Устройство конька вальмовой крыши — назначение, расчет высоты и длины, монтаж
Конёк замыкает на себе всю стропильную систему вальмовой крыши.
Назначение конька — закрытие щели на верхушке крыши между скатными плоскостями. По сути, он является венцом деревянного каркаса кровли.
От правильности его установки зависит несущая способность и долговечность 4-х скатной кровельной конструкции.
Что такое коньковый брус?
Коньковый брус – это элемент стропильной системы, который объединяет все 4 ската кровли в одну конструкцию. Коньковый прогон выстраивает узлы опирания накосных стропильных ног и рядовых стропил в единую прямую линию.
Конек изготавливают из цельного или клееного бруса. Последний обладает большой прочностью, и его применяют в домах с пролётом между стен от 12 метров и более.
Внимание! Брус должен соответствовать высшему сорту. Сухая древесина не должна иметь больших и гнилых сучковых образование, трещин и осевой (винтовой) деформации. Балку перед монтажом обязательно пропитывают антисептиком.
При пролёте перекрытия дома 6 метров в качестве конька могут быть использованы сдвоенные доски сечением 150 х 20 мм или брус 50 х 50 мм. При пролёте 12 м и более коньковый прогон делают из бруса сечением 100 х 100 мм или 100 х 150 мм.
Устройство в зависимости от типа вальмы
Коньковая балка может служить висячим соединительным элементом, который равномерно распределяет нагрузку от кровли через накосные и рядовые стропила на мауэрлат, уложенный по периметру внешних стен дома.
Обычно такая конструкция стропильного каркаса применяется в домах с пролётом перекрытия до 6 метров, когда вальмы и боковые скаты имеют небольшие размеры.
Когда нужно перекрывать стропильной системой пролёты 12 метров и более, устанавливают несущую рамную опорную конструкцию. Она представляет собой четырёхугольник, где верхняя балка служит коньком, а нижняя центральным ригелем. Боковые стойки замыкают всю конструкцию. Таким образом, при пролете более 12 м конёк является несущим элементом, который часть нагрузки передает через стойки на ригель, опирающийся концами на мауэрлат.
При наличии внутренней центральной стены, на неё сверху укладывают лежень (внутренний мауэрлат), на котором в свою очередь закрепляют ригель. Такое решение позволяет значительно разгрузить вальмы и трапециевидные скаты больших размеров при пролётах зданий от 12 метров и более.
Расчет оптимальной высоты
Высота конька в существенной мере влияет на величину всех четырёх скатов, а это в свою очередь ставит в зависимость количество расходных материалов. Чем выше конёк, тем больше понадобится материалов, тем дороже обойдётся застройщику вальмовая крыша. Найти оптимальный параметр поможет только точный расчёт высоты крыши.
Высота конькового прогона напрямую зависит от величины угла наклона кровли, который в свою очередь привязан к нормативной снеговой нагрузке. Чтобы определить оптимальный угол наклона кровли, застройщик обращается к СНиПу 2.01.07-85. По карте находят район строительства дома и соответственно по таблице находят нормативную снеговую нагрузку. Каждому нормативу соответствует рекомендуемый угол наклона кровли.
Для расчёта выполняют чертёж поперечного разреза вальмовой крыши, где:
Алгоритм расчёта высоты можно представить следующими формулами:
В формулу подставляют реальные значения тангенса угла «А» и длины пролёта дома. В результате вычисляют высоту конька – Нк. Умножив высоту конька на синус «А», получают длину рядовой стропильной ноги.
Как рассчитать длину?
Этот размер конькового прогона тоже напрямую связан с углом наклона кровли. Для определения длины верхней балки стропильного каркаса вальмовой крыши нужно выполнить чертёж разреза вальмовой кровли вдоль оси конька.
На чертеже получится трапеция, у которой верхняя сторона – сам конёк, а основание – ширина фасадной стены. Нижние углы равны расчётному углу наклона кровли.
Если из вершин фигуры опустить перпендикуляры на основание, то получаться два прямоугольника, где противоположный катет углу наклона «А» – это высота крыши Hк. Умножив высоту на tg «A», получают два отрезка, которые нужно отнять от длины основания трапеции. Полученный отрезок будет равен длине конька.
Справка. Для определения расчётных параметров стропильного каркаса вальмовой крыши, в том числе конька, можно обратиться к одному из онлайн-сервисов. В Интернете выбирают калькулятор и заполняют исходными данными окна сервиса. На выходе получают искомые значения.
