, выглядит так: σ = Р/ φS ≤ M с , где φ — коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно положениям СНиПа №II-25-80 по формуле:
- Для значений λ меньше 70 единиц φ рассчитывают по формуле: φ = 1 - 0,8(λ/100) 2 ;
- При значениях λ больше 70 единиц φ получают: φ=3000/ λ 2 .
Практическое значение φ колеблется в пределах от 0,3 до 0,7.
Проще всего использовать график, позволяющий по зависимости λ - φ и соотношений длины к диаметру опоры получить точное значение φ и выполнить проверочный расчет на устойчивость.
Прочность стропильной балки
Расчет несущих вертикальных опор, как правило, является проверочным, так как в действительности запас прочности и устойчивости стоек, изготовленных из стандартного бруса 100х150 мм, для большинства вальмовых крыш всегда больше, чем требуется в реальности. Намного важнее проверить прочность стропильной диагональной балки, которые нередко ломаются под весом снега из-за недостаточного запаса жесткости.
Для проверки прочности стропильной балки на нагрузку используется стандартная формула — (Р/φS) + (M z /W z) ≤ M y , где:
- Р — суммарная нагрузка от веса конструкции вальмовой крыши, снегового покрова и вертикальной составляющей давления от потока ветра в кг;
- S - размер поперечного сечения в см 2 ;
- W z и M z - момент сопротивления и значение изгибающего момента стропильной балки соответственно;
- M y - справочная величина сопротивления конкретной породы древесины балки изгибающему усилию.
К сведению! При угле наклона менее 27 о, величиной ветровой нагрузки на каркас вальмовой четырехскатной крыши можно пренебречь, но при этом возрастает составляющая от снега и дополнительного веса обрешетки.
Все расчеты на прочность выполняются из предположения, что древесина балки, используемой для стропил вальмовой крыши, не имеет дефектов и повреждений, что на практике не всегда соответствует действительности. Кроме того, доски из разных частей ствола дерева имеют разную прочность, поэтому стропила для четырехскатной вальмовой крыши выполняют составными, в виде пакета из сбитых двух-трех досок 50х150 мм. Расчеты такого стропила по стандартной схеме.
Расчет геометрии элементов вальмовой четырехскатной крыши
Конструкцию вальмовой четырехскатной крыши можно представить в виде пространственного набора прямоугольников и трапеций.
Исходными величинами являются размеры прямоугольника мауэрлата, по которым будет выполняться расчет всех элементов каркаса четырехскатной крыши.
Первоначально нужно рассчитать высоту вертикальных опорных стоек. Для этого используется величина, равная половине длины боковой стены, за вычетом ½ толщины стенки дома S . Зная угол наклона свеса А, легко определяем высоту вертикальной опоры конькового бруса по формуле: Н к =0,5(L bc - 0,5S)*tgА .
Приняв тот факт, что L oq =L do , можем определить:
- Длину горизонтальной проекции угловой стропильной балки по формуле планиметрии L oc = 1.22*L do и, соответственно, размер самого диагонального стропило L ac, используя теорему Пифагора и катеты L oc и H k ;
- Длину конькового прогона, как продольный размер коробки здания, за вычетом удвоенной длины L do , L ak =L cm -2L do .
Кроме собственно размеров каркаса, необходимо выполнить расчет мест запила рядовой и диагональной стропильных балок.
Для этого по нижней кромке доски рядового стропило откладывают полученный расчетом размер H ad , после откладывается ширина мауэрлата под углом наклона ската и выполняется клиновидный запил, как на рисунке.
Заключение
Для грамотного оперирования требуются определенные знания в строительной механике и сопромате, особенно в вопросах прочности и устойчивости конструкций. Тем не менее для простых схем, например, для беседки или сарая, проблемы прочности не столь критичны. Достаточно знать правила геометрического расчета четырехскатной крыши вальмового типа, а для наиболее важных опорных и стропильных элементов использовать брус с увеличенным запасом прочности.
Сложная конструкция вальмовой крыши требует точных расчетов в процессе ее проектирования. Правильные вычисления позволят обеспечить надежность, прочность и длительный срок службы кровельной конструкции. Быстро и грамотно выполнить расчет вальмовой крыши можно с помощью калькулятора. Такая онлайн программа поможет достоверно составить полную схему устройства кровли, с учетом всех необходимых параметров.
Вальмовая крыша – это четырехскатная конструкция. Боковые ее стороны выполняются в форме трапеции, а торцовые скаты имеют треугольное строение. Все части устройства расположены к основанию под одинаковым углом.
Для осуществления правильных расчетов конструкции вальмовой кровли следует учитывать все ее основные составные элементы:
- Верхушка – конек. Устройство представляет собой брус, который фиксируется на самой верхней точке горизонтальной плоскости крыши. Он несколько меньше от общей длины здания и служит для соединения элементов стропильной системы.
