Oптимальный угол наклона крыши
Любой дом венчается крышей – одной из главных конструкций здания, защищающей его внутренние помещения от дождя и снега. Одним из главных критериев любой кровли является крутизна скатов. Так как плоская крыша распространена преимущественно только в многоэтажном жилом и промышленном строительстве, то этот вопрос особо актуален для владельцев частных домов и коттеджей.
Угол наклона кровли прямым образом влияет на ее эксплуатационные характеристики. В строительстве выделяют 4 вида кровельных конструкций:
Крутые с уклоном 45-60°;
Плоские с уклоном менее 10°.
Как рассчитать угол наклона крыши
Определение данной величины зависит от ряда факторов:
Воздействие ветра. Наибольшее давление ветер оказывает на крутые кровли, так как они имеют наибольшую парусность из-за своей большой площади поверхности. При обустройстве подобной конструкции важно особое внимание уделить прочности стропильной системы.
В районах с большой ветровой нагрузкой также опасно устраивать плоские и пологие кровли: при слабом креплении конструкции может произойти ее срыв. Таким образом, в районах с сильными ветрами рекомендованный угол ската крыши находится в диапазоне 25-30°.
Снеговая нагрузка. В районах, где в холодное время года выпадает значительное количество снега, крутая кровля наоборот имеет преимущества. Снег на ней не накапливается. При меньшем угле снег будет дольше лежать на кровле, создавая дополнительную нагрузку на стропильную систему.
Не стоит обустраивать именно крутую крышу: некоторое количество снега, задержавшегося на кровле в зимний период, имеет полезное свойство удерживать тепло. Однако важно рассчитать нагрузку, оказываемую снежной шапкой на конструкцию, чтобы не допустить ее обрушения.
Кровельный материал. Каждый тип кровли имеет свои ограничения по углу наклона скатов. Если планируется использовать какой-то определенный кровельный материал, то важно еще на этапе проектирования соотнести желаемый наклон кровли с его техническими характеристиками.
Размер мансарды. Угол крыши прямым образом влияет на размер комнаты под ней. Чем круче крыша и выше конек – тем просторнее мансарда и наоборот. Планируя комнату под кровлей нельзя забывать о рисках, неизбежно связанных с крутой конструкцией, и ее дороговизной по сравнению с возведением более пологих кровель. На помощь в данной ситуации может прийти ломаный тип, который позволяет сохранить максимальный объем для обустройства комнаты, сэкономив на высоте конька.
Минимальный угол наклона
Такое понятие, как минимальный угол наклона крыши, находится во взаимосвязи с используемым кровельным материалом. Все кровли снабжены техническими характеристиками, в которых, помимо прочего, четко указаны пределы скатности для использования. Нарушать эти правила нельзя, так как в этом случае кровельный материал не сохранит своих изначальных функций и преимуществ.
Рассмотрим основные кровельные покрытия и минимальные углы для них :
Штучные кровельные материалы (шифер, черепица) укладываются на кровли с уклоном от 22°. Такой показатель связан с тем, что в этом случае на стыках кровельных элементов не скапливается вода и, соответственно, не может просочиться под них;
В работе с рулонными материалами типа рубероид важно заранее определить с числом слоев. Если планируется настелить 2 слоя, то угол кровли должен быть не менее 15°, при укладке 3 слоев эта величина может быть снижена до 2-5°;
Профнастил монтируется при уклоне от 12°. Меньшее значение потребует обработку всех стыков герметиком;
Металлочерепица стелется при значении от 14°;
Мягкая черепица может быть настелена на кровлю уклона 11° при наличии сплошной обрешетки;
Мембранные кровельные материалы – единственные, минимальный порог для которых не обозначен. Они с успехом могут применяться на плоских крышах.
Следование вышеизложенным правилам чрезвычайно важно, так как даже незначительное их нарушение обернется разрушением кровли и, возможно, повреждением стропильной системы.
Расчет прочности стропильной системы
Расчет угла наклона
Кроме минимального угла, есть такое понятие, как оптимальный угол наклона. При нем крыша подвергается минимальным возможным нагрузкам со стороны ветра, снега и т. д. Приведем примеры подобных оптимальных значений:
В областях с частыми осадками в виде дождя и снега оптимально строить кровлю крутизной 45-60°, так как она быстрее избавляется от осадков, что минимизирует нагрузку на стропильную систему;
Если крыша возводится в ветреном регионе, то хорошо будет разместить угол ее наклона в промежуток 9-20°. Она не будет играть роль паруса, ловя пролетающий ветер, но и не опрокинется его резкими порывами;
В областях, где и ветер, и снег бывают регулярно, обращаются к средним значениям в 20-45°. Этот диапазон можно назвать универсальным для скатных конструкций.
