Как сделать шатровую крышу: от расчета до монтажа

Шатровая крыша — одна из самых сложных в монтаже. Если у вальмовой кровли есть конек, пусть и немного укороченный, то у шатровой накосные и центральные стропила сходятся в одной точке — коньковом узле. Поэтому даже небольшая ошибка при монтаже стропильной системы может привести к неравномерному распределению нагрузки и большим проблемам с крышей снежной зимой. В этой статье мы расскажем, как сделать шатровую крышу и избежать таких ошибок. Во всяком случае, самых распространенных из них. И начнем с основ — с расчета кровли.

Содержание

Расчет шатровой крыши

Перед тем как делать шатровую крышу, нужно рассчитать ее стропильную систему. Даже если вы купили готовый проект коттеджа с шатровой крышей, этот расчет все равно нужен — дом может быть спроектирован под другой регион, в котором снеговые и ветровые нагрузки могут отличаться.

В первую очередь собирают все воздействующие на кровлю нагрузки. И только после этого, в соответствии с получившимся значением, подбирают сечение элементов стропильной системы и их расположение.

Сбор нагрузок

Нагрузки на кровлю могут быть постоянными и переменными.

Постоянные нагрузки

Постоянная нагрузка — это общий вес элементов кровельного пирога и оборудования, которое установлено на крыше. Чтобы узнать ее, нужно рассчитать вес на 1 м² каждого слоя кровли — от внутренней обрешетки до кровельного покрытия. Полученные значения складывают, итоговая сумма — необходимая нам постоянная нагрузка.

В теории все просто, но на практике это значит, что еще до начала расчета у вас должен быть чертеж шатровой крыши или хотя бы понимание, из каких пиломатериалов будет сделана стропильная система и с каким шагом ее элементы будут установлены. Например, при одном и том же сечении стропильные ноги, поставленные с шагом 0,8 м, дают примерно на 30% большую нагрузку на 1 м², чем стропила, закрепленные через каждые 1,2 м.

Поэтому обычно при расчете берут стандартные сечения элементов стропильной системы, типовое расстояние между ними и делают чертежи отдельных узлов шатровой крыши. Это нужно, чтобы было наглядно видно, для какой именно конструкции сделан расчет. Например, для стропил стандартные значения можно взять из таблицы ниже.

Затем рассчитывают нагрузку и проверяют, выдержит ли ее такая конфигурация крыши. Если несущая способность каркаса по типовому проекту шатровой крыши будет недостаточной или, наоборот, чересчур высокой, сечение или шаг проблемных элементов меняют и снова пересчитывают нагрузку. Так повторяют до тех пор, пока несущая способность стропильной системы не будет приемлемой.

Переменные нагрузки

К переменным относятся снеговая нагрузка и ветровое давление. Их рассчитывают по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Снеговую нагрузку S₀ считают по формуле:

S₀ =S_g·μ

Здесь S_g — табличное значение, которое зависит от снегового района.

Снеговые районы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Sg, кН/м2	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0

В свою очередь, снеговой район определяют по карте.

Второй символ в формуле μ — это поправочный коэффициент, который зависит от формы кровли. К сожалению, в самом нормативе для шатровой кровли μ не указан. Поэтому его обычно считают по правилам для двускатной крыши. Согласно им:

• µ=1 при уклоне ската меньше 30°;
• µ=0 при уклоне ската больше 60°;
• µ=(60°-α)/(60°-30°), если уклон ската 30°≤α≤60°.

Это не совсем правильно, поскольку из-за формы шатровой крыши снег с одного ската может сдувать на соседний. Поэтому для надежности полученный коэффициент µ умножают на 1,1.

Ветровую нагрузку w_m считают по формуле:

w_m = w₀·k(z_e)·c

Значение w₀ берут из таблицы ниже.

Ветровые районы	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
w0, кПа	0,17	0,23	0,3	0,38	0,48	0,6	0,73	0,85

А ветровой район выбирают по карте.

Коэффициент k(z_e) отражает высоту дома и тип местности, в которой он построен. Его выбирают в таблице ниже.

Высота ze, м	Тип местности
	А	В	С
≤ 5	0,75	0,5	0,4
10	1,0	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15
100	2,0	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,65	2,3	2,0
300	2,75	2,5	2,2

Здесь:

• А — открытая местность, на которой могут быть единичные препятствия высотой до 10 м.
• В — местность, равномерно покрытая препятствиями высотой больше 10 м. Это могут быть как здания, так и деревья, холмы, скалы.
• С — плотно застроенные участки города, в которых есть строения больше 25 м в высоту.

Аэродинамический коэффициент тоже зависит от формы кровли. Для расчета нагрузки для шатровой крыши его берут равным 0,8.

Чтобы получить общую переменную нагрузку, снеговую и ветровую нагрузки нужно сложить. Причем меньшую перед сложением умножают на понижающий коэффициент 0,9. Затем переменную нагрузку складывают с постоянной. Эту сумму и используют для дальнейшего выбора конструкции шатровой крыши и создания чертежа.