- Стропила центральные. Такие несущие элементы кровельной конструкции размещаются по высоте и длине скатов, а также конька.
- Угловые стропила. Располагаются такие брусья под наклоном. Установка их начинается от конька и завершается на краю здания.
- Вальмы. Такие наклонные элементы одной стороной соединяются с коньком, а второй – с угловыми стропилами.
- Мауэрлат. Данный элемент позволяет соединить стропильную систему со стенами здания. Такая привязка выполняется по всему периметру здания.
- Свесы. Обычно данная защитная конструкция является удлиненной частью стропильных ног. Для вальмовых крыш характерны карнизные свесы, которые позволяют оградить стены дома от воздействия влаги.
- Обрешетка. Такое устройство необходимо для закрепления кровельного материала, а также гидроизоляционного слоя и утеплителя. Обрешетка может быть разреженной и сплошной. Ее тип зависит от вида кровельного покрытия.
При онлайн расчетах кровли берется во внимание ее покрытие. Материал может быть в виде рулонов, отдельных модулей или листов.
Вальмовые крыши не имеют фронтонов. Основным их достоинством является жесткость всей конструкции и хорошая обтекаемость покрытия. Но спроектировать такого типа надежную кровлю достаточно сложно без большого количества отходов материала. Поэтому лучшим помощником при составлении плана строительства кровли является калькулятор, который при внесении всех данных предоставит достоверные расчеты вальмовой крыши с чертежом.
Калькулятор онлайн
Для выполнения расчета с помощью предоставленного калькулятора необходимо всего лишь достоверное внесение параметров вальмовой крыши. Онлайн программа быстро и точно рассчитает количество всех необходимых элементов стропильной системы, их длину, а также размеры конька.
Основными определяющими показателями расчетов крыши вальмового типа являются: ширина и длина здания, его высота и уклон кровли. Также учитываются размеры свеса. При выборе ширины стропил берутся во внимание нагрузки облицовочного материала крыши, а также давление воздушных потоков ветра и снежных масс.
Обрешетка
Правильный выбор материала обрешетки влияет на прочностные свойства вальмовой крыши. Оптимальным вариантом для кровли такого типа считается доска толщиной 3 сантиметра и шириной 10 сантиметров. Параметры могут изменяться в большую сторону в зависимости от характеристик материалы для покрытия конструкции.
Шаг обрешетки выполняется в пределах от 20 до 70 сантиметров. Для металлочерепицы соблюдается расстояние между досками 35 сантиметров, шифер требует большей дистанции – от 50 до 70 сантиметров. Длина пиломатериала составляет 6 метров.
При укладке мягкой кровли используется сплошная обрешетка. Ее конструкция состоит из фанеры или листов ОСП. Укладка материала в такой конструкции выполняется с зазором не больше одного сантиметра.
Более достоверные параметры обрешетки можно уточнить у производителей материала, подобранного для покрытия кровли. Используя калькулятор для расчета вальмовой крыши можно определить необходимый объем древесины для всей стропильной системы.
Материал для теплой кровли
Утепленная крыша – это достаточно простой способ сохранить тепло в доме. Такой вариант кровельной конструкции позволяет использовать мансарду как жилое помещение. Для укладки пирога используются различные материалы в таком порядке:
- пароизоляционное покрытие – металлизированная трехслойная пленка;
- утеплитель – минвата из базальтового волокна с толщиной не менее 10 сантиметров;
- гидроизоляция – пленочный материал, защищающий утеплитель от влаги;
- контробрешетка – конструкция толщиной не меньше 3 сантиметров из деревянных брусков, обеспечивающая вентиляционный зазор.
Если в качестве теплоизоляции применяются пенополистирольные плиты, то укладку барьера для водяного пара можно не проводить. Гидроизоляционный материал и утеплитель укладывается на крышу только сплошным слоем. Все стыки должны быть герметично проклеены специальной лентой.
Вальмовая крыша – это разновидность чердачной крыши. Она часто устанавливается в домах, где планируется обустроить дополнительное жилое или нежилое пространство. Конструкция вальмовой крыши четырехскатная. Две боковые части – скаты, имеют трапециевидную форму, две торцевые – вальмы – треугольные.
Преимущества вальмовой крыши:
- Способность стойко противостоять даже сильным порывам ветра;
- Жесткая конструкция минимизирует деформацию крыши;
- Эстетичный вид, способность визуально делать здание более компактным;
- Возможность обустроить большие боковые карнизные свесы, обеспечив этим дополнительную защиту стенам здания от воздействия атмосферных осадков.
К недостаткам вальмовых крыш относят сложность конструкции и монтажа, дороговизну.
