Проекты возводимых загородных особняков могут учитывать множество требований, пожеланий и даже причуд или «капризов» их владельцев владельца. Но всегда их «роднит» общая особенность — без надежной крыши никогда не обходится ни одно их зданий. И в этом вопросе на первый план должны выходить не столько архитектурные изыски заказчика, сколько специфические требования к этому элементу строения. Это надежность и устойчивость всей стропильной системы и кровельного покрытия, полноценное выполнение крышей своего прямого предназначения – защиты от проникновения влаги (а в ряде случаев, кроме того, еще и термо- и звукоизоляции), при необходимости – функциональность расположенных непосредственно под кровлей помещений.
Проектирование конструкции крыши – дело чрезвычайно ответственное и достаточно непростое, особенно при сложных ее конфигурациях. Разумнее всего будет доверить это дело профессионалам, которое владеют методикой проведения необходимых расчетов и соответствующим программным обеспечение для этого. Однако, владельцу дома тоже могут быть интересны некоторые теоретические моменты. Например, немаловажно знать, как рассчитать угол наклона крыши самостоятельно, хотя бы приблизительно — для начала.
Это даст возможность сразу прикинуть возможность реализации своих «авторских прикидок» — по соответствию задуманного реальным условиям региона, по «архитектуре» самой крыши, по планируемому кровельному материалу, по использованию чердачного помещения. В определенной степени рассчитанный угол ската кровли поможет провести предварительный подсчет параметров и количества пиломатериалов для стропильной системы, общей площади кровельного покрытия.
В каких величинах удобнее измерять угол ската крыши?
Казалось бы – совершенно излишний вопрос, так как все со школьной скамьи знают, что угол измеряется в градусах. Но ясность здесь все же нужна, потому что и в технической литературе, и в справочных таблицах, и в привычном обиходе некоторых опытных мастеров нередко встречаются и иные единицы измерения – проценты или же относительные соотношения сторон.
И еще одно необходимое уточнение — что принимается за угол наклона крыши?
Угол наклона – это угол, образованный пересечением двух плоскостей: горизонтальной и плоскостью ската кровли. На рисунке он показан буквой греческого алфавита α.
Интересующие нас острые углы (тупоугольных скатов не может быть просто по определению), лежит в диапазоне от 0 до 90°. Скаты круче 50 ÷ 60 ° в «чистом» виде встречаются чрезвычайно редко и то, как правило, для декоративного оформления крыш – при строительстве остроконечных башенок в готическом стиле. Однако есть и исключение – такими крутыми могут быть скаты нижнего ряда стропил крыши мансардного типа.
И все же чаще всего приходится иметь дело со скатами, лежащим в диапазоне от 0 до 45°
С градусами понятно – все, наверное, представляют транспортир с его делениями. А ка быть с другими единицами измерения?
Тоже ничего сложного.
Относительное соотношение сторон – это максимально упрощенная дробь, показывающая отношение высоты подъёма ската (на рисунке выше обозначена латинской Н) к проекции ската крыши на горизонтальную плоскость (на схеме – L).
L – это может быть, в зависимости от конструкции крыши, половина пролета (при симметричной двускатной крыше), пролет полностью (если крыша односкатная), либо, при сложных конфигурациях кровли, действительно линейный участок, определяемый проведенной к горизонтальной плоскости проекцией. Например, на схеме мансардной крыши такой участок хорошо показан – по горизонтальной балке от самого угла до вертикальной стойки, проходящей от верхней точки нижнего стропила.
Угол уклона так и записывается, дробью, например «1 : 3».
Однако, на практике нередко случается так, что использовать величину угла уклона в таком представлении будет чрезвычайно неудобен, если, скажем, числа в дроби получаются некруглые и несокращаемые. Например, мало что скажет неопытному строителю соотношение 3 : 11. На этот случай есть возможность воспользоваться еще одной величиной измерения уклона крыши – процентами.
Находится эта величина чрезвычайно просто – необходимо просто найти результат деления уже упомянутой дроби, а затем умножить его на 100. Например, в приведенном выше примере 3 : 11
3 : 11 = 0,2727 × 100 = 27,27 %
Итак, получена величина уклона ската кровли, выраженная в процентах.
А что делать, если требуется перейти от градусов к процентам или наоборот?
Можно запомнить такое соотношение. 100 % — это угол 45 градусов, когда катеты прямоугольного треугольника равны между собой, то есть в нашем случае высота ската равна длине его горизонтальной проекции.
В таком случае, 45° / 100 = 0,45° = 27´. Один процент уклона равен 27 угловым минутам.
Если подойти с другой стороны, то 100 / 45° = 2,22 %. То есть получаем, что один градус – это 2, 22% уклона.