Установка и крепёж
Коньковый брус перед монтажом обрабатывается пропитками, защищают от отрицательного влияния внешней среды с помощью гидроизоляции стыков, монтажа вентзазоров.
Существует несколько способов соединения стропил на коньке:
Для защиты конькового бруса снаружи применяются коньковые планки из оцинковки или стройматериала, накрывающего кровлю.
Для упрощения установки деталей внешней защиты конька, вверху скатных поверхностей укладывается более широкая (или сплошная) обрешетка.
Основные особенности установки заключаются в том, что для начала нужно монтировать крайние детали коньковой отделки и натянуть между ними веревку. По этому ориентиру устанавливаются оставшиеся коньковые детали.
Нужно следить за качеством закрытия стыков, чтобы в них не попадали атмосферные осадки, и не задувал ветер.
Внимание! От верхнего края скатной плоскости до края кровельного покрытия расстояние должно быть до 7 см. Если зазор больше 7 см, его защищают коньковыми планками с расширенными боковыми лопастями.
Для герметизации стыков можно использовать различные составы:
Ошибки и рекомендации по строительству
По разным причинам возникают ошибки при возведении стропильной системы вальмовой крыши. Вот самые распространённые промахи, сделанные на монтаже конькового прогона.
Заключение
Конёк вальмовой крыши является самым важным элементом всей стропильной системы вальмовой крыши. Ни в коем случае не стоит экономить на выборе бруса для изготовления конькового прогона. Если не хватает собственного опыта в возведении стропильного каркаса, то лучше пригласить специалистов.
Устройство и изготовление стропильной системы крыши
Стропила — традиционный способ обустройства кровли. Они собираются из удлинённых деревянных брусьев, которые обычно имеют уклон от центральной балки конька.
Стропильная система обязательно соединяется с внешними стенами строения.
Возведение крыши с использованием стропил представляет собой сооружение деревянного каркаса, каждая часть которого тщательно измеряется и отрезается по размерам, после чего стягивается под нагрузкой.
Устройство деревянного каркаса кровли
Если вкратце, то стропила используются для поддержки сооружения крыши и её кровельного настила. Если вы строите новый дом, гараж или техническую/хозяйственную пристройку к уже существующему зданию, то одно из важнейших решений, которые приходится принимать, — это выбор способа поддержки кровли. Во многих случаях оптимальным решением будет установка стропил.
Стропильная система включает в себя:
Во многих случаях стропильные конструкции эффективнее ферм. Основные преимущества:
Важно: стропильная система разрабатывается под конкретное планировочное решение дома (как правило, небольших размеров).
Виды стропил
Поскольку стропила определяются как наклонные элементы кровли, то основная часть каркаса строится в соответствии с выбранным типом крыши. Кровельные стропила — это элементы кровли, поэтому они подразделяются на горизонтальные и наклонные.
Размеры стропил зависят от геометрических характеристик кровли. Низ опирается на раму, которая является связующим звеном между стеной и крышей. Верх (конёк) крепится к наклонным элементам одним из множества способов, определяемых типом кровли – скобами или гвоздями.
По расположению, форме и размерам стропила бывают:
Для обеспечения необходимой жёсткости сечение продольных брусьев должно быть развёрнуто в положение «на ребро».
Встречаются также и комбинации все вышеперечисленных типов.
Требования к опоре
Общие технические требования к деревянным элементам, используемым при строительстве гражданских зданий и сооружений, приводятся в ГОСТ Р 56705-2015. Они в полной мере касаются и стропил.
Выбор конструкции и геометрических размеров досок и брусьев проводится с учётом толщины стен, угла скатности крыши, высоты объекта и его архитектурного дизайна. В расчёт принимается также долговечность крыши и её стойкость от перепада внешних температур, интенсивности осадков и ветровых нагрузок.
Важно: на завершающем этапе обязательно учитывают также вопросы эксплуатационной безопасности сооружения.
К правилам, применяемым при строительстве крыши со стропилами, относятся:
ГОСТ Р 56705-2015 предусматривает определённые требования к мауэрлатам (опорным конструкциям наклонных брусьев), к самим брусьям, доскам рамы и подкосам. Они касаются несущей способности элементов, их влажности, допускаемых напряжений, несущей способности и т.п.
