Простая геометрия: расчёт параметров крыши

Простая геометрия: расчёт параметров крыши

Двускатная крыша давно стала классикой зодчества. В перечень её достоинств входит простота монтажа, низкая стоимость обслуживания и практичность по части естественного удаления дождевой воды и снега. Чтобы в полной мере ощутить эти преимущества, необходимо грамотно продумать проект крыши и просчитать размеры. Только так можно сделать конструкцию долговечной и сохранить привлекательный внешний вид на долгие годы.

Содержание

Основные параметры двускатной крыши

Подбор оптимального размера крыши — это сложный процесс поиска компромисса между желаемым обликом здания и требованиями его безопасности. В правильно спроектированной кровле все пропорции близки к идеальным. К основным параметрам двускатной крыши относят угол наклона, высоту конька, ширину крыши и её свесов.

Уклон крыши

Уклон крыши — это величина, определяющая положение ската относительно линии горизонта. Выбор этого показателя осуществляется на этапе проектирования конструкции. Традиционно оба ската двускатной кровли выполняются с одинаковыми углами наклона, но встречаются и несимметричные разновидности.

Уклон крыши

Чаще всего встречаются крыши с уклоном от 20° до 45°

Единицей измерения уклона служат градусы. Для крыш принят диапазон 10-450. Чем больше цифра, тем остроугольнее строение, и наоборот, при уменьшении градуса крыша становится покатой.
В зависимости от уклона выделяют несколько видов крыш:

  • плоская (менее 5°), достоинства которой — небольшой расход материалов и лёгкость ухода, а недостатки — обязательное наличие хорошей системы гидроизоляции и мер по предотвращению накапливания снега;
  • пологая (до 30°), позволяющая использовать в качестве кровельного покрытия все существующие материалы, но более дорогая по стоимости, чем плоская;
  • крутая (более 30°), способная к самоочищению, но не обладающая стойкостью к ветровой нагрузке.

Инструментом для замера угла ската служит уклономер. Современные модели снабжены электронным табло и пузырьковым уровнем. Когда устройство ориентировано горизонтально, на шкале высвечивается «0».

Измерение уклона кровли уклономером

Производители предлагают приобрести уклономеры с лазерными датчиками, позволяющими производить замеры на удалении от объекта

Фотогалерея: крыши с различными значениями уклона

В ряде нормативных документов, например, СНиП II-26–76 «Кровли», уклон указывается в процентах. Строгих рекомендаций по единому обозначению параметра не существует. Но значение в процентах сильно рознится с вариантом в градусах. Так, 10 равняется 1,7%, а 300 приравниваются к 57,7%. Для безошибочного и быстрого перевода одних единиц измерения в другие созданы специальные таблицы.

Таблица: соотношение между единицами измерения уклона

Уклон, 0Уклон, %Уклон, 0Уклон, %Уклон, 0Уклон, %
11,71628,73160,0
23,51730,53262,4
35,21832,53364,9
47,01934,43467,4
58,72036,43570,0
610,52138,43672,6
712,32240,43775,4
814,12342,43878,9
915,82444,53980,9
1017,62546,64083,9
1119,32648,74186,0
1221,12750,94290,0
1323,02853,14393,0
1424,92955,44496,5
1526,83057,745100

Высота конька

Другим важным параметром крыши является высота конька. Конёк — это верхняя точка стропильной системы, расположенная в месте пересечения плоскостей скатов. Он служит опорой для стропил, придавая крыше необходимую жёсткость, и позволяет равномерно распределить нагрузку на всю конструкцию. Конструктивно представляет собой горизонтальное ребро, выполненное из деревянной балки. Если представить двускатную крышу в виде треугольника, то высота конька — это расстояние от основания до вершины фигуры.

Высота конька крыши

По правилам геометрии, высота конька равняется длине катета прямоугольного треугольника

Общая ширина крыши и ширина свесов

Общая ширина крыши определяется шириной её коробки (размером стропильной системы) и шириной карнизных свесов.