Для простоты перевода величин из одних в другие можно воспользоваться таблицей:
| Значение в градусах | Значение в % | Значение в градусах | Значение в % | Значение в градусах | Значение в % |
|---|---|---|---|---|---|
| 1° | 2,22% | 16° | 35,55% | 31° | 68,88% |
| 2° | 4,44% | 17° | 37,77% | 32° | 71,11% |
| 3° | 6,66% | 18° | 40,00% | 33° | 73,33% |
| 4° | 8,88% | 19° | 42,22% | 34° | 75,55% |
| 5° | 11,11% | 20° | 44,44% | 35° | 77,77% |
| 6° | 13,33% | 21° | 46,66% | 36° | 80,00% |
| 7° | 15,55% | 22° | 48,88% | 37° | 82,22% |
| 8° | 17,77% | 23° | 51,11% | 38° | 84,44% |
| 9° | 20,00% | 24° | 53,33% | 39° | 86,66% |
| 10° | 22,22% | 25° | 55,55% | 40° | 88,88% |
| 11° | 24,44% | 26° | 57,77% | 41° | 91,11% |
| 12° | 26,66% | 27° | 60,00% | 42° | 93,33% |
| 13° | 28,88% | 28° | 62,22% | 43° | 95,55% |
| 14° | 31,11% | 29° | 64,44% | 44° | 97,77% |
| 15° | 33,33% | 30° | 66,66% | 45° | 100,00% |
Для наглядности будет полезным привести графическую схему, которая очень доступно показывает взаимосвязь всех упомянутых линейных параметров с углом ската и величинами его измерения.
К этому рисунку еще предстоит вернуться, когда будут рассматриваться виды кровельных покрытий.
Еще проще будет рассчитать крутизну и угол наклона ската. если воспользоваться встроенным калькулятором, размещенным ниже:
Калькулятор расчета крутизны ската по известному значению высоты конька
Перейти к расчётам
Зависимость типа кровельного покрытия от крутизны ската
Планируя постройку собственного дома, хозяин участка наверняка уже проводит «прикидку» и своей голове, и с членами семьи – как будет выглядеть их будущее жилье. Кровля в этом вопросе, безусловно, занимает одно из первостепенных значений. И вот здесь необходимо учитывать то, что далеко не всякий кровельный материал может использоваться на различных по крутизне скатах крыш. Чтобы не возникало недоразумений позднее, необходим заранее предусматривать эту взаимосвязь.
Крыши по углу наклона ската можно условно разделит на плоские (уклон до 5°), с малым уклоном (от 6 до 30°) и крутоуклонные, соответственно, с углом ската более 30°.
У каждого из типов крыш есть свои достоинства и недостатки. Например, плоские крыши имеют минимальную площадь, но потребуют особых мер гидроизоляции. На крутых крышах не задерживаются снежные массы, однако они больше подвержены ветровой нагрузке из-за своей «парусности». Так и кровельный материал – в силу собственных технологических или эксплуатационных особенностей имеет определенные ограничения на применения с разными уклонами скатов.
Обратимся к уже рассматриваемому ранее рисунку (схема A). Черными кружками с дугообразными стрелками и синими цифрами обозначены области применения различных кровельных покрытий (острие стрелки указывает на минимально допустимое значение крутизны ската):
1 – это дранка, щепа, натуральный гонт. В этой же области лежит и применение до сих пор используемых в южных краях камышовых кровель.
2 – натуральное штучное черепичное покрытие, битумно-полимерные плитки, сланцевые плитки.
3 – рулонные материалы на битумной основе, не менее четырёх слоев, с внешней гравийной посыпкой, утопленной в слой расплавленной мастики.
4 – аналогично пункту 3, но для надёжности кровли достаточно трех слоев рулонного материала.
5 – аналогичные вышеописанным рулонные материалы (не менее трех слоев), но без наружной защитной гравийной посыпки.
6 – рулонные кровельные материалы, наклеиваемые на горячую мастику не менее, чем в два слоя. Металлочерепица, профнастил.
7 – волнистые асбестоцементные листы (шифер) унифицированного профиля.
8 – черепичное глиняное покрытие
9 – асбестоцементные листы усиленного профиля.
10 – кровельная листовая сталь с развальцовкой соединений.
11 – шиферное покрытие обычного профиля.
Таким образом, если есть желание покрыть крышу кровельным материалом определенного типа, угол уклона ската должен планироваться в указанных рамках.
Зависимость высоты конька от угла наклона крыши
Для тех читателей, которые хорошо помнят курс тригонометрии средней школы, этот раздел может показаться неинтересным. Они могут сразу его пропустить и перейти дальше. А вот подзабывшим это нужно освежить знания о взаимозависимости углов и сторон в прямоугольном треугольнике.
Для чего это надо? В рассматриваемом случае возведения крыши всегда в расчетах отталкиваются от прямоугольного треугольника. Два его катета – это длина проекции ската на горизонтальную плоскость (длина пролета, половины пролета и т.п. – в зависимости от типа крыши) и высота ската в высшей точке (на коньке или при переходе на верхние стропила – при расчете нижних стропил мансардной крыши). Понятно, что постоянная величина здесь одна – это длина пролета. А вот высоту можно изменять, варьируя угол наклона крыши.
В таблице приведены две основные зависимости, выраженные через тангенс и синус угла наклона ската. Существуют и иные зависимости (через косинус или котангенс) но в данном случае нам достаточно этих двух тригонометрических функций.
| Графическая схема | Основные тригонометрические соотношения |
|---|---|
 |
Н – высота конька |
| S – длина ската крыши | |
| L – половина длины пролета (при симметричной двускатной крыше) или длина пролета (при односкатной крыше) | |
| α – угол ската крыши | |
| tg α = H / L | Н = L × tg α |
| sin α = H / S | S = H / sin α |
Зная эти тригонометрические тождества, можно решить практически все задачи по предварительному проектированию стропильной конструкции.