Самостоятельное вычисление угла скатов сводится к несложному геометрическому процессу, в основе которого лежит треугольник. Его катеты – высота конька и половина ширины дома, гипотенуза – один из скатов. А угол между гипотенузой и катетом – искомая величина крутизны.
Угол кровли находится в прямой связи с высотой конька. Возможно два варианта расчета этих величин:
Известна высота крыши. Если возникает желание обустроить под кровлей просторную жилую комнату с приемлемой высотой потолка, то высота конька может быть определена заранее. Имея известные два катета, несложно узнать величину искомого угла.
Примем следующие обозначения:
H – высота конька;
L – ширина половины дома;
a – искомый угол.
Находим тангенс нужного угла по формуле:
Величину угла по полученному значению узнаем из специализированной таблицы тангенсов.
Заранее определен угол наклона. При желании использовать определенный кровельный материал или в связи с погодными условиями в регионе уклон кровли может быть определен заранее. По его значению можно определить высоту конька дома и проверить – возможно ли создание под этой кровлей жилой комнаты. Для обустройства помещения высота конька должна быть не менее 2,5 м.
Оставляем условные обозначения из предыдущего примера и подставляем известные величины в следующее уравнение:
Таким образом, процесс вычисления угла наклона значительно проще и быстрее, чем анализ всех совокупностей для определения его оптимального значения для конкретного региона и здания.
В проектировании кровли нахождение оптимального угла наклона имеет важное значение. Данный параметр зависит от верной оценки погодных условий, выбора кровельного материала, желания создать жилое помещение. Его верное определение — залог долгой и успешной службы крыши в любых погодных условиях.
Всем удачного строительства!
Подпишись на канал и вы узнаете все тонкости строительства вашего дома! Понравилась статья ставьте 👍
Расчёт кровли: как посчитать угол наклона крыши, длину стропил и площадь кровельного материала
При проектировании стропил кровли частного дома нужно уметь правильно рассчитать угол наклона крыши. Как сориентироваться в различных единицах измерения, по каким формулам вести расчёт и как влияет угол наклона на ветровую и снеговую нагрузку крыши, мы и поговорим в этой статье.
Кровля частного дома, возводимого по индивидуальному проекту, может быть очень простой или удивительно причудливой. Угол уклона каждого ската зависит от архитектурного решения всего дома, наличия чердака или мансарды, используемого кровельного материала, климатической зоны, в которой располагается приусадебный участок. В компромиссе этих параметров нужно найти оптимальное решение, сочетающее прочность крыши с полезным использованием подкрышного пространства и внешним видом дома или комплекса построек.
Единицы измерения угла наклона крыши
Угол наклона — это величина между горизонтальной частью конструкции, плитами или балками перекрытия, и поверхностью кровли или стропилами.
В справочниках, СНиП, технической литературе встречаются различные единицы измерения углов:
- градусы;
- соотношение сторон;
- проценты.
Ещё одна единица измерения углов — радиан — в таких расчётах не применяется.
Что такое градусы, все помнят из школьной программы. Соотношение сторон прямоугольного треугольника, который образован основанием — L, высотой — Н (см. на рисунок выше) и настилом крыши выражается, как Н:L. Если α = 45°, треугольник — равносторонний, и соотношение сторон (катетов) равно 1:1. В случае, когда соотношение не даёт чёткого представления о наклоне, говорят о проценте. Это то же отношение, но рассчитанное в долях с переводом в проценты. Например, при H = 2,25 м и L = 5,60 м:
- 2,25 м / 5,60 м · 100 % = 40%
Цифровое выражение одних единиц через другие наглядно изображено на диаграмме ниже:
Формулы для расчёта угла наклона крыши, длины стропил и площади покрытия кровельным материалом
Чтобы легко рассчитать размеры элементов крыши и стропильной системы, нужно вспомнить, как мы решали задачи с треугольниками в школе, пользуясь основными тригонометрическими функциями.
Как это поможет в расчёте крыши? Разбиваем сложные элементы на простые прямоугольные треугольники и находим решение для каждого случая, пользуясь тригонометрическими функциями и теоремой Пифагора.
Проще всего рассчитать односкатную или двускатную крышу. Высота конька и пролёт — величины известные, угол и длина стропил определяются легко.