Свес — это выступающая за стены часть крыши. Ширина свеса — это расстояние от места пересечения несущей стены с кровлей до низа кровельного полотна. Несмотря на скромные габариты и небольшой удельный процент в общей площади, свес играет ключевую роль при эксплуатации дома. Карниз защищает наружные стены от попадания на них атмосферных осадков, сохраняя их покрытие в первозданном виде. Он создаёт тень в придомовой территории в летний зной и укрывает людей во время снегопада. Кроме того, свес облегчает отвод дождевых вод с крыши.

Ширина свеса

Необходимый размер карнизного свеса В получают путём удлинения или наращивания стропильных ног

Существует 2 разновидности свесов, отличающихся местом нахождения и шириной:

  • фронтонный — небольшой по ширине участок кровельного ската, расположенный со стороны фронтона;
  • карнизный — более широкий свес, который находится вдоль крыши.
Виды свесов

Для защиты нижней поверхности свес обшивают обрезной доской, сайдингом или софитами

Фотогалерея: крыши с различной шириной свесов

Факторы, влияющие на параметры крыши

Первым этапом строительства крыши является проработка и составление техплана. В нём необходимо учесть все нюансы, которые повлияют на срок эксплуатации крыши. Параметры конструкции определяются при рассмотрении группы факторов: климатических особенностей региона, наличия чердака и вида кровельного материала.

В зависимости от местности, в которой находится постройка, на неё могут оказывать влияние различные природные силы и нагрузки. Среди них — ветровое, снеговое давление и воздействие воды. Определить их значение можно, обратившись в специальную строительную организацию, выполняющую подобные изыскания. Для тех, кто не ищет простых путей, есть вариант самостоятельно определить параметры.

Ветровая нагрузка

Ветер создаёт значительное давление на стены и крышу здания. Поток воздуха, встречающий на своем пути препятствие, разделяется, устремляясь в противоположных направлениях: к фундаменту и свесу кровли. Чрезмерное давление на свес может стать причиной срыва кровли. Чтобы уберечь постройку от разрушения, оценивают аэродинамический коэффициент, зависящий от угла наклона ската.
Чем круче скат и выше конёк, тем сильнее ветровая нагрузка, приходящаяся на 1м2 поверхности. В этом случае ветер стремится опрокинуть крышу. На пологие крыши ураганный ветер воздействует иначе — подъёмная сила приподнимает и уносит венец дома. Поэтому для областей со слабой или умеренной силой ветра можно проектировать крыши с любой высотой конька и углом наклона. А для мест с сильными порывами ветра рекомендуются низкоскатные виды от 15 до 25°.

Влияние ветра на крышу

Кроме горизонтального воздействия, ветер оказывает давление в вертикальной плоскости, придавливая кровельный материал к обрешётке

Расчёт ветровой нагрузки на двускатную крышу

Расчётная ветровая нагрузка есть произведение двух составляющих: нормативного значения параметра (W) и коэффициента (k), учитывающего изменение давления в зависимости от высоты (z). Нормативное значение определяют при помощи карты ветровой нагрузки.

Карта ветровой нагрузки России

Территория страны поделена на 8 зон с разными номинальными значениями ветровой нагрузки

Коэффициент высоты вычисляется по таблице ниже исходя из соответствующего вида местности:

  1. А — прибрежные участки водоёмов (морей, озёр), пустыни, степи и тундра.
  2. B — городская зона с препятствиями и застройками высотой 10–25 м.
  3. С — городская зона с сооружениями от 25 м в высоту.

Таблица: коэффициент для расчёта ветровой нагрузки

Высота z, мКоэффициент k для разных видов местности
АВС
до 50,750,500,40
101,000,650,40
201,250,850,55
401,501,100,80
601,701,301,00
801,801,451,15
1002,001,601,25
1502,251,901,55
2002,452,101,80
2502,652,302,00
3002,752,502,20
3502,752,752,35
4802,752,752,75

Рассмотрим пример. Необходимо определить расчётную ветровую нагрузку и сделать вывод о приемлемом уклоне крыши. Исходные данные: регион — город Москва с видом местности В, высота дома 20 м. Находим на карте Москву — зона 1 с нагрузкой 32 кг/м2. Методом совмещения строк и столбцов таблицы получаем, что для высоты 20 м и вида местности В искомый коэффициент равняется 0,85. Перемножив два числа, определяем, что ветровая нагрузка составит 27,2 кг/м2. Так как полученное значение не является большим, то возможно применение уклона в 35–45°, в противном случае нужно принимать угол ската 15–25°.