Так, если необходимо «плясать» от четко установленной высоты подъёма конька, то отношением tg α = H / L несложно будет определить угол.
По полученному делением числу в таблице тангенсов находят угол в градусах. Тригонометрические функции часто бывают заложены в инженерные калькуляторы, они есть в обязательном порядке в таблицах Exel (для тех, кто умеет работать с этим удобным приложением. Правда, там расчет ведется не в градусах, а в радианах). Но чтобы нашему читателю не приходилось отвлекаться на поиски нужных таблиц, приведем значение тангенсов в диапазоне от 1 до 80°.
| Угол | Значение тангенса | Угол | Значение тангенса | Угол | Значение тангенса | Угол | Значение тангенса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tg(1°) | 0.01746 | tg(21°) | 0.38386 | tg(41°) | 0.86929 | tg(61°) | 1.80405 |
| tg(2°) | 0.03492 | tg(22°) | 0.40403 | tg(42°) | 0.9004 | tg(62°) | 1.88073 |
| tg(3°) | 0.05241 | tg(23°) | 0.42447 | tg(43°) | 0.93252 | tg(63°) | 1.96261 |
| tg(4°) | 0.06993 | tg(24°) | 0.44523 | tg(44°) | 0.96569 | tg(64°) | 2.0503 |
| tg(5°) | 0.08749 | tg(25°) | 0.46631 | tg(45°) | 1 | tg(65°) | 2.14451 |
| tg(6°) | 0.1051 | tg(26°) | 0.48773 | tg(46°) | 1.03553 | tg(66°) | 2.24604 |
| tg(7°) | 0.12278 | tg(27°) | 0.50953 | tg(47°) | 1.07237 | tg(67°) | 2.35585 |
| tg(8°) | 0.14054 | tg(28°) | 0.53171 | tg(48°) | 1.11061 | tg(68°) | 2.47509 |
| tg(9°) | 0.15838 | tg(29°) | 0.55431 | tg(49°) | 1.15037 | tg(69°) | 2.60509 |
| tg(10°) | 0.17633 | tg(30°) | 0.57735 | tg(50°) | 1.19175 | tg(70°) | 2.74748 |
| tg(11°) | 0.19438 | tg(31°) | 0.60086 | tg(51°) | 1.2349 | tg(71°) | 2.90421 |
| tg(12°) | 0.21256 | tg(32°) | 0.62487 | tg(52°) | 1.27994 | tg(72°) | 3.07768 |
| tg(13°) | 0.23087 | tg(33°) | 0.64941 | tg(53°) | 1.32704 | tg(73°) | 3.27085 |
| tg(14°) | 0.24933 | tg(34°) | 0.67451 | tg(54°) | 1.37638 | tg(74°) | 3.48741 |
| tg(15°) | 0.26795 | tg(35°) | 0.70021 | tg(55°) | 1.42815 | tg(75°) | 3.73205 |
| tg(16°) | 0.28675 | tg(36°) | 0.72654 | tg(56°) | 1.48256 | tg(76°) | 4.01078 |
| tg(17°) | 0.30573 | tg(37°) | 0.75355 | tg(57°) | 1.53986 | tg(77°) | 4.33148 |
| tg(18°) | 0.32492 | tg(38°) | 0.78129 | tg(58°) | 1.60033 | tg(78°) | 4.70463 |
| tg(19°) | 0.34433 | tg(39°) | 0.80978 | tg(59°) | 1.66428 | tg(79°) | 5.14455 |
| tg(20°) | 0.36397 | tg(40°) | 0.8391 | tg(60°) | 1.73205 | tg(80°) | 5.67128 |
В случае, наоборот, когда за основу берется угол наклона кровли, высота расположения конька определяется по обратной формуле:
H = L × tg α
Теперь, имея значения двух катетов и угла наклона кровли, очень просто вычислить и требуемую длину стропила от конька до карнизного свеса. Можно применить теорему Пифагора
S = √ (L² + H²)
Или же, что, наверное, проще, так как уже известна величина угла, применить тригонометрическую зависимость:
S = H / sin α
Значение синусов углов — в таблице ниже.
