Разновидности шатровых крыш. Шатровая крыша расчет. Возведение каркаса для строения

В процессе строительства дома или беседки неизбежно встает вопрос о том, какую конструкцию кровли предпочесть. Если возводимое сооружением имеет четырехугольную, а лучше всего квадратную форму, дизайнеры и архитекторы нередко останавливают выбор на шатровой четырехскатной крыше. Сложность этой конструкции с торицей окупается оригинальным внешним видом, прекрасными термоизолирующими и аэродинамическими качествами. Эта статья расскажет, как конструируется и монтируется шатровая крыша своими руками.

Конструкция шатровой крыши

В строительстве принято рассматривать шатровую крышу как вариацию вальмовой четырехскатной, в которой коньковое соединение трансформировалось в коньковый узел, то есть видоизменилось из линии в точку. Крыша шатрового типа представляет собой пирамиду, стороны которой образованы четырьмя скатами в виде равнобедренных треугольников. Для монтажа подойдет любое четырехугольное здание, однако квадратная форма позволяет добиться идеальной симметрии, благодаря чему достигается наилучший результат.

В входят следующие основные элементы:

Этапы строительства

Создание проекта

Шатровая крыша своими руками строится только на основании грамотно составленного проекта, гарантирующего ее надёжность. Перед тем как сделать чертежи, необходимо вспомнить школьный курс геометрии, чтобы сделать расчеты угла наклона скатов, высоты конька и площади скатов. Для выполнения вычислений есть простая инструкция:

Не забывайте, что у шатровой крыши с прямоугольным основанием, в отличии от такой же конструкции с квадратным, скаты будут иметь различный уклон и разную длину стропильных ног. Следует учитывать это в расчетах и монтаже!

Проект создают вручную или с помощью компьютерной программы, которая не только выполнит за вас расчеты длины элементов стропильной системы, но и подберёт их толщину. Результат этапа конструирования – схема с размерами и взаимным расположением элементов крыши, которая станет опорой для монтажных работ.

Конструкция стропильной системы

Стропильная система шатровой изготавливается из древесины хвойных пород и состоит из следующих основных и дополнительных элементов:

В строительстве шатровой крыши используют висячую или наслонную стропильную систему, в зависимости от возможностей планировки сооружения. Однако, опытные кровельные мастера не советуют использовать наслонный тип, если уклон скатов превышает 40 градусов.

Ход монтажных работ

Когда проект утвержден и материалы закуплены, можно сделать монтаж шатровой крыши своими руками:

Некоторые элементы имеют длину, превосходящие 6 метров, стандартную величину пиломатериалов. Поэтому необходимо изготавливать наборные стропила, составляемые из нескольких частей, или клееные.

Строительство шатровой крыши своими руками – тяжелая, трудоёмкая работа, однако полученные результат, выделяющий дом или беседку среди однотипных соседей, вознаградит вас за старания и потраченные силы!

Видео-инструкция

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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

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

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.

При проектировании и строительстве частного дома главным вопросом становится крыша, ее конструкция и обустройство. На данный момент классическим и самым популярным вариантом остается двухскатная конструкция крыши, однако она очень часто выглядит слишком скучно и многих это не устраивает. Двухскатная крыша может разрушить гармонию архитектурного стиля, поэтому дизайнеры и архитекторы разработали более интересные и привлекательные варианты. Одним из них стала крыша шатрового типа, которая манит своими изящными формами. Фактически это четырехскатная симметрическая конструкция, у которой все четыре ската сходятся в одну точку. Изначально может показаться, что и эта крыша достаточно простая, однако, это лишь на первый взгляд, ведь она поражает своей экзотикой и эстетической привлекательностью.

Специалисты по созданию крыш не рекомендуют проектировать и сооружать шатровую крышу самостоятельно, так как для этого требуются специальные строительные навыки и большой опыт. Для того чтобы крыша дома не только выглядела привлекательно, но и справлялась со своей основной функциональной задачей лучше доверить это дело профессионалам. В качестве ознакомления можно изучить стропильную систему шатровой крыши, оценить ее достоинства и недостатки.

Особенности шатровой крыши

Стоит отметить, что конструкция шатровой крыши может состоять не только из четырех скатов, но и из большего их количества, однако, классический вариант предусматривает наличие именно четырех наклонных плоскостей. Число скатов напрямую влияет на геометрическую форму крыши, ее визуальное восприятие. Количество наклонных плоскостей крыши в первую очередь зависит от конструкции частного дома, если он квадратный, то логичнее всего использовать четырехскатную систему, если же дома круглый, то можно использовать шесть или восемь скатов. В случае с шатровой крышей главным условием становится равенство скатов, ведь они должны быть идентичны как по габаритам, так и по своей форме.