Снеговая нагрузка

Снежные массы, накапливающиеся на крыше, оказывают определённое давление на кровлю. Чем больше сугробы, тем больше нагрузка. Но опасно не только давление снега, но и его подтаивание при повышении температуры. Средний вес только что выпавшего снега в расчёте на 1 м3 достигает 100 кг, а в сыром виде эта цифра увеличивается троекратно. Всё это может стать причиной деформации кровли, нарушения её герметичности, а в некоторых случаях привести к обрушению конструкции.

Чем больше угол уклона ската, тем легче снеговые отложения удаляются с крыши. В районах с обильными снегопадами следует принять максимальную крутизну скатов 60º. Но и сооружение крыши с уклоном 45º способствует естественному отводу снега.

Действие снега на крышу

Под действием тепла, идущего снизу, снег тает, увеличивая риск образования протечек

Расчёт снеговой нагрузки на двускатную крышу

Значение снеговой нагрузки получают умножением средней нагрузки (S), характерной для определённого типа местности, и поправочного коэффициента (m). Среднее значение S находят по карте снеговой нагрузки России.

Карта снеговой нагрузки

Территория России включает 8 снеговых районов

Поправочный коэффициент m варьируется в зависимости от уклона крыши:

  • при угле кровли до 250 m равняется 1;
  • среднее значение m для диапазона 250–600 равняется 0,7;
  • для крутоуклонных крыш с углом более 600 коэффициент m в расчётах не участвует.

Рассмотрим пример. Необходимо определить снеговую нагрузку для дома с углом ската 350, размещённого в Москве. По карте находим, что требуемый город расположен в зоне 3 со снеговой нагрузкой 180 кг/м2. Коэффициент m принимается равным 0,7. Следовательно, искомая величина 127 кг/м2 получится, если перемножить два этих параметра.

Суммарная нагрузка, складывающаяся из веса всей кровли, снеговой и ветровой нагрузки, не должна быть более 300 кг/м2. В противном случае следует подобрать более лёгкий кровельный материал или изменить угол уклона ската.

Тип крыши: чердачная или бесчердачная

Существует 2 типа двускатных крыш: чердачная и бесчердачная. Их названия говорят сами за себя. Так, чердачная (раздельная) крыша оснащена нежилым чердаком, а бесчердачная (совмещённая) — эксплуатируемой мансардой. Если предполагается использовать пространство под крышей для хранения неиспользуемых в каждодневном обиходе предметов, то нет смысла увеличивать высоту конька крыши. И наоборот, при планировании в подкрышном помещении жилой комнаты следует увеличить высоту конька.

Типы двукатных крыш по наличию чердака

Высота любого типа крыши должна быть достаточной для осуществления внутреннего ремонта

Для нежилых крыш высоту конька определяют правила противопожарной безопасности. Строительные нормативы гласят, что чердак должен содержать сквозной проход высотой 1,6 м и длиной 1,2м. Для жилых крыш высоту устанавливают, исходя их удобства проживания и беспроблемного размещения мебели.

Вид кровельного материала

Ещё недавно строительный рынок предлагал всего лишь несколько наименований кровельных материалов. Это был традиционный шифер и стальной оцинкованный лист. Сейчас ассортимент заметно пополнился новыми продуктами. При выборе материала для крыши следует учитывать несколько правил:

  1. При уменьшении габаритов штучных кровельных материалов угол наклона увеличивают. Это связано с большим количеством стыков, которые являются потенциальными местами протечек. Поэтому сход осадков стараются сделать максимально быстрым.
  2. Для крыш с малой высотой конька предпочтительнее применять рулонные кровельные материалы или крупнолистовые полотна.
  3. Чем больше весит кровельный материал, тем круче должен быть уклон крыши.
Зависимость между видом кровли и углом уклона