Чаще встречаются более сложные конфигурации.
Например, нужно рассчитать длину стропил торцевой части вальмовой крыши, которая представляет собой равнобедренный треугольник. Из вершины треугольника опускаем перпендикуляр на основание и получаем прямоугольный треугольник, гипотенуза которого является средней линией торцевой части крыши. Зная ширину пролёта и высоту конька, из разбитой на элементарные треугольники конструкции можно найти угол наклона вальмы — α, угол наклона кровли — β и получить длину стропил треугольного и трапециевидного ската.
Формулы для расчёта (единицы измерения длин должны быть одинаковыми — м, см или мм — во всех расчётах, чтобы избежать путаницы):
Внимание! Расчёт длин стропил по этим формулам не учитывает величину свеса.
Пример
Крыша — четырёхскатная, вальмовая. Высота конька (СМ) — 2,25 м, ширина пролёта (W/2) — 7,0 м, глубина наклона торцевой части крыши (MN) — 1,5 м.
Получив значения sin(α) и tg(β), определить значение углов можно по таблице Брадиса. Полная и точная таблица с точностью до минуты представляет собой целую брошюру, а для грубых расчётов, которые в данном случае допустимы, можете воспользоваться небольшой таблицей значений.
Таблица 1
| Угол наклона крыши, в градусах | tg(a) | sin(a) |
| 5 | 0,09 | 0,09 |
| 10 | 0,18 | 0,17 |
| 15 | 0,27 | 0,26 |
| 20 | 0,36 | 0,34 |
| 25 | 0,47 | 0,42 |
| 30 | 0,58 | 0,50 |
| 35 | 0,70 | 0,57 |
| 40 | 0,84 | 0,64 |
| 45 | 1,00 | 0,71 |
| 50 | 1,19 | 0,77 |
| 55 | 1,43 | 0,82 |
| 60 | 1,73 | 0,87 |
| 65 | 2,14 | 0,91 |
| 70 | 2,75 | 0,94 |
| 75 | 3,73 | 0,96 |
| 80 | 5,67 | 0,98 |
| 85 | 11,43 | 0,99 |
| 90 | ∞ | 1 |
Для нашего примера:
- sin(α) = 0,832, α = 56,2° (получено интерполяцией соседних значений для углов в 55° и 60°)
- tg(β) = 0,643, β = 32,6°(получено интерполяцией соседних значений для углов в 30° и 35°)
Запомним эти цифры, они пригодятся нам при выборе материала.
Для расчёта количества кровельного материала потребуется определить площадь покрытия. Площадь ската двускатной крыши — прямоугольник. Его площадь — произведение сторон. Для нашего примера — вальмовой крыши — это сводится к определению площадей треугольника и трапеции.
Для нашего примера площадь одного торцового треугольного ската при CN = 2,704 м и W/2 = 7,0 м (расчёт необходимо выполнить с учётом удлинения кровли за пределы стен, принимаем длину свеса — 0,5 м):
- S = ((2,704 + 0,5) · (7,5 + 2 х 0,5)) / 2 = 13,62 м 2
Площадь одного бокового трапециевидного ската при W = 12,0 м, Hс = 3,905 м (высота трапеции) и MN = 1,5 м:
Вычисляем площадь с учётом свесов:
- S = (3,905 + 0,5) · ((12,0 + 2 х 0,5) + 9,0) / 2 = 48,56 м 2
Суммарная площадь покрытия четырёх скатов:
- SΣ = (13,62 + 48,46) · 2 = 124,16 м 2
Рекомендации по наклону крыши в зависимости от назначения и материала
Неэксплуатируемая крыша может иметь минимальный угол наклона 2–7°, что обеспечивает невосприимчивость к ветровым нагрузкам. Для нормального схода снега угол лучше увеличить до 10°. Такие кровли распространены при строительстве хозяйственных построек, гаражей.
Если подкрышное пространство предполагается использовать в качестве чердака или мансарды, наклон одно- или двускатной крыши должен быть достаточно большим, иначе человек не сможет выпрямиться, а полезная площадь будет «съедена» стропильной системой. Поэтому целесообразно применить в таком случае ломаную крышу, например, мансардного типа. Минимальная высота потолков в таком помещении должна быть не менее 2,0 м, но желательно для комфортного пребывания — 2,5 м.
Варианты обустройства мансарды: 1-2. Двухскатная крыша классическая. 3. Крыша с переменным углом наклона. 4. Крыша с выносными консолями
Принимая тот или иной материал в качестве кровельного, необходимо учитывать требования по минимальному и максимальному уклону. В противном случае, возможны проблемы, требующие ремонта крыши или всего дома.