Шатровая крыша включает в себя такие элементы:

• Коньковый узел – точка, которая соединяет все стропильные ноги крыши, образуя их вершину.
• Скаты треугольной формы, которые поддерживаются стропилами и образуют поверхность крыши. Угол наклона скатов должен составлять не более 50 градусов, но и не менее 20 градусов.
• Свес – часть крыши, что выступает за пределы здания и защищает его фасад от воздействия внешних факторов в виде снега, дождя и ветра. Для того чтобы свес был функциональным и справлялся со своей задачей он должен выступать за пределы частного дома хотя бы на полметра. Формируется свес с помощью нижней части стропильных ног.
• Кровельный материал. Он служит покрытием для конструкции, защищая стропильную систему крыши от воздействия внешних факторов. Выбор кровельного материала зависит лишь от собственника жилья и его финансовых возможностей. Среди самых популярных кровельных материалов следует выделить: профнастил, металлочерепицу, ондулин, шифер, фальцевую кровлю и сланец.
• Стропильная система – каркас крыши, распределяющий вес на несущие стены здания и его фундамент.
• Водосточная система – совокупность элементов, способствующих естественному оттоку талой воды и снега. Система водостока включает в себя: желоб, водоприемную воронку, фильтры и вертикальные трубы.

Достоинства шатровой крыши

Спроектировать и создать шатровую крышу трудно, однако, если взглянуть на большинство современных построек, то можно заметить, что она очень популярна. Шатровая крыша обладает такими преимуществами:

• Устойчивость к ветрам за счет хороших аэродинамических характеристик.
• Простота в обслуживании. Конструкция крыши продумана таким образом, что на ее поверхности не задерживаются и не накапливаются большие снежные массы, что упрощает процесс уборки ее поверхности.
• Под шатровой крышей с легкостью можно оборудовать комфортную и просторную мансарду. Единственный недостаток – необходимость установки мансардных окон, цена на которые в два раза больше, чем на обычные окна.
• Оригинальный дизайн, привлекательный внешний вид.

Стропильная система

Стропильная система служит каркасом для крыши, является ее основой. В целом выделяют два типа стропильной системы в зависимости от того, как крепятся стропильные ноги: висячая и наслонная стропильная система. Висячие стропила опирают на коньковый узел и мауэрлат, а наслонные имеют еще одну опору на вертикальную стойку, устанавливаемую на внутреннюю сторону несущей стены.

Стропильная система шатровой крыши состоит из таких деталей:

• Мауэрлат. В качестве этого элемента используют деревянный брус, который укладывают на стену. Он служит основанием ската, а значит, от количества скатов зависит число мауэрлатов. Так как это деревянный элемент, то его нужно обработать специальными пропитками и антисептиками. Мауэрлат служит опорой для стропил и равномерно распределяет нагрузку по всему периметру несущих стен. Также можно устанавливать лежень, используемый для внутренних перегородок.
• Коньковый узел – точка, где сходятся верхние части стропил.
• Накосные стропила. Это диагональные деревянные балки, которые образовывают конек и расходятся по углам мауэрлата, образовывая, таким образом, ребра скатов. Нужно учитывать, что их длина гораздо больше, а значит и толщину нужно увеличить, чтобы они не провисали.
• Нарожники – укороченные стропила, которые являются характерной чертой шатровой крыши.
• Центральные стропила.
• Стоки – опора для конькового узла и стропильных ног в виде вертикальных брусьев, применяются лишь для наслонных стропильных систем.
• Ригеля и затяжки. В случае шатровой крыши ригель и затяжка представляют собой небольшие горизонтальные перекладины между соседними стропилами, уменьшающие распирающую нагрузку. Чем ниже располагают затяжку, тем меньше ее толщина и наоборот.
• Подкосы и подпорки – снижают прогиб стропил.
• Обрешетка – основа для кровельного материала. Если используется рулонный кровельный материал, то сооружают сплошную обрешетку из фанеры, если же кровельное покрытие выполнено из профнастила или металлочерепицы, то можно применять решетчатую обрешетку.