| Угол | Значение синуса | Угол | Значение синуса | Угол | Значение синуса | Угол | Значение синуса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| sin(1°) | 0.017452 | sin(21°) | 0.358368 | sin(41°) | 0.656059 | sin(61°) | 0.87462 |
| sin(2°) | 0.034899 | sin(22°) | 0.374607 | sin(42°) | 0.669131 | sin(62°) | 0.882948 |
| sin(3°) | 0.052336 | sin(23°) | 0.390731 | sin(43°) | 0.681998 | sin(63°) | 0.891007 |
| sin(4°) | 0.069756 | sin(24°) | 0.406737 | sin(44°) | 0.694658 | sin(64°) | 0.898794 |
| sin(5°) | 0.087156 | sin(25°) | 0.422618 | sin(45°) | 0.707107 | sin(65°) | 0.906308 |
| sin(6°) | 0.104528 | sin(26°) | 0.438371 | sin(46°) | 0.71934 | sin(66°) | 0.913545 |
| sin(7°) | 0.121869 | sin(27°) | 0.45399 | sin(47°) | 0.731354 | sin(67°) | 0.920505 |
| sin(8°) | 0.139173 | sin(28°) | 0.469472 | sin(48°) | 0.743145 | sin(68°) | 0.927184 |
| sin(9°) | 0.156434 | sin(29°) | 0.48481 | sin(49°) | 0.75471 | sin(69°) | 0.93358 |
| sin(10°) | 0.173648 | sin(30°) | 0.5 | sin(50°) | 0.766044 | sin(70°) | 0.939693 |
| sin(11°) | 0.190809 | sin(31°) | 0.515038 | sin(51°) | 0.777146 | sin(71°) | 0.945519 |
| sin(12°) | 0.207912 | sin(32°) | 0.529919 | sin(52°) | 0.788011 | sin(72°) | 0.951057 |
| sin(13°) | 0.224951 | sin(33°) | 0.544639 | sin(53°) | 0.798636 | sin(73°) | 0.956305 |
| sin(14°) | 0.241922 | sin(34°) | 0.559193 | sin(54°) | 0.809017 | sin(74°) | 0.961262 |
| sin(15°) | 0.258819 | sin(35°) | 0.573576 | sin(55°) | 0.819152 | sin(75°) | 0.965926 |
| sin(16°) | 0.275637 | sin(36°) | 0.587785 | sin(56°) | 0.829038 | sin(76°) | 0.970296 |
| sin(17°) | 0.292372 | sin(37°) | 0.601815 | sin(57°) | 0.838671 | sin(77°) | 0.97437 |
| sin(18°) | 0.309017 | sin(38°) | 0.615661 | sin(58°) | 0.848048 | sin(78°) | 0.978148 |
| sin(19°) | 0.325568 | sin(39°) | 0.62932 | sin(59°) | 0.857167 | sin(79°) | 0.981627 |
| sin(20°) | 0.34202 | sin(40°) | 0.642788 | sin(60°) | 0.866025 | sin(80°) | 0.984808 |
Для тех же читателей, кто просто не хочет погружаться в самостоятельные тригонометрические расчеты, рекомендуем встроенный калькулятор, который быстро и точно определит длину ската кровли (без учета карнизного свеса) по имеющимся значениям высоты конька и длины горизонтальной проекции ската.
Калькулятор расчета длины ската кровли по известному значению высоты конька
Умелое использование тригонометрических формул позволяет, при нормальном пространственном воображении и при умении выполнять несложные чертежи, провести расчеты и более сложным по конструкции крыш.
Например, даже кажущуюся такой «навороченной» вальмовую или мансардную крышу можно разбить на совокупности треугольников, а затем последовательно просчитать все необходимые размеры.
Зависимость размеров помещения мансарды от угла наклона скатов крыши
Если хозяевами будущего дома планируется использовать чердак в качестве функционального помещения, иначе говоря – сделать мансарду, то определение угла ската крыши приобретает вполне прикладное значение.
Много объяснять здесь ничего не надо – приведённая схема наглядно показывает, что чем меньше угол наклона, тем теснее свободное пространство в чердачном помещении.
Чтобы стало несколько понятнее, лучше выполнить подобную схему в определенном масштабе. Вот, например, как будет выглядеть мансардное помещение в доме с шириной фронтонной части 10 метров. Следует учитывать, что высота потолка никак не может быть ниже 2 метров. (Откровенно говоря, и двух метров маловато для жилого помещения– потолок будет неизбежно «давить» на человека. Обычно исходят из высоты хотя-бы 2.5 метра).
Можно привести уже подсчитанные средние значения получаемой в мансарде комнаты, в зависимости от угла наклона обычной двускатной крыши. Кроме того, в таблице приведены величины длины стропил и площади кровельного материала с учетом 0,5 метров карнизного свеса кровли.
| Угол ската крыши | Высота конька | Длина ската | Полезная площадь мансардного помещения на 1 метр длины здания (при высоте потолка 2 м) | Площадь кровельного покрытия на 1 метр длины здания |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 1.82 | 5.32 | нет | 11.64 |
| 25 | 2.33 | 5.52 | 0.92 | 12.03 |
| 30 | 2.89 | 5.77 | 2.61 | 12.55 |
| 35 | 3.50 | 6.10 | 3.80 | 13.21 |
| 40 | 4.20 | 6.53 | 4.75 | 14.05 |
| 45 | 5.00 | 7.07 | 5.52 | 15.14 |
| 50 | 5.96 | 7.78 | 6.16 | 16.56 |
Итак, чем круче наклон скатов, тем просторнее помещение. Однако, это сразу отзывается резким увеличением высоты стропильной конструкции, возрастанием размеров, а стало быть – и массы деталей для ее монтажа. Гораздо больше потребуется и кровельного материала – площадь покрытия также быстро растет. Плюс к этому, нельзя забывать и о возрастании эффекта «парусности» — большей подверженности ветровой нагрузке. Видам внешних нагрузок будет посвящена последняя глава настоящей публикации.
