Шатровая крыша: расчет, особенности стропильной системы, выбор размеров кровли и изготовление стропил, порядок возведения

В данной статье будет рассмотрена шатровая крыша – конструкция, расчет и устройство стропильной системы.

Шатровая крыша представляет собой четырехскатную конструкцию, основанием которой является четырехугольник, от которого к верхней центральной точке сходятся четыре равнобедренных треугольника. Такое устройство крыши позволяет сэкономить на строительных материалах, поскольку не требует обустройства фронтонов. Внешний вид кровли при этом остается достаточно привлекательным и эстетичным.

Конструкция шатровой крыши может быть изготовлена самостоятельно независимо от типа здания, хотя наилучшим вариантом является строение с квадратным основанием.

Устройство шатровой крыши является довольно сложной системой и требует наличия у застройщика определенных знаний и навыков. Перед тем, как начинать возведение такой крыши, следует тщательно и грамотно выполнить все необходимые расчеты.

Расчет шатровой крыши

Шатровая крыша включает в себя четыре ската, являющихся по форме равнобедренными треугольниками. В случае, если основание крыши имеет квадратную форму, для расчета площади кровли достаточно посчитать площадь одного ската и умножить на четыре.

Если же в основании лежит прямоугольник, то первым делом необходимо рассчитать сумму площадей двух отличающихся прямоугольников, после чего умножить ее на два.

Площадь ската, являющегося равнобедренным треугольником, вычисляется по следующей формуле:

S = 2 x (bxh),

где S – площадь ската, b–длина основания треугольника, h–его высота. После этого следует также рассчитать площади свесов карнизов, которые представляют собой равнобедренные трапеции. Для этого умножают высоту данной фигуры на половину суммы длин ее оснований.

При этом устройство крыши шатровой предусматривает два варианта выполнения расчетов:

1. Используя высоту конька, а также длину всего основания крыши;
2. Учитывая длину диагональной стропильной ноги и длину периметра основания.

Кроме того, следует также учитывать различные дополнительные элементы, которые включает в себя крыша шатровая:

• Диагональные (накосные) стропила);
• Нарожники;
• Стойки;
• Мауэрлат;
• Бруски опорные;
• Лежни и т.д.

Приведем пример самостоятельного расчета площади шатровой крыши с учетом перечисленных данных:

• Размеры здания составляют 6х6 метров;
• Высота конька равна 2,97 м;
• Длина диагональной ноги стропила составляет 5,21 м;
• Угол уклона скатов – 35°;
• Ширина свеса карниза равна 60 сантиметров.

Согласно первому варианту расчета рассчитаем длину высоты треугольника: для этого используется теорема Пифагора:

h² = a² – (b/2)² = (5,21)² – (6/2)² = (4,24)² м,

где h – высота треугольника, a–длина ската, b–ширина основания. Далее по формуле можно рассчитать площадь одного ската в форме треугольника, которая будет равна 12,72 квадратного метра.

В связи с тем, что основание, на котором возводится шатровая крыша,представляет собой квадрат, сторона которого составляет 6 метров, полученную площадь следует умножить на 4, в результате получим общую площадь скатов, составляющую 50,88 квадратных метров.

Далее следует рассчитать площадь свеса карниза. Длина меньшего основания трапеции уже известна, она составляет шесть метров. Вычисление длины второго основания производится с помощью довольно простых формул, используемых для трапеций.

В результате расчетов получено значение длины, составляющее 7,04 м, а площадь будет равна 4,76 м². Для вычисления общей площади свесов, так же как и в случае самой крыши, следует умножить полученную площадь на четыре.

Общая площадь шатровой крыши вычисляется путем сложения полученных площадей и равна 50,88 + 4,76х4 = 69,91 м².

Стропильная система

После выполнения расчета площади крыши переходим к расчету элементов конструкции, из которых состоит стропильная система шатровой крыши.

Здесь следует учитывать, что для шатровых крыш могут использоваться два варианта системы стропил – висячая и наклонная, выбираемые в зависимости от типа крепления:

1. Самостоятельный монтаж висячей системы является довольно сложной процедурой, а ее ремонт своими руками может занять достаточно продолжительное время.
   Данный тип конструкции чаще всего применяют, если в здании отсутствуют внутренние стены и точки опоры стропил находятся только на несущих стенах здания.
2. Второй вариант, используемый, когда возводится шатровая крыша – стропильная система наслонная, отличающаяся более простой процедурой монтажа и низкой стоимостью изготовления.
   Для строительства такой конструкции требуются средняя несущая стена и промежуточные столбчатые опоры, установленные на основании из железобетона.
   Наибольшее распространение данная система получила при возведении четырехскатных кровель, уклон которых превышает 40°.

Рассмотрим подробнее основные элементы, которые включают в себя шатровые крыши, возводимые самостоятельно:

• Направленные с строну углов стен накосные стропила – стропила, опирающиеся одним концом на мауэрлат, а другим – на ноги стропил.
  Данный элемент несет довольно существенную нагрузку, поскольку на него опираются нарожники;
• Нарожники и крыша – укороченные многопролетные ноги стропил;
• Стойки и подкосы, используемые в качестве опоры для стропильных ног;
• Ригели, применяемые в случае упора ног друг в друга в районе конька;
• Лежни, укладываемые на внутренней стене либо на специальных столбиках из кирпича и выполняющие функцию опоры для стоек и подкосов;

Важно: минимальное сечение столбиков для опоры лежней составляет 10х15 см, а под самими лежнями в обязательном порядке следует уложить гидроизоляцию (рулонную).