Типы конструкций и их чертежи
Стропильные системы отличаются типом устройства в зависимости от разновидности крыши. К основным типам каркасов относят наслонные, висячие и шатровые виды.
Висячие
Находят применение при возведении многоуровневых крыш. Представляют собой структурные элементы крыши на пересечении двух поверхностей, которые образуют раму. Такие стропила идут от конька к углам стен, поддерживающих кровельное покрытие. Характеризуются закреплением только по двум точкам, среднее поддерживающее звено отсутствует.
Могут быть горизонтальными и наклонными, иметь промежуточные горизонтальные брусья.
Несущая способность висячих стропил невысока, поэтому их используют при строительстве домов малых размеров, пристроек, оранжерей. Однако простота конструкции и отсутствие многих элементов, обязательных для установки в стропильных системах иных типов, обеспечивают малую трудоёмкость работ и экономию по номенклатуре приобретаемых пиломатериалов.
С другой стороны, малое количество точек закреплений налагает повышенные требования к прочности соединительных элементов.
Наслонные
Характеризуются наиболее традиционным использованием составляющих элементов. Используются в основном для создания двускатной крыши. Этот тип начинается от внешней стены и продолжается до коньковой доски. Размеры составляющих элементов определяют высоту крыши и уровень размещения коньковой доски. В зависимости от ширины строения может понадобиться дополнительная опора, которая располагается по продольной оси симметрии.
Разновидностью наклонных стропил являются вальмовые, угол ската которых составляет 450. Вальмовые стропила устанавливают на угол стены или фундамента и доводят до коньковой доски. Этот тип используется для отделки конца крыши, где она встречается с торцом здания.
Шатровые
Готовятся под крышу, у которой все четыре стороны наклонены вниз от вершины под одинаковым углом. У шатровых стропил нет фронтона или плоского торца. Характеризуются простотой возведения, поскольку все стены имеют одинаковую высоту.
Существует несколько типов и стилей шатровой системы:
При строительстве вполне вероятно, что для завершения строительства кровли может быть реализована комбинация нескольких типов стропил.
Требования к материалам
Типы древесины, используемые для строительства, зависят от их доступности в данной местности. Но, как правило, для изготовления используются три основных вида древесины: ель, желтая сосна и красный кедр. Эту древесину можно укрепить путем нанесения клея или ламинированием более тонких частей, склеенных вместе, чтобы сформировать брус увеличенного, против стандартного, размера поперечного сечения.
Перед применением брусья тщательно просушивают: влажность пиломатериала не должна превышать 20%.
Важно: допустимо применение планок из клееного шпона. Их длина может быть до 5 раз длиннее, чем стандартного деревянного бруса.
Помимо дерева, иногда встречаются рекомендации по установке металлических ферм, элементы которых изготовлены из строительных марок сталей.
Несмотря на заверения производителей, такие прутки не являются адекватной заменой дереву, поскольку они не только увеличивают массу всей конструкции, но и усложняют процесс монтажа стропильной системы. 
Неудачи со стальными конструкциями объясняются тем, что металл не является материалом, который может противостоять нагреванию так эффективно, как дерево. Ещё хуже дело обстоит с коррозией и электробезопасностью. Поэтому, чтобы избежать проблем в будущем, лучше выбрать дерево вместо металла.
Для изготовления напольной обрешётки и контробрешётки используются доски из массива древесины. Преимущественно используются хвойные породы, причём сосна лучше, чем ель. Более дорогой вариант – лиственница. Эти породы уже естественным образом (выделяющейся смолой) защищены от гниения. Доски кладут бок о бок, чтобы затем соединить их с брусьями стропильной системы. Затем элементы можно надёжно закрепить с помощью гвоздей или стальных скоб.
Основную обрешётку рекомендуется выполнять из досок прямоугольного поперечного сечения 30×100 мм, контробрешётку чаще делают из квадратных брусьев размерами 50х50 мм.
Изготовление своими руками
Рассмотрим основные этапы обустройства на примере обычной системы с наклонными брусьями.
Аналогичным образом ведётся сборка и остальных составляющих стропильной системы (обычно вдоль короткой стены дома устанавливают только один стропильный брус). Собранная конструкция должна держаться самостоятельно от конькового бруса.
Заключение
Используя данные советы и рекомендации, можно самостоятельно выбрать подходящую именно вам схему стропильной конструкции, исходные материалы и крепёжные детали, подогнать элементы и выполнить их успешную сборку. При должной тщательности и регулярном обслуживании установленная вами сборка прослужит не менее 40…50 лет.