Чтобы в определенной степени нивелировать подобные негативные последствия, проектировщики и строители часто применяют особую конструкцию мансардной крыши – о ней уже упоминалось в настоящей статье. Она сложнее в расчетах и изготовлении, но дает существенный выигрыш в получаемой полезной площади мансардного помещения с уменьшением общей высоты здания.
Зависимость величины внешних нагрузок от угла наклона крыши
Еще одно важнейшее прикладное применение рассчитанного значения угла наклона кровли – это определение степени его влияния на уровень внешних нагрузок, выпадающих на конструкцию крыши.
Здесь прослеживается интересная взаимосвязь. Можно заранее рассчитать все параметры – углы и линейные размеры, но всегда в итоге приходят к деталировке. То есть необходимо определить, из какого материала будут изготавливаться детали и узлы стропильной системы, какова должна быть их площадь сечения, шаг расположения, максимальная длина между соседними точками опоры, способы крепления элементов между собой и к несущим стенам здания и многое другое.
Вот здесь на первый план выходят нагрузки, которые испытывает конструкция крыши. Помимо собственного веса, огромное значение имеют внешние воздействия. Если не брать в расчет несвойственные для наших краев сейсмические нагрузки, то главным образом надо сосредоточится на снеговой и ветровой. Величина обеих – напрямую связана с углом расположения кровли к горизонту.
Снеговая нагрузка
Понятно, что на огромной территории Российской Федерации среднестатистическое количество выпадаемых в виде снега осадков существенно различается по регионам. По результатам многолетних наблюдений и вычислений, составлена карта территории страны, на которой указаны восемь различных зон по уровню снеговой нагрузки.
Восьмая, последняя зона – это некоторые малозаселенные районы Дальнего Востока, и ее можно особо не рассматривать. Значения же для других зон – указаны в таблице
| Зональное распределение территории РФ по среднему значению снеговой нагрузки | Значение в кПа | Значение в кг/м² |
|---|---|---|
| I | 0.8 кПа | 80 кг/м² |
| II | 1.2 кПа | 120 кг/м² |
| III | 1.8 кПа | 180 кг/м² |
| IV | 2.4 кПа | 240 кг/м² |
| V | 3.2 кПа | 320 кг/м² |
| VI | 4.0 кПа | 400 кг/м² |
| VII | 4.8 кПа | 480 кг/м² |
Теперь, чтобы рассчитать конкретную нагрузку для планируемого здания, необходимо воспользоваться формулой:
Рсн = Рсн.т × μ
Рсн.т – значение, которое мы нашли с помощью карты и таблицы;
Μ – поправочный коэффициент, который зависит от угла ската α
- при α от 0 до 25° — μ=1
- при α более 25 и до 60° — μ=0,7
- при α более 60° снеговую нагрузку в расчет не принимают, так как снег не должен удерживаться на плоскости скатов кровли.
Например, дом возводится в Башкирии. Планируемая скатов его крыши – 35°.
Находим по таблице – зона V, табличное значение — Рсн.т = 3,2 кПа
Находим итоговое значение Рсн = 3.2 × 0,7 = 2,24 кПа
(если значение нужно в килограммах на квадратный метр, то используется соотношение
1 кПа ≈ 100 кг/м²
В нашем случае получается 224 кг/м².
Ветровая нагрузка
С ветровой нагрузкой все обстоит намного сложнее. Дело в том, что она может быть разнонаправленной – ветер способен оказывать давление на крышу, прижимая ее к основанию, но вместе с тем возникают аэродинамические «подъемные» силы, стремящиеся оторвать кровлю от стен.
Кроме того, ветровая нагрузка воздействует на разные участки крыши неравномерно, поэтому знать только среднестатистический уровень ветровой нагрузки – недостаточно. В расчет принимаются господствующие направления ветров в данной местности («роза ветров»), степень насыщенности участка местности препятствиями для распространения ветра, высота здания и окружающих его строений, другие критерии.
Примерный порядок подсчета ветровой нагрузки выглядит следующим образом.
В первую очередь, по аналогии с ранее проведёнными расчетами, на карте определяется регион РФ и соответствующая ему зона.
Далее, по таблице можно определить среднее для конкретного региона значение ветрового давления Рвт
| Региональное распределение территории РФ по уровню средней ветровой нагрузки | Iа | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Табличное значение ветрового давления, кг/м ² (Рв) | 24 | 32 | 42 | 53 | 67 | 84 | 100 | 120 |
Далее расчет проводится по следующей формуле:
Рв = Рвт × k × c
Рвт – табличное значение ветрового давления
k – коэффициент, учитывающий высоту здания и характер местности вокруг него. Определяют его по таблице:
| Высота возводимого здания (сооружения) (z) | Зона А | Зона Б | Зона В |
|---|---|---|---|
| не более 5 м | 0.75 | 0.5 | 0.4 |
| от 5 до 10 м | 1.0 | 0.65 | 0.4 |
| от 10 до 20 м | 1.25 | 0.85 | 0.55 |
| от 20 до 40 м | 1.5 | 1.1 | 0.8 |
В таблице указаны три различные зоны:
- Зона «А» — открытая «голая» местность, например, степь, пустыня, тундра или лесотундра, полностью открытые ветровому воздействию побережья морей и океанов, крупных озер, рек, водохранилищ.