Таблица 2
| Тип кровли | Диапазон допустимых углов монтажа, в градусах | Оптимальный наклон кровли, в градусах |
| Кровля из толя с посыпкой | 3-30 | 4-10 |
| Толевая кровля, двухслойная | 4-50 | 6-12 |
| Цинковая кровля с двойными стоячими фальцами (из цинковых лент) | 3-90 | 5-30 |
| Толевая кровля, простая | 8-15 | 10-12 |
| Пологая кровля, крытая кровельной сталью | 12-18 | 15 |
| Шпунтованная черепица с 4-мя желобками | 18-50 | 22-45 |
| Гонтовая кровля | 18-21 | 19-20 |
| Шпунтованная черепица, нормальная | 20-33 | 22 |
| Профнастил | 18-35 | 25 |
| Волнистый асбестоцементный лист | 5-90 | 30 |
| Искусственный шифер | 20-90 | 25-45 |
| Шиферная кровля, двухслойная | 25-90 | 30-50 |
| Шиферная кровля, нормальная | 30-90 | 45 |
| Стеклянная кровля | 30-45 | 33 |
| Черепица, двухслойная | 35-60 | 45 |
| Желобчатая голландская черепица | 40-60 | 45 |
Полученные в нашем примере углы наклона находятся в диапазоне 32–56°, что соответствует шиферной кровле, но не исключает и некоторые другие материалы.
Определение динамических нагрузок в зависимости от угла наклона
Конструкция дома должна выдерживать статические и динамические нагрузки от крыши. Статические нагрузки — это вес стропильной системы и кровельных материалов, а также оборудования подкрышного пространства. Это постоянная величина.
Динамические нагрузки — величины переменные, зависящие от климата и времени года. Чтобы верно рассчитать нагрузки с учётом их возможной сочетаемости (одновременности), рекомендуем изучить СП 20.13330.2011 (разделы 10, 11 и Приложение Ж). В полном объёме этот расчёт с учётом всех возможных при конкретном строительстве факторах в этой статье не может быть изложен.
Ветровая нагрузка вычисляется с учётом районирования, а также особенностей расположения (подветренная, наветренная сторона) и угла наклона крыши, высоты здания. Основу расчёта составляет ветровое давление, средние значения которого зависит от региона строящегося дома. Остальные данные нужны для определения коэффициентов, корректирующих относительно постоянную для климатического района величину. Чем больше угол наклона, тем более серьёзные ветровые нагрузки испытывает крыша.
Таблица 3
| Район строительства | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| Расчетная снеговая нагрузка | 0,8 (80) | 1,2 (120) | 1,8 (180) | 2,4 (240) | 3,2 (320) | 4,0 (400) | 4,8 (480) | 5,6 (560) |
Снеговая нагрузка, в отличие от ветровой, связана с углом наклона крыши противоположным образом: чем меньше угол, тем больше снега задерживается на кровле, тем ниже вероятность схождения снежного покрова без применения дополнительных средств, и тем большие нагрузки испытывает конструкция.
Таблица 4
| Снеговой район | Города | Снеговая нагрузка кгс/м 3 | ||
| Односкатные | Двухскатные | |||
| 0-25° | 25-30° | 20-39° | ||
| 1 | Калининград, Донецк, Вильнюс, Ростов-на-Дону, Астрахань | 50 | 40 | 65 |
| 2 | Рига, Минск, Киев, Белгород, Волгоград | 70 | 55 | 90 |
| 3 | Москва, Смоленск, Брянск, Курск, Воронеж, Саратов, Тамбов, Ульяновск | 100 | 80 | 125 |
| 4 | Архангельск, Вологда, Петрозаводск, Нижний Новгород, Самара | 150 | 120 | 190 |
Подходите к вопросу определения нагрузок серьёзно. Расчёт сечений, конструкции, а значит, надёжности и стоимости стропильной системы зависит от полученных значений. Если вы не уверены в своих силах, лучше заказать расчёт нагрузок у специалистов.
Какой должен быть уклон кровли?
Уклон кровли является важным параметром, который влияет на выбор конструкции стропильной системы, кровельного материала. Также от угла наклона зависит надежность и правильное функционирование крыши. Так, при малых значениях высока вероятность протечек, застаивания воды и порчи покрытия, а при больших – опрокидывания в результате сильных порывов ветра. Как подобрать оптимальные показатели уклона скатов, мы и рассмотрим в данной статье.