Интервал возможных уклонов описан в инструкции производителя по монтажу кровли

Таблица: рекомендуемый уклон кровли для разных материалов

Тип материалаМинимальный
уклон, 0
Примечание
Металлочерепица22Теоретически, возможен монтаж на крышу с углом от 110–120, но для лучшей герметизации выбирайте больший уклон
Профнастил5При изменении угла наклона в большую сторону увеличивают нахлёст одного листа на другой
Асбоцементный шифер25При уклоне меньше рекомендуемого на крыше накопиться снег, под весом которого кровельный материал разрушится
Мягкая рулонная кровля
(рубероид, ондулин)
2Минимальный угол уклона зависит от количества слоёв: для одного слоя 20, а для трёх — 150
Фальцевая кровля7Для кровли с небольшим уклоном рекомендуется приобретать двойной стоячий фальц

Себестоимость двускатной крыши

Логично, что при увеличении уклона ската возрастает площадь крыши. Это ведёт к повышенному расходу пило- и кровельных материалов и комплектующих (гвозди, саморезы) для их закрепления. Себестоимость крыши с углом 60° в 2 раза больше, чем создание плоской кровли, а уклон 45° обойдётся в 1,5 раза дороже.

Чем больше суммарная нагрузка на кровлю, тем большее сечение бруса используют для стропильной системы. При небольшом уклоне крыши шаг обрешётки уменьшают до 35–40 см или делают каркас сплошным.

Стоимость сооружения крыши

Безошибочное вычисление размеров крыши сэкономит семейный бюджет

Видео: стропильная система и параметры крыши

Расчёт параметров крыши

Для быстрого расчёта габаритов крыши можно использовать онлайн-калькулятор. В поля программы вводятся исходные данные (размеры основания здания, тип кровельного материала, высота подъёма), а результатом является требуемое значение величины наклона стропил, площадь крыши, вес и количество кровельного материала. Небольшой минус — этапы расчёта скрыты от пользователя.

Для большего понимания и наглядности процесса можно провести самостоятельные вычисления параметров крыши. Существует математический и графический метод расчёта крыши. Первый основан на тригонометрических тождествах. Двускатную крышу представляют в виде равнобедренного треугольника, размеры которого являются параметрами крыши.

Тригонометрические формулы

С помощью формул тригонометрии можно рассчитать параметры крыши

Расчёт угла уклона скатов крыши

Исходными данными для определения угла уклона служит выбранная высота крыши и половина её ширины. В качестве примера рассмотрим классическую двускатную крышу с симметричными скатами. Имеем: высоту конька 3 м, длина стены 12м.

Расчёт угла ската

Размеры с и d принято называть заложением крыши

Последовательность расчёта уклона:

  1. Разбиваем условную крышу на 2 прямоугольных треугольника, для чего проводим перпендикуляр от вершины к основанию фигуры.
  2. Рассматриваем один из прямоугольных треугольников (левый или правый).
  3. Так как конструкция симметрична, то проекции скатов c и d будут одинаковыми. Они равны половине длине стены, т. е. 12/2 = 6 м.
  4. Для вычисления угла уклона ската А рассчитываем его тангенс. Из школьного курса помним, что тангенс есть отношение противолежащего катета к прилежащему. Противоположная сторона — это высота крыши, а прилежащая — половина длины крыши. Получаем, что тангенс равен 3/6 = 0,5.
  5. Чтобы определить, какой угол имеет полученный тангенс, воспользуемся таблицей Брадиса. Найдя в ней значение 0,5, находим что угол ската равен 260.

Для перевода тангенсов или синусов угла в градусы можно применять упрощённые таблицы.

Таблица: определение уклона ската через тангенс угла для диапазона 5–600

Угол наклона
крыши, 0
Тангенс
угла А
Синус
угла А
50,090,09
100,180,17
150,270,26
200,360,34
250,470,42
300,580,5
350,70,57
400,840,64
451,00,71
501,190,77
551,430,82
601,730,87

Расчёт подъёма двускатной крыши и высоты конька

Высота крыши тесно связана с крутизной ската. Она определяется способом обратным методу получения уклона. За основу расчёта берётся угол наклона кровли, который подходит для данной местности в зависимости от снеговой и ветровой нагрузки, вида кровли.

Зависимость между уклоном крыши и высотой конька

Чем больше уклон, тем больше свободного места под крышей

Порядок расчёта подъёма крыши:

  1. Для удобства разбиваем нашу «крышу» на две равные части, ось симметрии будет являться высотой конька.
  2. Определяем тангенс выбранного угла наклона крыши, для чего используем таблицы Брадиса или инженерный калькулятор.
  3. Зная ширину дома, вычисляем размер её половины.
  4. Высоту ската находим по формуле Н= (В/2)*tg(A), где Н — высота крыши, В — ширина, А — угол уклона ската.