- Зона «Б» — территории жилых поселков, небольших городов, лесистые и пересеченные участки местности, с препятствиями для ветра, естественными или искусственными, высотой порядка 10 метров.
- Зона «В» — территории крупных городов с плотной застройкой, со средней высотой зданий 25 метров и выше.
Дом считается соответствующим именно этой зоне, если указанные характерные особенности расположены в радиусе не менее, чем высота здания h, умноженная на 30 (например, для дома 12 м радиус зоны должен быть не мене 360 м). При высоте здания выше 60 м принимается окружность радиусом 2000 м.
c – а вот это – тот самый коэффициент, который и зависит от направления ветра на здание и от угла наклона крыши.
Как уже упоминалось, в зависимости от направления воздействия и особенностей крыши ветер может давать разнонаправленные векторы нагрузки. На схеме ниже приведены зоны ветрового воздействия, на которые обычно делится площадь крыши.
Обратите внимание – фигурирует промежуточная вспомогательная величина е. Ее принимают равной либо 2 × h, либо b, в зависимости от направления ветра. В любом случае, из двух значений берут то, что будет меньше.
Коэффициент с для каждой из зон берут из таблиц, в который учтен угол уклона кровли. Если для одного участка предусмотрены и положительное и отрицательное значения коэффициента, то проводятся оба вычисления, а затем данные суммируются.
Таблица коэффициента «с» для ветра, направленного в скат кровли
| Угол ската кровли ( α) | F | G | H | I | J |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 ° | – 0,9 | -0.8 | – 0.3 | -0.4 | -1.0 |
| 0.2 | 0.2 | 0.2 | |||
| 30 ° | -0.5 | -0.5 | -0.2 | -0.4 | -0.5 |
| 0.7 | 0.7 | 0.4 | |||
| 45 ° | 0.7 | 0.7 | 0.6 | -0.2 | -0.3 |
| 60 ° | 0.7 | 0.7 | 0.7 | -0.2 | -0.3 |
| 75 ° | 0.8 | 0.8 | 0.8 | -0.2 | -0.3 |
Таблица коэффициента «с» для ветра, направленного во фронтонную часть
| Угол ската кровли ( α) | F | G | H | I |
|---|---|---|---|---|
| 0 ° | -1.8 | -1.3 | -0.7 | -0.5 |
| 15 ° | -1.3 | -1.3 | -0.6 | -0.5 |
| 30 ° | -1.1 | -1.4 | -0.8 | -0.5 |
| 45 ° | -1.1 | -1.4 | -0.9 | -0.5 |
| 60 ° | -1.1 | -1.2 | -0.8 | -0.5 |
| 75 ° | -1.1 | -1.2 | -0.8 | -0.5 |
Вот теперь то, подсчитав ветровую нагрузку, можно будет определить суммарное внешнее силовое воздействие для каждого участка крыши.
Рсум = Рсн + Рв
Полученное значение становится исходной величиной для определения параметров стропильной системы. В частности, в таблице, приведенной ниже, можно найти значения допустимой свободной длины стропил между точками опоры, в зависимости от сечения бруса, расстояния между стропилами, сорта материала (древесины хвойных пород) и, соответственно, уровня суммарной ветровой и снежной нагрузки.
| Сорт древесины | Сечение стропил (мм) | Расстояние между соседними стропилами (мм) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 300 | 400 | 600 | 300 | 400 | 600 | ||
| суммарная нагрузка (снеговая + ветровая) | 1.0 кПа | 1.5 кПа | |||||
| Древесина высшего сорта | 40×89 | 3.22 | 2.92 | 2.55 | 2.81 | 2.55 | 2.23 |
| 40×140 | 5.06 | 4.60 | 4.02 | 4.42 | 4.02 | 3.54 | |
| 50×184 | 6.65 | 6.05 | 5.28 | 5.81 | 5.28 | 4.61 | |
| 50×235 | 8.50 | 7.72 | 6.74 | 7.42 | 6.74 | 5.89 | |
| 50×286 | 10.34 | 9.40 | 8.21 | 9.03 | 8.21 | 7.17 | |
| I или II сорт | 40×89 | 3.11 | 2.83 | 2.47 | 2.72 | 2.47 | 2.16 |
| 40×140 | 4.90 | 4.45 | 3.89 | 4.28 | 3.89 | 3.40 | |
| 50×184 | 6.44 | 5.85 | 5.11 | 5.62 | 5.11 | 4.41 | |
| 50×235 | 8.22 | 7.47 | 6.50 | 7.18 | 6.52 | 5.39 | |
| 50×286 | 10.00 | 9.06 | 7.40 | 8.74 | 7.66 | 6.25 | |
| III сорт | 40×89 | 3.06 | 2.78 | 2.31 | 2.67 | 2.39 | 1.95 |
| 40×140 | 4.67 | 4.04 | 3.30 | 3.95 | 3.42 | 2.79 | |
| 50×184 | 5.68 | 4.92 | 4.02 | 4.80 | 4.16 | 3.40 | |
| 50×235 | 6.95 | 6.02 | 4.91 | 5.87 | 5.08 | 4.15 | |
| 50×286 | 8.06 | 6.98 | 6.70 | 6.81 | 5.90 | 4.82 | |
| суммарная нагрузка (снеговая + ветровая) | 2.0 кПа | 2.5 кПа | |||||
| Древесина высшего сорта | 40×89 | 4.02 | 3.65 | 3.19 | 3.73 | 3.39 | 2.96 |
| 40×140 | 5.28 | 4.80 | 4.19 | 4.90 | 4.45 | 3.89 | |
| 50×184 | 6.74 | 6.13 | 5.35 | 6.26 | 5.69 | 4.97 | |