• Прогоны – расположенные параллельно мауэрлату балки, монтаж которых зависит от того, какая конструкция выбрана для перекрытий и стен, т.е. от того, есть ли возможность опереть их на что-либо;
• Шпренгели, представляющие собой дополнительные опоры под конструкцию шатровой крыши. Чаще всего изготавливаются из бруса или бревен.

В зависимости от того, какой материал выбран для строительства дома, его система стропил под шатровую крыш может опираться на следующие элементы:

• В деревянных каркасных зданиях – верхняя обвязка;
• В каменных и кирпичных домах – мауэрлат;
• В случае срубов – верхние венцы.

Выбор размеров крыши и изготовление стропил

Такие элементы, как стойки, система стропил, подкосы, ригели и другие, несущие на себе существенный вес, изготавливаются из как можно более качественной древесины, на которой не должно быть сучков.

Дерево необходимо как следует высушить, проследив за тем, чтобы на нем отсутствовали трещины, глубина которых превышает 1/4 длины целого бруса.

Полезно: наиболее целесообразно для монтажа данных элементов использовать древесину хвойных пород, обладающую достаточной прочностью и устойчивостью к различным динамическим и механическим воздействиям на кровлю.

Стропила, на которых возводится шатровая крыша, могут быть составными или спаренными:

• Составные стропила включают в себя две доски, которые раздвигаются на расстояние, равное толщине вкладыша (1-2 высоты доски).
  При этом следует учитывать, что расстояние между отдельно взятыми вкладышами может достигать семикратного значения высоты самой доски, а в верхней части может быть установлена одинарная деревянная доска.
• Спаренные стропила изготавливают из досок, между которыми не должно быть просветов. Обычно данный тип стропил применяется в процессе изготовления диагональных накосных элементов наравне с брусьями и бревнами.

На сечения отдельно взятых стропил может оказывать влияние целый ряд факторов:

• Шаг стропил;
• Угол наклона крыши;
• Снеговая нагрузка;
• Размер пролета и т.д.

Рассмотрим также значения основных параметров, используемых при возведении шатровой крыши:

• Длина ног стропил менее 3 метров: шаг стропил составляет от 110 до 135 см, толщина и ширина доски – 10 и 8 см, диаметр бревна – 10 см;
• Длина ног стропил – от 3 до 4 метров. Шаг стропил – от 140 до 170 см, толщина и ширина доски – 9 и 10 см, диаметр бревен – 15 см;
• Длина ног стропил – от 4 до 5 метров. Шаг стропил – от 110 до 135 см, толщина и ширина доски – 8 и 20 см, диаметр бревен – 20 см;
• Длина ног стропил – до 6,5 м. Шаг стропил – от 110 до 140 см, толщина и ширина доски – 12 и 22 см, диаметр бревна – 24 см;
• Размеры материала для изготовления прогонов: бревно диаметром 16 см или брус сечением 10х5 см;
• Размеры материала, используемого для изготовления мауэрлата: диаметр бревна – 12 см, сечение бруса – 10х5 см;
• Материал, применяемый для подкосов, ригелей и стоек: диаметр бревна составляет 12 см, сечение бруса равно 10х5 см.

Важно: при этом необходимо стыковать нарожникивразбежку, а длина всех стропильных ног должна быть одинаковой.

Угол наклона шатровых крыш чаще всего составляет 40-60°, но в зависимости от выбранного кровельного материала значение может быть немного другим:

• Угол наклона для черепицы – 30-60°;
• Для листовых и асбестоцементных материалов – 14-60°;
• При покрытии рулонными материалами – от 8 до 18°.

Порядок возведения шатровой крыши

Условно процесс строительства шатровой крыши можно разделить на несколько основных этапов:

1. Проектирование и расчет крыши;
2. Выбор и приобретение необходимых материалов с соответствующими размерами и характеристиками;
3. Укладка опорного бруса (мауэрлата) под ногами стропил или на всю длину дома:

• • В случае кирпичного дома мауэрлат желательно положить по внутренней поверхности стен, а между ним и стеной прокладывают гидроизоляционный материал, например – рубероид, и монтируют решетку, предотвращающую провисание ног стропил;
  • В случае деревянного дома роль мауэрлата можно отвести верхней части сруба.

4. В верхней части стропильной конструкции параллельно опорному брусу располагают прогон (опорную балку), подпирающую стропила.

Важно: расстояние между мауэрлатом и прогоном не должно превышать 4,5 м.

5. Монтируют раскосы, подкосы и диагональные связи в скатах шатровой крыши для сопротивления ветровым нагрузкам со стороны фронтонов;

Полезно: диагональные связи обычно выполняют из досок 25-45 см и прибивают к основе ноги стропила.

6. Выполняют утепление шатровой крыши путем укладки паро- и гидроизоляционного, а затем – кровельного покрытия.

В данной статье приведены особенности конструкции, основные параметры и способы расчета шатровой крыши, а также значения основных показателей, применяемых при ее строительстве. Использование полученных из статьи знаний должно существенно облегчить процесс возведения шатровой крыши своими руками.