– это основа кровли. Стропила выполняются чаще всего из хвойного дерева, обработанного специальным составом для предотвращения гниения и поселения в нем насекомых.
Для опирания стропил на вальмовой крыше устанавливается мауэрлат – брус, предназначенный еще и для распределения нагрузки на стены строения. Центральный элемент – конек вальмовой крыши, к которому крепится большая часть стропил.
Их существует три вида:
- Центральные (рядовые) – крепятся к коньковому брусу на одинаковом расстоянии друг от друга;
- Диагональные – стыкуются с угловыми стропилами;
- Угловые – крепятся к коньковому брусу и соединяются с диагональными стропилами на разной высоте для того, чтобы конструкция приобрела дополнительную прочность.
После установки стропильной системы монтируется обрешетка, на нее укладываются изоляционные материалы и покрытие. Одновременно обустраиваются дымоходы, системы водоотведения, вентиляции.
Стропильная вальмовая крыша – конструкция сложная, требующая тщательных расчетов перед процессом монтажа. Один из важных параметров — угол наклона вальмовой крыши . Он зависит от предполагаемой нагрузки на кровлю, силы воздействия внешних факторов, например, ветра, снега. Также на угол наклона крыши влияют кровельные материалы. Максимальный рекомендуемый для шифера — 22°, минимальный – для многослойного рулонного материала — 5°. Материал, которым можно крыть вальмовую крышу при любом угле наклона – это мембранная кровля.
Точный предварительный расчёт вальмовой крыши позволит избежать лишних затрат и неприятных моментов при монтаже. Существует несколько методик расчетов, а также немало онлайн-калькуляторов для определения площади вальмовой крыши, высоты вальмовой крыши и прочих параметров конструкции. Но лучшие результаты демонстрирует использование специального программного обеспечения. За несколько минут, введя основные данные, пользователь получит точные, достоверные расчёты, опираясь на которые смело можно приступать к строительству. Программы хороши тем, что предусматривают все параметры для максимально объективного расчета.
Вальмовая крыша имеет высокие эксплуатационные характеристики и сложную конструкцию, однако благодаря онлайн калькулятору произвести ее расчет сможет каждый домовладелец. Наш калькулятор достоверно рассчитает конструкцию вальмовой четырехскатной крыши. По результатам вычислений формируется 2D чертеж крыши и выполняется 3D визуализация.
Вальмовая крыша имеет четыре ската - торцовые в форме треугольников и боковые в виде трапеции. Скаты расположены под одинаковым углом к основанию. Их бока соединяются вальмами (наклонными ребрами), а верхушки – коньком. По периметру дома укладывают мауэлрат, на который опираются стропила. Вальмовая четырехскатная крыша имеет карнизный свес, в зависимости от ваших предпочтений
Достоинства и недостатки вальмовой крыши
Хоть расчет вальмовой крыши сложный, это одна из самых популярных конструкций для частного дома. Она имеет ряд преимуществ:
- Обтекаемость кровельного покрытия;
- Жесткость конструкции;
- Отсутствие фронтонов
Вальмовая крыша также имеет ряд недостатков:
- Сложность расчетов и установки крыши;
- Большой отхода материала (особенно МЧ).
Таким образом, достоинств больше, а онлайн калькулятор с чертежами крыши в деталях поможет в ее расчёте.
Специфика работы калькулятора расчета вальмовой крыши
Наш калькулятор сделает моментальный расчет стропильной системы вальмовой крыши – длину и количество стропил (в том числе диагональных), длину конька. От домовладельца требуется ввести лишь начальные параметры: длину и ширину дома, скат кровли, высоту. Хочется отметить, что ширину доски для стропил нужно выбирать исходя из нагрузок, как от ветровых и снега, так и от массы самого материала для кровли. Если вы делаете теплую крышу, то расстояние между стропил, должно соответствовать ширине утеплителя, чтоб избавиться от подрезок и не тратить материал.
Обрешётка
Доска для обрешётки обычно используется толщиной 30 мм. Ширина может быть разная, для металлочерепицы с шагом 35 см в соответствии с длиной продольной оси модуля МЧ «Монтеррей» оптимальная ширина доски - 100мм, для других типов покрытий, шаг и ширина доски может быть разной. Не забывайте, что на обрешётку для мягкой кровли, поверх будет класться ОСП или фанера сплошным ковром.
При устройстве теплой крыши необходимы:
- Утеплитель толщиной 100 мм, но лучше 150-200 мм.
- Гидроизоляция, пароизоляция;
- Контробрешетка толщиной не менее 30 мм.
Как вы уже поняли, рассчитать вальмовую крышу на онлайн калькуляторе очень легко, даже обладая совсем слабыми знаниями в строительстве. Основные конструктивные особенности вальмовой крыши схожи с геометрией школьной программы, по этому давайте считать вместе.