Расчет стропил

Элементы деревянной стропильной системы рассчитываются по двум нормативам: все тому же СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» и СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции». Это очень сложные для неподготовленного человека расчеты. Поэтому, если вы не сталкивались с сопроматом на практике, рекомендуем воспользоваться онлайн-калькулятором или специализированной программой.

Для тех, кто твердо решил считать шатровую крышу вручную, приведем пример расчета сечения стропил для кровли со скатами, наклоненными под углом 35°, с шагом крепления и рабочей длиной стропильных ног 0,8 м и 3,5 м, соответственно.

Сразу оговоримся, для того чтобы сделать шатровую крышу, нужно посчитать сечение только одной стропильной ноги — центральной. На эти стропила приходится максимальная нагрузка, поэтому остальные просто делают такими же.

Согласно нормативам, прогиб стропильной ноги не должен превышать 1/200 от длины прогона. То есть стропило длиной 5 м может прогибаться не более чем на 2,5 см (5/200).

Первый этап расчета — перевод нагрузки Q из единиц площади в единицы длины стропил Q_r. Делается это по формуле:

Q_r=A·Q

Здесь А — это шаг стропил в метрах. То есть если суммарная нагрузка на шатровую крышу после предыдущего этапа расчетов равна 250 кг/м², на стропила будет приходиться 200 кг/м веса (250·0,8).

Дальше под этот вес подбирают сечение стропил. Формула зависит от угла наклона скатов:

• если уклон меньше 30°, то формула принимает вид H_min=8,6·L_max·√(Q_r/(B·R_изб));
• если уклон больше или равен 30°, то H_min=9,5·L_max·√(Q_r/(B·R_изб)).

Здесь H_min — минимальная высота стропил, B — их ширина, L_max — рабочая длина, R_изб — сопротивление на изгиб материала. Для сосны его можно посмотреть в таблице ниже.

Для нашего примера возьмем доски стандартной ширины — 5 см — из сосны первого сорта. В этом случае R_изб будет равно 14 МПа или приблизительно 143 кгс/см². Рассчитаем минимальную высоту стропил для шатровой крыши:

H_min=9,5·3,5·√(200/(5·143))=17,585 см

Так как вы собираетесь сделать шатровую крышу своими руками, нужен запас прочности, поэтому для стропил лучше взять доску 200×50 мм. Проверим, вписывается ли она в условие по прогибу. Это делается по формуле:

3,125· Q_r·L³_max/(B·H³)≤1

Для нашего примера:

3,125·200·3,5³/(5·20³)≈0,67 → 0,67≤1

Неравенство выполняется, поэтому выбранное сечение и шаг стропил подходят. Если в вашем случае левая часть неравенства больше единицы, попробуйте увеличить сечение доски или уменьшить рабочую длину стропильной ноги, добавив подпорку.

Мауэрлат считается по этим же нормативам, но чаще всего его делают стандартного сечения из бруса 150×200 мм или 200×200 мм.

Как сделать чертеж шатровой крыши

Для расчета устройства шатровой крыши частного дома было достаточно примерной схемы расположения элементов стропильной системы, но для возведения кровли нужен подробный чертеж. Вот три базовых правила, которым он должен соответствовать:

• на чертеже шатровой крыши должны быть обозначены расстояния между всеми элементами (напрямую или косвенно, с возможностью расчета);
• обязательно нужно привести схемы узлов кровли;
• ●      чертеж должен быть масштабным, то есть должна быть возможность получить любой размер, просто измерив расстояние линейкой.

Вот пример правильной схемы крыши шатрового типа:

Желательно, чтобы чертежи были минимум в двух проекциях: сверху и сбоку.

Как построить шатровую крышу своими руками

Кровельный пирог шатровой кровли ничем не отличается от обычного. Для утепленной крыши монтируют слой теплоизоляции, который снизу закрывают паробарьером, а сверху — гидроизоляционной мембраной. Потом вдоль стропил набивают контробрешетку, на нее — обрешетку и, наконец, укладывают кровельное покрытие.

А вот со стропильной системой сложнее. Поэтому подробно расскажем, как правильно делать каркас шатровой крыши. Порядок действий такой:

• устанавливаем мауэрлат;
• на мауэрлат крепим балки перекрытия;
• ставим выносы;
• в центре устанавливаем вертикально стойку под коньковый узел (обычно из бруса 150×150 мм) и закрепляем ее двумя укосинами;
• ставим центральные стропила, их количество равно количеству скатов;
• крепим ветровые доски;
• устанавливаем угловые выносы;
• убираем укосины;
• устанавливаем накосные стропила;
• крепим оставшиеся выносы в углах;
• ставим стойки или подкосы для стропил, если необходимо;
• устанавливаем нарожники;
• ставим подпорки для нарожников на мауэрлате;
• крепим ригели, если они нужны.

Стропила обязательно ставятся с вырубкой (до 1/3 от высоты доски) и крепятся с помощью гвоздей и металлических пластин либо уголков. Уголки желательно брать усиленные, с выдавленным ребром жесткости по центру.

---