Воспользуемся приведённым алгоритмом. Например, необходимо установить высоту двускатной крыши дома с шириной 8 м и углом наклона 350. С помощью калькулятора находим, что тангенс 350 равен 0,7. Половина ширины дома составляет 4 м. Подставляя параметры в тригонометрическую формулу, находим, что Н=4*0,7=2,8 м.

Определение подъёма крыши

Грамотно рассчитанная высота крыши придаёт дому гармоничный вид

Приведённый порядок действий относится к определению подъёма крыши, т. е. расстоянию от низа пола чердака до точки опоры стропильной ног. Если стропила выступают над коньковой балкой, то полная высотка конька определяется как сумма подъема крыши и 2/3 толщины стропильной балки. Так, полная длина конька для крыши с подъёмом 2,8 м и толщиной балки 0,15 м получается равной 2,9 м.

Определение полной высоты конька

В местах вырубки уступов для сборки с коньковым прогоном стропила уменьшают на 1/3

Расчёт длины стропил и ширины крыши

Для вычисления длины стропил (гипотенуза в прямоугольном треугольнике) можно идти двумя путями:

  1. Вычислить размер через теорему Пифагора, которая гласит: сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы.
  2. Воспользоваться тригонометрическим тождеством: длина гипотенузы в прямоугольном треугольнике есть отношение противолежащего катета (высота крыши) к синусу угла (наклон крыши).

Рассмотрим оба случая. Допустим, имеем высоту подъёма крыши 2 м и ширину пролёта 3 м. Подставляем значения в теорему Пифагора и получаем, что искомая величина равна квадратному корню из 13, что составляет 3,6 м.

Расчёт длины стропил через теорему Пифагора

Зная два катета треугольника, можно легко вычислить гипотенузу или длину ската

Второй способ решения задачи — нахождение ответа через тригонометрические тождества. Имеем крышу с углом уклона 450 и высотой подъёма 2 м. Тогда длина стропил вычисляется как отношение числа подъёма 2 м к синусу наклона 450, что равняется 2,83 м.

Ширина крыши (на рисунке Lbd) складывается из длины стропил (Lc) и длины карнизного свеса (Lкc). А длина крыши (Lcd) представляет собой сумму длины стены дома (Lдд) и двух фронтонных свесов (Lфс). Для дома с шириной коробки 6 м и свесами 0,5 м ширина крыши будут равняться 6,5 м.

Расчёт ширины и длины крыши

Строительные нормы не регламентируют чёткое значение длины ската, её можно подбирать в широком диапазоне размеров

Расчёт площади крыши

Зная длину ската и ширину крыши, можно легко найти её площадь, перемножив указанные размеры. Для двускатной кровли общая площадь крыши равняется сумме площадей обеих поверхностей скатов. Остановимся на конкретном примере. Пусть крыша дома имеет ширину 3 м и длину 4 м. Тогда площадь одного ската равняется 12м2, а общая площадь всей крыши 24м2.

Формула для расчёта площади крыши

Неверный расчёт площади крыши может привести к дополнительным затратам при покупке кровельного материала

Расчёт материалов для крыши

Чтобы определить количество кровельных материалов, необходимо вооружиться площадью крыши. Все материалы кладут внахлёст, поэтому при покупке следует делать небольшой запас в 5–10% от номинальных вычислений. Правильный расчёт количества материалов существенно сэкономит бюджет строительных работ.

Общие правила для расчёта пиломатериалов:

  1. Габарит и сечение мауэрлата. Минимально возможное сечение бруса — 100×100 мм. Длина соответствует периметру коробки, запас на соединения устанавливают в районе 5%. Объем бруса получают перемножением размеров сечения и длины. А если умножить полученное значение на плотность древесины, то найдётся масса пиломатериала.
  2. Размер и количество стропил. За основу расчёта берут общую нагрузку на крышу (давление кровельного пирога, снега и ветра). Предположим, что общая нагрузка равняется 2400 кг/м2. Средняя нагрузка, приходящаяся на 1 м стропил, составляет 100 кг. Учитывая это, метраж стропил будет равен 2400/100=24 м. Для длины стропил 3 м, получаем всего 8 стропильных ног или 4 пары. Сечение стропил принимают от 25х100 мм и выше.
  3. Объём материала для обрешётки. Зависит от вида кровельного покрытия: для битумной черепицы сооружают сплошную обрешётку, а для профнастила или асбоцементного шифера разреженную.