Установка коньковой доски
Разложите балки перекрытия по разметке на стенах и застелите их досками, используя эту площадку для работы по установке коньковой доски и стропил крыши.
Устраивая площадку для работы, привинчивайте временные доски настила. Во время работы незакрепленные доски незаметно сдвигаются с опоры. Можно провалиться, наступив на такую доску.
Высоту коньковой доски и высоту её установки, обеспечивающей проектный уклон крыши, вычисляют двумя способами. Первый, когда высота коньковой доски делается равной длине вертикального разреза стропильной ноги. Второй, когда для конька выбирается доска из сортамента пиломатериалов высота которой, больше длины вертикального разреза стропила. В обоих случаях сначала нужно определить длину вертикального разреза стропила.
Разметьте отвесную линию на краю стропила плотницким треугольником, отметив на доске точки 6 и 12 либо примените для разметки ранее изготовленный фанерный шаблон. Измерьте отмеченную линию, она получится длиной 20,6 см. Значит, для коньковой доски нужно выбрать доску шириной 22,5 см. Эту доску нужно отпилить циркульной пилой до ширины 20,6 см и тогда ее низ получится на высоте 1750 мм. Либо поставить ее такой, какая она есть и тогда ее низ получится на высоте 1731 мм (1750-225+206=1731) от верхней обвязки стен.
Для временного закрепления коньковой доски установите к средней стене три–четыре стойки из досок 50×100 мм выше центральной стены на 1,8–1,9 м. Выровняйте их по вертикали и временно закрепите к центральной стене. Отмерьте и отметьте на стойках высоту 1750 или 1731 мм выше обвязки центральной стены и прикрутите деревянные прибоины, как показано на рисунке. Они будут опорой для коньковой доски.
Установите на стойки коньковые доски. Стыки досок конька старайтесь сделать в середине между парой стропил, они пока не установлены, поэтому ориентируйтесь на балки перекрытия под ногами. Стыки досок конька закрепите боковыми деревянными или металлическими накладками. Боковые смещения коньковой доски будут устранены при установке стропильных пар. Одинаковой длины они будут центрировать конек. Продольное смещение конька устраните установкой временных подкосов, прибитых к внутренней стене и доске конька либо к внутренней стене и стойкам, удерживающим конек.
После установки коньковых досок разметьте на них положение стропил. Разметку начинайте от торца здания. Приставьте к каркасу стены длинный уровень и отметьте положение, по которому нужно укоротить конек, ровняя его со стеной. Либо сделайте отметку показывающую конец стены и отмерьте расстояние на выступ крыши. Вместо длинного уровня можно использовать отвес или лазер.
Разметьте по проекту всю коньковую доску под установку стропил. Разметка на коньке должна совпадать с разметкой на обвязках стен.
Как устанавливают коньковый брус?
Коньковый брус — это верхняя перекладина, к которой крепятся стропила в крыше. Установка конькового бруса считается особым навыком в работе строителей: они должны производить специальный расчет размеров помещения, места крепления, чердака.
Каковы функции конькового бруса?
Коньковый деревянный брус и закрепленные к нему стропила призваны выполнять следующие задачи при строительстве жилья:
Расчет параметров бруса предусматривает, что для больших зданий нужен мощный, тяжелый и довольно увесистый прогон. Но стоит учитывать, что такие размеры конькового бруса потребуют использования подъемного крана. Средняя длина обычного бруса составляет приблизительно 6 м, поэтому для изготовления большего прогона понадобится искать дерево или так называемую клееную балку.
Закрепляемые концы конька, предварительно обработанные антисептиком, упирают в стену, в которую их вмуровывают. Дополнительную обработку проводят рубероидом и толем, что отлично защищает древесину от гниения. Цельнодеревянная балка устанавливается по-другому:
В результате чего при строительстве дома решаются сразу 2 задачи. Во-первых, площадь торца становится больше. Во-вторых, нормализуются процессы влагообмена.
Затем выполняют расчет размеров конькового бруса, который должен быть установлен в стене и пройти сквозь нее, нужно учесть соприкасание со стеной. Поэтому конец прогона необходимо хорошо обработать антисептиком и обернуть рулонным материалом. Подобная конструкция применяется, чтобы сделать разгружающуюся консоль.
