Особенности стропильной системы четырехскатной крыши

Крыши с четырьмя скатами при всей своей привлекательности имеют сложную конструкцию и технологию монтажа, при покрытии ими жилых домов работы по проектированию и установке должны выполнять специалисты.

Самостоятельное возведение возможно лишь при наличии грамотного проекта, учитывающего все детали до мелочей. 

Устройство каркаса

Стандартный каркас таких крыш включает мауэрлат, коньковый прогон, диагональные и рядовые стропила, нарожники и подкосы. В зависимости от способа крепления стропил и сложности, конструкция усиливается лежнем, вертикальными опорами, шпренгельными фермами, затяжками и аналогичными элементами. 

Опорная балка

Функции нижней опорной балки для всех четырех скатов кровли выполняет мауэрлат, надежно привязанный к стенам из блока или кирпича, или верхний венец деревянных срубов. В домах со стенами из материалов с высокой пористостью или низкой прочностью на изгиб (газо- и пенобетон, арболит, ракушечник, теплая керамика) под мауэрлатом обязательно закладывается монолитный разгрузочный пояс, отделяемый от пиломатериалов гидроизоляционной отсечкой.

С учетом высоких ожидаемых нагрузок (опорный брус воспринимает и перераспределяет вес всего каркаса, пирога и снежного покрова) данный элемент выполняется цельным, замкнутым по периметру и максимально прочным. Минимальное сечение мауэрлата составляет 100 мм, рекомендуемый шаг крепления не превышает 80-100 см.

Обычная привязка проволокой не допускается, мауэрлат под четырьмя скатами фиксируется с запасом на выдержку распорных усилий от стропил. 

Накосные элементы

Формирующие скаты и наклон крыши, длинные диагональные стропила устанавливаются сдвоенными или имеют сечение от 100-150 мм. Их верхние концы упираются друг в друга при шатровом исполнении крыши или в край конькового прогона при вальмовом. Для обеспечения нужного примыкания они обрезаются под выбранным углом заранее и фиксируются гвоздями и перфорированными пластинами. 

С учетом ограничения длины у стандартных пиломатериалов в 6 м и требуемого запаса в 5-10% по длине для обеспечения качественного крепления, диагональные ноги часто приходится сращивать. Сращиваемый участок размещают в верхней части, испытывающей максимальные нагрузки и дополнительно подпираемой подкосами или вертикальными стойками. 

Коньковый брус

Верхняя горизонтальная продольная балка, образующая стык фасадных трапециевидных скатов, размещается строго по центральной оси крыши, с равным удалением от несущих стен.

В висячих конструкциях одиночный конек не имеет дополнительной поддержки, правильно рассчитать такой каркас четырехскатной крыши могут только профессионалы.

В остальных случаях конек опирается на вертикальные стойки и лежень, привязываемый к внутренним несущим перегородкам или мауэрлату. 

В домах с жилыми мансардами стропильная система четырехскатной крыши может иметь два коньковых прогона, по аналогии – равноудаленных от центральной оси, друг друга и боковых стен. Такие конструкции лучше продуваются, но более сложны в расчете и монтаже. 

План обустройства несущей конструкции

Остальные элементы остова (рядовые стропила и формирующие углы скатов нарожники) выпиливаются по шаблону из досок или бруса с сечением от 50 мм (от 30 – для нарожников) и размещаются с равным интервалом друг от друга. Нижний край опирается на мауэрлат, верхние соединяются между собой, опираются на конек или диагональные стропила.

Именно рядовые стропила и нарожники удерживают утепляющую прослойку кровельного пирога и обрешетку, перераспределяя вместе с ней весовые нагрузки по всей площади скатов. Также они формируют карнизные свесы, впоследствии подшиваемые с возможностью доступа свободного воздуха для вентиляции кровли. 

Усиливающие элементы

Все зависимости от типа стропильной системы диагональные ноги каркаса всегда усиливаются в зонах максимальных нагрузок. При длине стропилины в пределах 7,5 м для этих целей достаточно 1 подкоса, монтируемого под углом в пределах 45-53° с упором в верхнюю часть ноги.

При длине в пределах 7,5-9 м накосная стропилина вдобавок усиливается шпренгельной фермой, размещаемой в углу, на высоте в пределах четверти длины балки. При длине более 9 м каркас укрепляется вертикальной стойкой, подпирающей центр. 

При высоких рисках распирания стен каркас стягивается затяжками – горизонтальными балками, стягивающими стропильные пары и фиксируемые на мауэрлате. Эти элементы чаще встречаются в системах с висячими стропилами. Помимо этого, для усиления конструкции часто используются деревянные бруски и доски, набиваемые на нагружаемые узлы или участки.

Примером служит прибоина или шпренгель, дополнительно соединяющие обычные стропила в верхней части каркаса с двумя коньковыми прогонами, деревянные брусочки в местах фиксации нарожников или ветровая балка. 

Схемы и чертежи

Основные различия проявляются в наличии коньковых прогонов у вальмовых видов крыш и его формальном отсутствии у шатровых. У первых площадь и форма фасадных и вальмовых скатов отличаются, у вторых – 4 одинаковых ската сходятся вверху в одной точке. 

Схема стропильной системы вальмовой кровли:

Чертеж стропильной системы шатровой крыши:

Не менее важным отличием является способ крепления стропил. В зависимости от этого критерия выделяют конструкции с висячими стропилами, не имеющими опор в центральной оси, и наслонными – с как минимум двумя вертикальными стойками, опирающимися на лежень.

Первые большей частью собираются внизу и дополнительно стягиваются затяжками. Вторые считаются более простыми, дешевыми и надежными (особенно при больших объемах каркаса или рисках разрушения стен под действием распорных нагрузок), но их преимущества проявляются прежде всего в домах с центральными внутренними перегородками.