Расчёт кровельных материалов рассмотрим на примере металлочерепицы. Это листовой материал, монтируемый на крышу в один или несколько рядов.

Схема для расчёта металлочерепицы

На скатах длиной более 4,5 м рекомендуется укладывать металлочерепицу в 2 ряда для удобства работ

Последовательность расчёта:

  1. Определение количества листов. Полотно металлочерепицы имеет полную 1180 мм и рабочую 1100 мм ширину. Последняя меньше реальной и не учитывается в расчёте, так как идёт для перекрытия стыков. Количество листов определяют как отношение полной ширины крыши (вместе со свесами) к полезной ширине листа. Причём результат деления округляют в большую сторону до целого значения. Так, для крыши с шириной ската 8 м и полотном металлочерепицы «Монтеррей» шириной 1,1 м количество листов находится по формуле: 8/1,1=7,3 шт, а с учётом округления 8 шт. Если полотно кладут в несколько вертикальных рядов, то длину ската делят на длину кровельного полотна с учётом нахлеста между листами до 15 см. Учитывая, что крыша двускатная, значение увеличивают вдвое, т. е. всего потребуется 16 листов.
  2. Определение общей площади. Для определения общей площади кровельного материала количество полотен умножают на полную площадь (произведение полной ширины и длины) одного листа. В нашем случае 8*(1,18 м*5 м)=47,2 м2. Для двускатных конструкций результат умножают на два. Получаем, что вся площадь крыши составляет 94,4 м2.
  3. Определение количества гидроизоляции. Стандартный рулон гидроизоляционного материала имеет площадь 65м2 без нахлёста. Количество рулонов получают делением общей площади крыши на площадь плёнки, т. е. 94,4 м2/65 м2 = 1,45 или 2 полных рулона.
  4. Определение количества крепежа. На 1 м2 кровли приходится 6–7 саморезов. Тогда, для нашей ситуации: 94,4 м2 * 7 = 661 саморез.
  5. Определение числа доборов (коньков, ветровых планок). Общий метраж планок составляет 2 м, а рабочая зона — 1,9 м из-за частичного перекрытия. Разделив длину ската на рабочую длину планок, получаем необходимое число доборов.

Видео: расчёт материалов для двускатной кровли с помощью онлайн-калькулятора

Графический метод определения параметров крыши заключается в её прочерчивании в уменьшенном масштабе. Для него понадобится листок бумаги (обычной или миллиметровой), транспортир, линейка и карандаш. Порядок действий:

  1. Подбирается масштаб. Его оптимальное значение составляет 1:100, т. е. на каждый 1 см бумажного листа приходится 1 м сооружения.
  2. Вычерчивается горизонтальный отрезок, длина которого соответствует основанию крыши.
  3. Находится середина отрезка, от точки которой вверх проводится перпендикуляр (вертикальная линия под углом 900).
  4. С помощью транспортира от границы основания крыши откладывается требуемый угол кровли и проводится наклонная линия.
  5. Место пересечения наклонной линии с перпендикуляром даёт высоту подъёма крыши.

Видео: расчёт материалов для двускатной кровли вручную

Первое, на что обращают внимание — это визуальный облик крыши. Архитекторы следят за тем, чтобы кровля гармонично сочеталась с фасадом здания. Но одной красоты недостаточно. Важно правильно рассчитать параметры, чтобы конструкция получилась прочной и функциональной. Пренебрежение снеговой и ветровой нагрузкой, монтаж стропил под неправильным углом могут стать причиной разрушения крыши. А неверное определение площади крыши приведёт к дополнительным затратам на приобретение недостающих материалов. Поэтому следует ответственно подходить к вычислениям, обращая внимание на все нюансы.

Если Вам нравятся статьи, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзене, чтобы не пропустить свежие публикации. Вы с нами?