При правильно подобранном сечении для цельнодеревянного бруса нужно учитывать, что балка в коньке в любой момент способна прогнуться под тяжестью собственного веса. Опытные строители рекомендуют устанавливать строительную ферму, чтобы закрепленный коньковый деревянный брус не поломался.
Расчет сечения конькового бруса
Расчет сечения требует учитывать следующие параметры, по которым и будет проводиться вычисление необходимого размера:
Чтобы определить сечение, необходимо применять специальные формулы, в которых каждый показатель имеет важное значение. Отдельным расчетом определяются такие данные, как:
Данные к каждой формуле указаны ниже:
Σ = М:W (определение внутреннего напряжения), где Σ является величиной, которую надо найти. М — это предельный изгибающий момент, который вычисляется в кг/м. W- это сопротивление на прогиб установленного сечения.
Расчет прогиба прогона осуществляется при помощи других данных, которые нужно подставить в формулу f = 5qL³L:384EJ. Буква J означает момент инерции, для получения которого нужно знать габариты сечения прогона (высоту и ширину, обозначаемые буквами h и b). Потом показатель h нужно возвести в куб и умножить на b. Полученное значение делится на 12. Параметр Е — это упругость модуля, который принимается в расчет и является индивидуальным для каждого типа древесины.
Изгибающий момент нужно вычислять по формуле h = √¯(6W:b), где b- это ширина балки в сантиметрах, W- сопротивление прогона на изгиб. Получить W можно, если разделить М (самый большой момент изгиба) на 130.
Значения ширины и высоты, которые получают после вычисления, необходимо округлять в сторону увеличения. Если строитель боится допустить ошибку, нужно обратиться к специалистам, которые сделают расчет параметров, определят, каким должен быть закрепляемый брус и прогон.
Установка конькового бруса
Рассмотрим, как крепить коньковые брусья. Они производятся только из качественного пиломатериала, что связано с важностью конструкции, которая должна выполнять функции длительной и надежной эксплуатации, нести нагрузку, быть безопасной для жильцов здания. Важно, чтобы прогон не делал вес крыши больше, иначе прочность конструкции будет под вопросом. Стропила же должны служить долго, выполняя возложенные функции. С этой целью для конькового бруса часто используется сосновый пиломатериал, сечение которого 20х20 см.
Крепление стропил к коньковому брусу подбирается в зависимости от типа здания: жилого или хозяйственного назначения. В зависимости от этого и будет подбираться материал конька, его сечение и размеры. Например, для бани обычно применяют хорошо просушенную лиственницу, которая отличается более тяжелым весом и прочностью к нагрузкам. Также лиственница отлично справляется с паром, задерживает тепло и держит черепицу. Жилые здания строят из сосны, поскольку крышу принято покрывать так называемой гибкой черепицей.
Лиственницу для изготовления бруса применяют, если дом будет покрываться тяжелой черепицей, для которой нужна прочная и крепкая строительная каркасная конструкция. Важно, чтобы стропила держали не только саму крышу, но и не становились лишним весом для стен. Они должны идеально держать прогоны, не прогибаться под ними.
Для того чтобы сделать стропилам центральную опору, нужно установить брус. Его концы будут упираться в параллельные несущие стены. Правильный монтаж такой конструкции требует вычисления таких данных, как:
Брус коньковый позволяет избежать таких процессов в строительстве дома, как забивание гвоздей, сверление дрелью. В результате чего можно избежать образования щелей, сохранить целостность бруса и обеспечить надежность всей системе стропил.
Двускатная крыша также требует применения конькового прогона, который впоследствии выполняет функции конька крыши. Для того чтобы построить жилой дом размером 6х6 м, рекомендуется брать прогон, сделанный из бревна или цельного бруса. Прогон будет опираться на 2 фронтона, и никаких опор не понадобится. Если же длина дома будет больше 6 м, тогда разрешается применять строительные фермы и составной коньковый прогон. Важно, чтобы брус лежал на наружных фронтонах.
Крепление конькового бруса проводится разными методами, что позволяет соединять брусья нужным образом. Главная цель каждого соединения — сделать конструкцию прочной и надежной. Современные технологии позволяют соединять брусья между собой так, чтобы не применять никакие дополнительные материалы для утепления. Если проектная документация составлена правильно, то дом получится не просто крепким, способным держать крышу, но и станет экологически чистым и надежным для жилья.