| 50×235 | 8.21 | 7.46 | 6.52 | 7.62 | 6.92 | 5.90 | |
| 50×286 | 2.47 | 2.24 | 1.96 | 2.29 | 2.08 | 1.82 | |
| I или II сорт | 40×89 | 3.89 | 3.53 | 3.08 | 3.61 | 3.28 | 2.86 |
| 40×140 | 5.11 | 4.64 | 3.89 | 4.74 | 4.31 | 3.52 | |
| 50×184 | 6.52 | 5.82 | 4.75 | 6.06 | 5.27 | 4.30 | |
| 50×235 | 7.80 | 6.76 | 5.52 | 7.06 | 6.11 | 4.99 | |
| 50×286 | 2.43 | 2.11 | 1.72 | 2.21 | 1.91 | 1.56 | |
| III сорт | 40×89 | 3.48 | 3.01 | 2.46 | 3.15 | 2.73 | 2.23 |
| 40×140 | 4.23 | 3.67 | 2.99 | 3.83 | 3.32 | 2.71 | |
| 50×184 | 5.18 | 4.48 | 3.66 | 4.68 | 4.06 | 3.31 | |
| 50×235 | 6.01 | 5.20 | 4.25 | 5.43 | 4.71 | 3.84 | |
| 50×286 | 6.52 | 5.82 | 4.75 | 6.06 | 5.27 | 4.30 |
Понятно, что при расчете сечения стропил, шага их установки и длины пролета (расстояния межу точками опоры), берутся показатели суммарного внешнего давления для наиболее нагруженных участков кровли. Если посмотреть на схемы и значения коэффициентов таблицы, то это – G и Н.
Чтобы упростить посетителю сайта задачу по вычислению суммарной нагрузки, ниже размещен калькулятор, который рассчитает этот параметр именно для максимально нагруженных участков.
Калькулятор расчета суммарной, снеговой и ветровой нагрузки для определения необходимого сечения стропил
Перейти к расчётам
Укажите угол ската кровли
Определите по карте и укажите зону своего региона по уровню снеговой нагрузки
Определите по карте и укажите зону своего региона по уровню ветрового давления
Укажите зону расположения здания
• Зона «А» – открытая «голая» местность, например, степь, пустыня, тундра или лесотундра, полностью открытые ветровому воздействию побережья морей и океанов, крупных озер, рек, водохранилищ.
• Зона «Б» – территории жилых поселков, небольших городов, лесистые и пересеченные участки местности, с препятствиями для ветра, естественными или искусственными, высотой порядка 10 метров.
• Зона «В» – территории крупных городов с плотной застройкой, со средней высотой зданий 25 метров и выше.
Укажите высоту расположения кровли над землей
Укажите направление ветра – в скат или во фронтон
– в скат кровли
– во фронтон
Итак, трудно преуменьшить значение правильного расчета угла наклона крыши, влияние этого параметра на целый ряд важнейших характеристик стропильной системы, да и всего здания в целом. Хотя проведение настоящих архитектурных расчетов, конечно, является в большей мере прерогативой специалистов, умение ориентироваться в основных понятиях и проводить несложные базовые вычисления – будет очень полезным для каждого грамотного владельца дома.
И в завершение статьи – видео-урок по расчету стропильной системы обычной двускатной крыши:
Видео: расчёт и монтаж двускатной стропильной системы
Уклон скатов крыши – от чего зависит и в чём он измеряется.
Такой немаловажный для крыши факт – её уклон. Уклон крыши – это угол наклона кровли относительно горизонтального уровня. По углу наклона скатов крыши бывают малоуклонные (пологие), средней наклонности и крыши с крутыми (сильноуклонными) скатами.
Малоуклонная крыша та крыша, монтаж которой осуществляется из расчёта наименьшего, рекомендованного угла наклона скатов. Так для каждого кровельного покрытия есть свой рекомендуемый минимальный уклон.
От чего зависит уклон кровли
- От способности крыши защищать строение от внешних факторов и воздействий.
- От ветра – чем больше уклон крыши, тем больше значение приходящихся ветровых нагрузок. При крутых уклонах уменьшается сопротивляемость ветру, повышается парусность. В регионах и местах с сильными ветрами рекомендуется применять минимальный уклон крыши, чтоб уменьшить нагрузки на несущие конструкции крыши.
- От кровельного покрытия (материала) – Для каждого кровельного материала существует свой минимальный угол наклона, при котором можно использовать данный материал.
- От архитектурных задумок, решений, местных традиций – так в разных регионах отдаётся предпочтение для той или иной конструкции крыши.
- От атмосферных осадков: снеговых нагрузок и дождей в регионе. На крышах с большим уклоном не будет скапливаться в огромных количествах снег, грязь и листья.