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:

Калькулятор взаимосвязи высоты вершины шатровой крыши и угла крутизны кровли

Укажите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать высоту вершины шатровой крыши Н"

Длина (ширина) дома, метров

Планируемый угол уклона ската кровли α (градусов)

Калькулятор позволяет решать как «прямую», так и «обратную» задачи. Например, если изначально планируется определённая высота конькового узла (например, для обустройства того или иного чердачного помещения), то, последовательно варьируя угол наклона, можно найти оптимальный именно для заданного значения высоты.

Ну а когда известны оба значения, уже ничто не помещает определиться и с кровельным покрытием. В таблице ниже приведены минимальные значения углов крутизны для кровель различных типов. Учитывая, что в некоторых источниках крутизна ската измеряется не в градусах, а в процентах или в пропорциях (отношение основания треугольника к высоте), эти показатели указаны тоже.

Минимальная крутизна ската кровли			Тип кровельного покрытия
градусы	пропорциональное соотношение	проценты
9°	1:6,6	15%	Рулонные кровельные битумные покрытия, наклеенные на мастику горячим способом –не менее двух слоев. Отдельные типы профнастила – в соответствии с рекомендациями производителя материала.
10°	1:6	17%	Шифер асбестоцементный волновой, усиленного профиля. Еврошифер – ондулин, при сплошной обрешетке.
11 ÷ 12°	1:5	20%	Черепица битумная мягкая.
14°	1:4	25%	Шифер асбестоцементный плоский, усиленного профиля. Все типы профнастила или металлочерепицы, без ограничений.
16°	1:3,5	29%	Кровля металлическая листовая, с фальцевым соединением
18÷19°	1:3	33%	Все типы волнового асбестоцементного шифера, без ограничений
26÷27°	1:2	50%	Штучное кровельное покрытие – керамическая, цементная, полимербетонная черепица, сланцевые плитки
39°	1:1,25	80%	Натуральные покрытия – щепа, дранка, гонт, камышовые крыши.

Есть нюанс – важный при выборе кровельного покрытия. Дело в том, что треугольная форма скатов больше предрасположена или к штучным, или к мягким рулонным материалам. Дело не в эксплуатационных качествах, а банально – в экономии приобретаемого покрытия. При раскрое листовых материалов (профнастила, шифера, ондулина, металлочерепицы) слишком много излишков уйдет в зарез (в отходы). Впрочем, это дело хозяев – стоимость листовых материалов часто бывает значительно ниже, и этим их применение все же может быть полностью оправдано.

Длина центральных и накосных стропильных ног

Если определена высота вершины, то есть конькового узла, то уже не составит особого труда найти «рабочую длину» стропильных ног, то есть от вершины до соединения с мауэрлатом.

Для начала – центральные стропильные ноги.

Уже упоминалось, что центральные ноги иногда не используются – вместо них с небольшим разбегом от середины симметрично устанавливается пара укороченных стропил-нарожников. Тем не менее, даже в этом случае полученная в результате расчетов величина нам пригодится – и для определения длины этих самых нарожников, и для вычисления общей площади кровли.

Вновь внимание на схему, приведенную в начале публикации. Центральное стропило, по сути, геометрически представляет собой высоту треугольного ската (апофему пирамиды), а также является гипотенузой [КЕ] прямоугольного треугольника КFE . Катеты нам известны – это половина ширины (длины) здания [ AB] и уже рассчитанная высота Н . Ничего не мешает применить теорему Пифагора

Lц = [КЕ] = √([ AB/2]² + H²)

Чтобы не повторяться впоследствии, можно сразу вывести формулу и для определения длины накосного стропила КВ.

Здесь также подойдет теорема Пифагора. Одним из катетов треугольника является та же высота Н , а вторым – гипотенуза другого равностороннего прямоугольного треугольника со сторонами, равными половине длины здания (диагональ квадрата со стороной ).

² = [ AB/2]² + [ AB/2]² = 2×[ AB/2]²

Значит, длина накосного стропила равна:

Lн = = √(2×[ AB/2]² + H²)

Калькулятор расчета длины центральных и накосных стропил шатровой крыши

Введите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать длину стропильной ноги"

Высота конькового узла Н, метров

Длина (ширина) дома, метров

Для какого стропила провести расчет?

Расчет произведен, но он учитывает только лишь «рабочую» длину стропильных ног. Если стропила будут задействованы еще и для формирования карнизного свеса, то им необходимо удлинения на определенную величину ΔL . И она, опять же, будет отличаться для стропил, идущих вдоль ската (центральных ног и нарожников – для них она одинакова), и для диагональных, накосных.

