Конструкция и стропильная система четырехскатной крыши

Четырехскатная крыша представляет собой систему с равномерно распределенными нагрузками по всем треугольным граням и ребрам, а также по сторонам квадратного в плане основания. Это достаточно сложная в проектировании и сборке конструкция, прочность которой зависит от надежности стропильной системы четырехскатной крыши, основы для кровли.

Четырехскатная крыша висячая и наслонная

В строительной практике используются два вида стропильной системы — висячая и наслонная. Первый вариант особо сложен, его создание требует весьма точного расчета, так как вся стропильная система опирается только на наружные несущие стены. При отсутствии внутренних несущих стен стропильная система четырехскатной крыши становится крайне чувствительной к распределению нагрузок, а при необходимости ремонта потребует сложной работы и высоких затрат.

Второй вариант предпочитает большинство строителей — наслонная стропильная система имеет более простую конструкцию. Она может опираться как на внутренние стены, так и на расположенные в узловых точках столбчатые опоры. За счет такого решения можно увеличить длину наслонных стропил и получить относительно пологую крышу с углом наклона менее 40 градусов. Для получения конструкции нужной прочности раздельные опоры должны стоять на бетонных основаниях, а несущая стена должна иметь под собой фундамент.

Здесь следует оговорить важную деталь — независимо от того, какая конструкция (вальмовая или скатная) применяется для создания четырехскатной крыши, все нагрузки должны распределяться равномерно между сторонами. Ни один из скатов не рассматривается как второстепенный, опора на несущие стены обязательна. Если вы пришли к выводу о необходимости создать висячую стропильную систему, поручите расчет профессионалам. Взаимодействие частей в ней весьма специфично, возникает распирающее усилие на несущие стены, которое в наслонной конструкции компенсируется стойками и опорами.

Набор для стропильной системы четырехскатной крыши

Стропильная система четырехскатной крыши состоит из набора элементов:

• накосные стропила — диагонали, расположенные в направлении углов стен
• нарожники — укороченные скатные стропила
• подкосы и стойки — вспомогательные несущие и опорные элементы
• лежни и прогоны — горизонтальные силовые детали
• ригели — виды распоров для стропил
• шпренгели — дополнительные опоры под прогонами.
  

  Крепление элементов стропильной системы

Взаимодействие элементов наслонной стропильной системы

Накосные стропила для четырехскатной крыши опираются на мауэрлат или встроенную в него балку на несущей стене, а в качестве верхней связи используют встречные стропильные ноги противоположной стороны строения. Эти стропила имеют большую длину в сравнении с обычными, так как принимают на себя увеличенные нагрузки. При этом в конструкции присутствуют нарожники, опирающиеся на мауэрлат и диагональные стропила. Таким образом создается узел, эффективно распределяющий нагрузки по всей системе. При ширине строения более 4,5 метров стропильные ноги делают составными или многопролетными. Уменьшение длины пролета достигается за счет использования подкосов и стоек.

Особенностью наслонной стропильной системы является ее свойство безраспорности, заметно снижающее нагрузку на мауэрлат. Если в верхней части стропильной системы стропильные ноги создают нагрузку друг на друга, она становится распорной, и тогда в конструкцию следует внести ригели, чтобы скомпенсировать это распределение сил.

В отличие от наслонной, висячая стропильная система четырехскатной крыши будет распорной — на несущие стены будет действовать сумма сил, вектор которой направлен вниз и в стороны, на раздвигание стен.

Подкосы и стойки наслонной системы опираются на лежневые брусы или лежни, которые располагаются на внутренней несущей стене или на столбах-опорах. Допускается укладка лежня на перекрытие. От правильности его укладки зависит простота дальнейшего монтажа — верхняя часть лежня должна быть строго горизонтальной и выровненной. В этом случае прогоны и стойки будут одинаковой длины. Между лежнем и опорой (несущей стеной) обязательно прокладывается гидроизоляция, а выравнивание лежня производится подкладыванием деревянных брусьев-прокладок. Эти элементы должны иметь площадь, не меньшую, чем пятно контакта лежня с опорой или несущей стеной.