В чем измеряется угол уклона крыши
Обозначение уклона кровли на чертежах может быть как в градусах, так и в процентах. Уклон крыши обозначается латинской буквой i.
В СНиП II-26-76, данная величина указывается в процентах ( % ). В данный момент не существует строгих правил по обозначению размера уклона крыши.
Единицей измерения уклона крыши считают градусы или проценты ( %). Их соотношение указаны ниже в таблице.
Уклон крыши соотношение градусы-проценты
| градусы | % | градусы | % | градусы | % | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1° | 1,75% | 16° | 28,68% | 31° | 60,09% | ||
| 2° | 3,50% | 17° | 30,58% | 32° | 62,48% | ||
| 3° | 5,24% | 18° | 32,50% | 33° | 64,93% | ||
| 4° | 7,00% | 19° | 34,43% | 34° | 67,45% | ||
| 5° | 8,75% | 20° | 36,39% | 35° | 70,01% | ||
| 6° | 10,51% | 21° | 38,38% | 36° | 72,65% | ||
| 7° | 12,28% | 22° | 40,40% | 37° | 75,35% | ||
| 8° | 14,05% | 23° | 42,45% | 38° | 78,13% | ||
| 9° | 15,84% | 24° | 44,52% | 39° | 80,98% | ||
| 10° | 17,64% | 25° | 46,64% | 40° | 83,90% | ||
| 11° | 19,44% | 26° | 48,78% | 41° | 86,92% | ||
| 12° | 21,25% | 27° | 50,95% | 42° | 90,04% | ||
| 13° | 23,09% | 28° | 53,18% | 43° | 93,25% | ||
| 14° | 24,94% | 29° | 55,42% | 44° | 96,58% | ||
| 15° | 26,80% | 30° | 57,73% | 45° | 100% |
Замер уклона крыши
Измеряют угол уклона при помощи уклономера или же математическим способом.
Уклономер – это рейка с рамкой, между планками которой есть ось, шкала деления и к которой закреплён маятник. Когда рейка находится в горизонтальном положении, на шкале показывает ноль градусов. Чтобы произвести замер уклона ската крыши, рейку уклономера держат перпендикулярно коньку, то есть в вертикальном уровне. По шкале уклономера маятник указывает, какой уклон у данного ската крыши в градусах. Такой метод замера уклона стал уже менее актуален, так как сейчас появились разные геодезические приборы для замеров уклонов, а так же капельные и электронные уровни с уклономерами.
Математический расчёт уклона
Можно рассчитать уклон крыши не используя геодезические и другие приборы для замеров уклона. Для этого необходимо знать два размера:
- Вертикальная высота ( H ) от верхней точки ската (как правило конька) до уровня нижней (карниза)
- Заложение ( L ) – горизонтальное расстояние от нижней точки ската до верхней
При помощи математического расчёта величину уклона крыши находит следующим образом:
Угол уклона ската i равен отношению высоты кровли Н к заложению L
i = Н : L
Для того, чтобы значение уклона выразить в процентах, это отношение умножают на 100. Далее,чтобы узнать значение уклона в градусах, переводим по таблице соотношений, расположенной выше.
Чтобы было понятней рассмотрим на примере:
Пусть будет:
Длина заложения 4,5 м, высота крыши 2,0 м.
Уклон равен: i = 2.0 : 4,5 = 0,44 теперь умножим на × 100 = 44 %. Переводим данное значение по таблице в градусы и получаем – 24°.
Минимальный уклон для кровельных материалов (покрытий)
| Вид кровли | Минимальный уклон крыши | ||
|---|---|---|---|
| в градусах | в % | в соотношении высоты ската к заложению | |
| Кровли из рулонных битумных материалов: 3-х и 4-х слойные (наплавляемая кровля) | 0-3° | до 5% | до 1:20 |
| Кровли из рулонных битумных материалов: 2-х слойные (наплавляемая кровля) | от | 15 | |
| Фальцевая кровля | от 4° | ||
| Ондулин | 5° | 1:11 | |
| Волнистые асбоцементные листы (шифер) | 9° | 16 | 1:6 |
| Керамическая черепица | 11° | 1:6 | |
| Битумная черепица | 11° | 1:5 | |
| Металлочерепица | 14° | ||
| Цементно-песчанная черепица | 34° | 67% | |
| Деревянная кровля | 39° | 80% | 1:1.125 |
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°;
Скатные – 30-45°;
Пологие – 10-30°;
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°;
Ондулин – от 6°;
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:
tg a = H / L
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:
H = L * tg a
Таким образом, процесс вычисления угла наклона значительно проще и быстрее, чем анализ всех совокупностей для определения его оптимального значения для конкретного региона и здания.
Заключение
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 👍
Вам может быть полезна статья:
Чертежи для создания самой эффективной буржуйки.
Вывод канализации из дома: сделаем дом комфортным.
Армопояс под мауэрлат для каменного дома: Расскажу зачем нужен и как его сделать.
Особенности планировки при проектировании. Советы нашего архитектора.
Правильная отмостка фундамента: делюсь своим опытом, сделаете за пол дня!
Потолок в парилке: заставим пар остаться в бане.
Интересно узнать ваше мнение✅ пишите в комментариях, давайте обсудим 👇