В остальных случаях лежень крепится к мауэрлату или реализуются другие способы поддержки вертикальных стоек. 

Отдельного упоминания заслуживают схемы каркасов с двумя коньковыми прогонами, преимущественно выбираемые при заложении под четырехскатной крышей жилой мансарды:

К составлению схемы для конкретной кровли приступают после сбора нагрузок и получения информации о несущих конструкциях. При этом последовательно определяется уклон крыши, высота вертикальных опор и конька, длина карнизного свеса, форма и площадь скатов. Собранные данные используются при составлении подробного чертежа, учитывающего сечение и точки расположения всех узлов и выполняется ориентировочный расчет материалов. 

Способы и этапы монтажа

При сборке каркаса выполняются следующие работы:

1. Выполняются работы по подготовке основания и фиксации опорного бруса по периметру дома. Соответствующие анкеры или штыри закладываются в верхней части или армопоясе еще на этапе их заложения, между древесиной и другими материалами всегда размещается как минимум 2 слоя гидроизоляции. 
2. На несущие перегородки укладывается лежень (при наличии).
3. С помощью лазерного уровня и отвесов фиксируются вертикальные стойки.
4. Поверх монтируется коньковый прогон.
5. Каркас обшивается рядовыми стропилами, выпиленными по проверенному шаблону. 
6. Проводится тщательная проверка уровня и размеров элементов, при необходимости – с их подгонкой. 
7. Диагональные стропила выпиливаются по другому шаблону с запилом в верхней части от 45 °.
8. Выполняется крепление нарожников.
9. Формируется плоскость карнизного свеса, при необходимости – с наращиванием стропил и нарожников кобылками. 
10. Конструкция укрепляется подкосами, шпренгельными фермами и другими элементами. 

Важно: все возможные ошибки установки каркаса устраняются до начала настила обрешетки и кровельного пирога. Способы привязки элементов и тип крепежей вбираются заранее, при ведении работ своими силами – после согласования со специалистами. 

На нашем сайте есть подробные публикации о строительстве четырехскатной кровли своими руками, в том числе, для дома с мансардой и беседки.

Диагональные стропила

Нагрузка на эти элементы в 1,5-2 раза выше, чем у рядовых стропил, экономия при выборе пиломатериалов при их монтаже недопустима.

Большинство специалистов рекомендуют не искать достаточно толстый цельный брус, а делать их сдвоенными с целью улучшения показателей прочности на изгиб.

Это же относится к длине элементов – качественные доски нужной длины обходятся в разы дороже срощенных пиломатериалов с сечением в 50 мм. 

Две цельные доски просто сшиваются гвоздями нужной длины, забиваемыми в шахматном порядке с шагом не более 50 см. Сращивание пиломатериалов выполняется с помощью квадратных вставок-вкладышей и гвоздей, забиваемых 2-3 рядами. 

Опирание диагональных ног

С привязкой накосных стропил к мауэрату как правило проблем не возникает, элемент просто подрубается по горизонтали и фиксируется гвоздями и/или уголками. С верхней точкой сложнее, малейшие ошибки при подрезке приводят к перекосам или расхождению.

Способ крепления выбирается исходя из типа каркаса:

• При шатровом исполнении стропила рекомендуют крепить к заранее вырезанному из цельного бруска восьмиугольнику.
• В системах с одним коньковым прогоном диагональные ноги опираются на консоли с 10-15 см запасом и последующей подрезкой излишков. 
• При изготовлении стропил из бруса и каркаса с двумя коньками узел усиливается прибоиной. 

Как крепить нарожники и полуноги?

Укороченные стропила короткой части трапециевидных скатов (полуноги) и вальмовые нарожники фиксируются разными способами:

• гвоздями с длиной 82 мм (по 2-3 шт. на каждую точку крепления); 
• тоже, после вырезания выемки с глубиной не более половины сечения нарожников;
• гвоздями с дополнительным укреплением деревянным брусом с сечением 50x50 мм. 

Первый способ признан самым быстрым и простым, второй – сложным в исполнении, но максимально надежным, последний – оптимальным по затраченным усилиям и результату. 

Способы крепления нижних концов стропил

Нижние концы ног фиксируются:

• Скользяще, с помощью уголков и пластин, независящих друг от друга и остающихся слегка подвижными.

  Такой способ позволяет свести к минимуму распорные нагрузки, но обходится дороже из-за большого числа крепежей. 

• Жестко, с вырезом выемок (рекомендуется при планировании длинного свеса) или с закладкой подшивного бруска. Второй вариант признан самым простым и надежным, но компенсировать нагрузки легким смещением такая система не будет. 

Отличия для разных типов кровли

С учетом угловой формы скатов для покрытия таких крыш лучше подходят мелкоштучные или мягкие виды кровельных материалов. Каркас конструкции рассчитывается с учетом их конкретного веса, но проектируется по общим требованиям, вне зависимости от выбранного покрытия. Разница проявляется в типе обрешетки – под мягкие кровли она закладывается сплошной, под остальные виды – разряженной, с учетом рекомендаций производителя. 

За редкими исключениями пространство под кровельными покрытиями делают продуваемым, с поступлением свежего воздуха через карнизы и выводом в верхних точках крыши.

В системах со сплошными обрешетками обеспечить полноценную вентиляцию пирога помогают точечные аэраторы (от 1 шт. на 100 м2 крыши) и устройства для забора воздуха, монтируемые чуть выше основания скатов. 

Заключение

В заключение стоит добавить, что оптимального типа стропильной системы четырехскатной крыши не существует. При правильном подходе способ крепления стропил, интервал и сечение элементов каркаса, включая укрепляющие выбираются после учета всех факторов влияния.