Сечение лежня — важный параметр, влияющий на прочность конструкции. При укладке лежней на столбчатые опоры необходимо использовать брус сечением 10 х 15 сантиметров. Высота бруса может быть уменьшена при укладке на несущую стену. Допускается отказ от лежня — в этом случае вместо подкосов стропильной системы используются схватки, связывающие основания стоек.

Прогон — опорный элемент конструкции стропильной системы четырехскатной крыши, расположенный на расстоянии примерно 4,5 метров от внешней несущей стены, параллельно ей. На эту балку опираются стропила, что создает эффект оптимального распределения сил в системе. Для использования прогона требуется наличие прочной опоры, связанной с фундаментом — столба или несущей стены.

Основной опорой для всей наслонной системы остаются внешние несущие стены — это венцы рубленой конструкции или мауэрлат кирпичной стены. В каркасных строениях из дерева эту роль играет верхняя обвязка.

Особенности и порядок монтажа четырехскатной стропильной системы

При формировании стропильной системы четырехскатной крыши требуется неукоснительно соблюдать ряд правил.

1. Основу системы — накосные стропила — изготавливают из материала удвоенного сечения по сравнению с прочими элементами.
2. Составные накосные стрпила сращиваются в верхней четверти, там, где они испытывают максимум нагрузки. Места сращивания оборудуются вертикальными стойками и подкосами, направленными под прямым углом к стропилам.
3. При подготовке стропил необходимо оставлять запас по длине.
4. Наиболее нагруженные узлы и соединения укрепляют с помощью проволочной скрутки или сквозным крепежом с металлическими элементами.
5. В наслонной системе не предусматривается возникновение распорной нагрузки на несущие стены, поэтому в местах соединения с мауэрлатом, обвязкой или венцами несущих стен стропильные ноги обрезаются так, чтобы плоскость оказалась горизонтальной. Врезка стропильных ног в мауэрлат (брус) нежелательна.
6. Любые соединения и сращивания частей стропил оборудуются стойками или подкосами. Для стягивания мест соединения рекомендуется использовать металлические болты диаметром не менее 12 миллиметров.

Стропильная система четырехскатной крыши не может быть собрана своими руками без опыта, точного расчета и надежных грамотных помощников. Непременным условием ее прочности и долговечности остается соблюдение соотношений между сечениями, надежность соединений и строгое следование порядку и технологии монтажа.

При монтаже стропильной системы обязательно соблюдение следующих требований:

• первой операцией должен быть монтаж мауэрлата с обеспечением надежного прикрепления к несущим стенам строения;
• одновременно с монтажом мауэрлата следует сделать разметку частей стропильной системы;
• вторая операция — выведение и установка конькового бруса с точным ориентированием в пространстве и симметрией плоскостей. Нарушение симметрии в двух плоскостях приведет к перекосу стропильной системы и ее быстрому разрушению;
• третья операция — крепление стоек к коньковому брусу с помощью укосин, после чего переходят к монтажу стропильных ног закладке свеса, который рассчитывается с учетом местных климатических условий, преобладающих ветров и интенсивности осадков;
• на следующем этапе формируется основа скатов, их монтаж с установкой промежуточных стропильных ног и нарожников (полуног);
• важно соблюдать расположение всех частей системы в единой плоскости и симметрию конструкции — это основа ее прочности и долговечности.
  

  Элементы стропильной системы

После завершения монтажа стропильной системы четырехскатной крыши переходят к формированию обрешетки под кровлю из досок и бруса.

Монтаж этого вида крыши “на глазок” не производится. Ее формируют либо мастера с большим практическим опытом, либо делают расчеты профессиональные проектировщики, так как любая ошибка или неточность могут привести к опасным перекосам. В системе стропил очень важно равномерное распределение усилий, которое может нарушиться при несовпадении плоскостей стропил, неравной длине стоек или смещении конькового бруса. Основная тяжесть конструкции распределяется между несущими наружными стенами и внутренними опорами — стенами или столбами на бетонных основаниях.