Если же формировать карнизный свес предполагается путем установки кобылок, то расчет потребуется для определения их «рабочей» длины.

черепица

Формула несложна – нам известна планируемая ширина карнизного свеса G и угол уклона ската α . Удлинение будет равно:

ΔL = G / cosα

Это удлинение будет единым для всех центральных стропил и для всех нарожников. Для диагональных (накосных) стропил оно несколько больше – но все это учтено в расположенном ниже калькуляторе:

Калькулятор определения удлинения стропил (рабочей длины кобылок) для формирования карнизного свеса кровли

Укажите запрашиваемые данные и нажмите "Рассчитать удлинение стропила (рабочую длину кобылки)"

Планируемая ширина карнизного свеса G, метров

Угол уклона ската α, градусов

Для какой стопильной ноги рассчитываем?

Общую длину заготовок, которые пойдут на изготовление стропильных ног (в случае, если они формируют карнизный свес), несложно вычислить простым суммированием L + ΔL.

Нагрузка, выпадающая на конструкцию крыши, материал для изготовления стропильных ног и шаг их установки

С длиной центральных и накосных стропильных ног определились. Теперь необходимо разобраться, какого сечения должен быть пиломатериал, идущий на их изготовление. Этот параметр напрямую будет зависеть от нагрузок, впадающих на стропильную систему.

Нагрузки можно разделить на несколько категорий:

• Статические постоянные нагрузки, обусловленные массой самой стропильной системы, обрешетки, кровельного материала, утеплителя, внутренней подшивки скатов.
• Временные нагрузки, самыми выраженными из которых являются снеговая (масса вероятных в данной местности снежных наносов) и ветровая, также с учетом климатических условий региона и особенностей расположения самого строения.
• Временные динамические нагрузки форс-мажорного характера, на случай стихийных бедствий – ураганных ветров, аномальных снегопадов или ливней, сейсмических толчков и других явлений. Предсказать все это – невозможно, поэтому конструкция просто должна обладать достаточным резервом прочности.
• Кроме того, необходимо учитывать и возможную необходимость пребывания на крыше человека – для проведения строительных или ремонтных работ, для очистки снега и т.п.

Стропила для того и необходимы, чтобы выпадающая на крышу нагрузка максимально равномерно распределялась по ним. Понятно, чем чаще они установлены, тем меньшая доля нагрузки придется на каждый погонный метр.

Сечение будет зависеть и еще от одного обстоятельства – длины пролета. Если говорить проще – то это расстояние между двумя точками опоры несущего элемента. Так, стропило может упираться только в коньковый узел и мауэрлат, то есть это будет максимальный пролет, или же иметь дополнительное усиление в виде бабок (стоек) или подкосов – об этом не зря говорилось выше.

Если рассчитать распределенную нагрузку на погонный метр стропила, и знать расстояние между планируемыми точками опоры (длину пролета), то несложно определить требуемое сечение бруса (доски, бревна) которое будет достаточным для такой системы. Для этого можно воспользоваться следующей таблицей:

Расчетная величина распределенной нагрузки на один погонный метр стропильной ноги, кг/м					Оптимальное сечение бруса, доски или бревна для изготовления стропильных ног
75	100	125	150	175	Доска или брус							Бревно
					- толщина доски или бруса, мм							диаметр, мм
					40	50	60	70	80	90	100
Длина пролета стропил между точками опоры, м					- высота доски или бруса, мм
4.5	4	3.5	3	2.5	180	170	160	150	140	130	120	120
5	4.5	4	3.5	3	200	190	180	170	160	150	140	140
5.5	5	4.5	4	3.5	-	210	200	190	180	170	160	160
6	5.5	5	4.5	4	-	-	220	210	200	190	180	180
6.5	6	5.5	5	4.5	-	-	-	230	220	210	200	200
-	6.5	6	5.5	5	-	-	-	-	240	230	220	220

Пояснение по пользованию таблицей:

Например, расчеты показывают, что на погонный метр стропильной ноги придется 150 кг нагрузки, а само стропило будет иметь свободный пролет на самом длинном своем участке (например, между мауэрлатом и подкосом) – 4.5 метра. По этим данным заходим в левую часть таблицы и находим ячейку пересечения этих параметров. Из этой строки, но уже в правой части таблицы, можно выписать все допустимые значения сечения бруса (или диаметра бревна), которые будут отвечать требованиям обеспечения необходимой прочности. В данном примере это доски или брус 60×220, 70×210, 80×200, 90×190, 100×180 или же кругляк диаметром 180 мм.