Что влияет на уклон крыши?
В конструкции жилых домов обычно сооружается скатная кровля, которая в зависимости от наклона может быть таких видов:
- пологая – от 12 до 30°;
- традиционная – 30-45°;
- крутая – от 45 до 60°.
Выбор угла наклона осуществляется в зависимости от природных факторов (ветровых и снеговых факторов) в определенном регионе и разновидности кровельного покрытия.
Ветровая нагрузка
Для регионов с большими ветровыми нагрузками оптимальное значение угла ската кровли находится в диапазоне от 25 до 30°. На другие кровельные конструкции сильные порывы ветра воздействуют следующим образом:
- Крутые кровли – характеризуются большой площадью скатов, что способствует высокой парусности. Т.е. сильный ветер стремится опрокинуть такие крыши.
- Чрезмерно пологие – ветровые нагрузки воздействуют преимущественно на нижнюю часть, стремясь приподнять такие конструкции.
Рисунок 1. Воздействие ветра на крутые и пологие кровли
Однако наличия данных только по среднестатистической ветровой нагрузке в конкретной местности недостаточно. При проектировании кровельных конструкций требуется учитывать множество других факторов – преобладающее направление ветра, наличия препятствий для его распространения (здания, естественные или искусственные барьеры и т.д.), высота дома.
Нагрузка снеговая
На угол наклона кровли оказывает влияние среднегодовое количество осадков в зимний период. Чем больше снежный покров зимой, тем круче должна быть кровельная система. В этом случае снег будет беспрепятственно сползать со скатов.
Рисунок 2. Образование снежного покрова на разных участках крыши
На пологих крышах скапливаются снеговые массы, что создает значительные весовые нагрузки на стропильную конструкцию и само покрытие.
Рисунок 3. Снеговые нагрузки для скатов с разным наклоном
Выбираем уклон в зависимости от используемого кровельного материала
Диапазон углов наклона крыш – 0-90°, тупоугольных конструкций не бывает по определению. При этом на практике уклон свыше 50° тоже делается крайне редко – преимущественно при декоративном оформлении (например, при сооружении разных башенок) и для скатов нижнего ряда стропил мансардной кровли.
Рисунок 4. Конструкция стропильной системы мансардной крыши
Уклон кровли может выражаться как в процентах, так и в градусах. Большинство производителей кровельных покрытий рекомендуемые значения указывают в градусах, поскольку они более понятны и для профессиональных кровельщиков, и для обычных потребителей.
Однако довольно часто в технической литературе и различных справочниках уклон обозначается в процентах. Поэтому надо иметь представление о том, как их перевести в градусы. Согласно строительным нормам 100 % равняются углу в 45°, тогда как 1° = 1,7 %. Зная эти данные, перевести уклон из процентов в градусы не составит особого труда.
Минимальный угол наклона
Все производители кровельных материалов в технической документации указывают минимальный уклон скатов кровли. Под этим параметром стоит понимать минимально допустимый угол наклона покрытия относительно горизонтального уровня.
У разных кровельных покрытий свой допустимый уклон, который определяется конструктивными и эксплуатационными особенностями материала:
- Гибкая черепица – не менее 12°, при этом требуется обустройство сплошной обрешетки из обрезной доски, OSB или фанеры.
Фото 5. Крыша из гибкой черепицы
Металлочерепица – от 14°, но практика показывает, что конструкции с уклоном до 35° склонны к скоплению снеговых масс на поверхности.
Фото 6. Внешний вид крыши из металлочерепицы
- Профнастил – не меньше 12°, при этом до 15° требуется двухволновой нахлест листов.
Фото 7. Кровля из профнастила
- Композитная черепица – не менее 15°, укладка выполняется на разреженную обрешетку.
Фото 8. Крыша из композитной черепицы
- Фальцевая кровля – от 11°, обеспечивается соединения отдельных картин методом закатывания фальцев.
Фото 9. Внешний вид фальцевой кровли
- Керамическая черепица и асбестоцементный шифер – не меньше 22°, требуется сооружение усиленной стропильной системы, поскольку данные материалы имеют большой вес. Чем меньше уклон, тем больше будет нагрузка на стропила от снежного покрова и воздействий порывов ветра.
Фото 10. Крыша из керамической черепицы
Фото 11. Шиферная кровля
Таблица 1. Сводные данные по минимально допустимым значениям наклона для крыш из разных материалов
%5D.jpg)