Теперь осталось выяснить, как же определить распределенную нагрузку. Сама процедура расчетов – достаточно сложная, и вряд ли есть смысл приводить громоздкие формулы, которые могут лишь отпугнуть некоторых читателей. Вместо этого, будет предложен более удобный алгоритм, завязанный на калькулятор, в котором уже учтены все основные соотношения и зависимости, и необходимо лишь правильно ввести запрашиваемые значения.

Калькулятор для определения распределенной нагрузки на стропила

Итак, для расчета калькулятор запросит следующие данные:

• Крутизна ската кровли – от этого непосредственно зависит уровень ветровых и снеговых нагрузок. Очевидно, что сем круче скат, тем меньшее значение будет иметь снеговая нагрузка, но тем больше «парусность», то есть ветровое воздействие. Значение угла ската кровли нам уже известно.
• . Различные материалы серьёзно отличаются и собственной массой, и степенью разреженности обрешетки под них.
• Следующий пункт необходим для учета снеговой нагрузки. Территория страны разделена на зоны по вероятностным объемам выпадающего снега, по данным многолетних метеорологических наблюдений. Значения запрограммированы в калькулятор, а пользователю остается лишь определить номер своей зоны по приложенной карте-схеме:

• Далее – ветровая нагрузка. Для начала следует по сходной методике определить номер зоны для своего региона, по карте-схеме, расположенной ниже:

• Для учета ветрового воздействия только номера зоны по географическому признаку – недостаточно. Необходимо правильно отнести свое строение и к соответствующей зоне, зависящей от особенностей конкретного участка строительства.

В самом калькуляторе будут даны вполне исчерпывающие признаки этого зонирования («А», «Б» или «В»), но необходимо принимать во внимание еще один нюанс. Дело в том, что указанные преграды для ветра могут приниматься в расчет, если они расположены в пределах круга с радиусом, равным 30× h , где h – это планируемая высота возводимого здания в коньке (вершине «шатра»). Например, для дома высотой 6 метров принимаются в расчет те естественные или искусственные преграды для ветра, которые находятся на удалении не более 180 метров.

• Наконец, и сама уже упомянутая высота здания h – также является исходной величиной, необходимой для расчета ветрового воздействия.
• Последним пунктом будет предложно внести планируемый шаг установки стропил на скате. Понятно, что чем чаще они устанавливаются, тем меньше будет значение распределённой нагрузки, но «увлекаться», наверное, тоже не следует, так как слишком малый шаг приведет к усложнению и утяжелению самой системы. Значит, варьируя значение шага установки, пользователь может попробовать выбрать оптимальный вариант, а затем по таблице определить требуемое сечение пиломатериалов для этого случая. Несколько вариантов дадут развернутую картину, и можно будет принимать то или иное решение.

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:

1. Сложная каркасная конструкция.
2. 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:

1. В процессе сооружения коньковой системы и стропил следует использовать одну и ту же породу дерева.
2. Промежуточные рейки должны иметь сильный уклон, поэтому их минимальный размер составляет 150х50 мм.
3. Элементы небольшой длины закрепляются к деталям стропил, которые размещаются по углам. К коньковой рейке крепить короткие детали не допускается.
4. В конструкции нужно использовать промежуточные стропильные ноги, которые размещаются в центральной части изделия. Они крепятся на коньковой рейке.
5. 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:

1. Конек должен быть несущей осью.
2. В качестве силовых компонентов стропильной системы будут использоваться накосные рейки, одна часть которых должна выступать за пределы частного дома, а другая — закрепляться на коньке.
3. Центральные стропильные ноги нужно зафиксировать на концах конька и вывести на все стенки.
4. 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:

1. Первым делом размечается ось по верхней обвязке. Размечать нужно с торцевой части здания.
2. Далее нужно рассчитать ½ толщины коньковой рейки и отметить место монтажа начального элемента системы стропил.
3. После этого планку для замера надо приложить к отмеченной линии и разметить место монтажа промежуточной стропильной ноги.
4. Размещение остальных элементов стропил нужно рассчитывать путем передвижения планки по боковой стенке и разметки местоположения каждой стропильной ноги.
5. 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.