Скатные крыши представлены конструкциями с уклоном от 8-10° и выше в 1,2,4 и несколько сторон, обеспечивающим свободный сход талых и ливневых вод.
При желании и сравнительно простом исполнении каркаса расчет можно выполнить своими силами, после определения нагрузки и других требований к крыше, а также условий ее эксплуатации.
Что нужно учитывать при проектировании?
Исходными данными для расчета служат:
- Геометрические параметры постройки (расстояние между несущими стенами, наличие перегородок, высота аттиковых или мансардных стен).
- Климатические условия эксплуатации скатов (снеговая и ветровая нагрузка, количество и частота осадков в регионе, средняя температура воздуха).
- Назначение крыши (требования к вентиляции, планы на использование внутреннего пространства, потребность в утеплении или дополнительном остеклении).
- Ориентировочный вес кровельного покрытия и других материалов пирога.
Строительство начинается при наличии готового проекта, т.е. после подбора оптимальной конструкции и уклона, расчета площади, длины и высоты каждого ската. Именно эти показатели служат основой при определении нагрузки, сечения и шага элементов каркаса, количества материалов и сметы строительства.
В ходе расчета учитывается потребность в быстром, но безопасном сходе осадков, низкой парусности, прочности и внешней привлекательности крыши.
Определение угла наклона
Подбор оптимального наклона считается главной задачей расчета, этот параметр оказывает прямое влияние на смету и определяется после учета всех факторов влияния. В теории малоуклонные конструкции обходятся дешевле, но такое исполнение не всегда возможно.
Уклон кровельного покрытия определяется специалистами как мера крутизны. Данный показатель представляет собой отношение вертикального подъёма кровли к ее горизонтальному пролету, или пробегу, поэтому часто выражается в градусах или в виде отношения.
Между этими параметрами существуют определённые отношения, некоторые из них представлены в таблице:
Угол ската, град | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 |
Примерное отношение крутизны ската | 1:11,5 | 1:5,5 | 1:4,3 | 1:2,8 | 1:1,7 |
Чем больше второе число (протяжённость) в соотношении, тем более пологой будет крыша. Второе число — это горизонтальная площадь кровельного покрытия, обычно измеряемая в расчёте на единицу длины (метр).
Фактический уклон можно определить весьма просто, с помощью линейки и уровня, но обычно угол ската устанавливают расчётным путём, исходя из практической целесообразности, соображений безопасности и эстетического восприятия будущего дома.
Расчётный метод определения угла ската используется на стадии проектирования дома. Исходными данными являются ширина дома и желаемый угол уклона крыши. Последний параметр должен назначаться не ниже, чем угол трения, определяющий самопроизвольное скатывание влаги с поверхности кровли.
- Для гладких кровельных материалов (например, профилированного настила или иного вида рулонного покрытия) он должен составлять не менее 14…150, иначе влага или свежевыпавший снег могут застаиваться в угловых элементах кровли.
- Для более шероховатых материалов, имеющих, к тому же, дуги или рифления (например, шифер) угол ската увеличивают на 3…50.
Таким образом, для определения угла ската α назначаются размеры прямоугольного треугольника, известными величинами которого являются желаемая высота чердака/мансарды Н и ширина дома В. Тогда тангенс угла наклона tg α = 2H/В.
Например, при наибольшей высоте Н = 3 м и ширине дома В = 8 м (предполагается, что продольная ось стропил совпадает с осью симметрии) tg α = 6/8 = 0,75. Этому числу соответствует угол α ≈370. Если полученное значение угла не удовлетворяет, соответственно корректируют размеры Н и В.
В практике расчётов не всегда имеется возможность применить инженерный калькулятор. Тогда для расчётов по вышеописанной методике используют четырёхзначные математические таблицы Брадиса. В частности, значение угла α ≈370 из предыдущего примера определится по табл.IX находим значение tg α = 6/8 = 0,75, и по ближайшему числу (0,7536) принимаем фактическое значение угла ската.
Отметим, что данный угол можно определять и с помощью приложений, установленных на смартфон, например, Roof Pitch от VELUX, которое доступно как для iPhone, так и для Android. Возможно, вам будет интересно узнать каким должен быть минимальный и оптимальный угол наклона односкатной крыши.
Сбор нагрузок
При сборе нагрузок на скатную крышу суммируются:
- Собственный вес кровельных конструкций (каркаса, обрешетки и всех слоев пирога). Параметры рассчитываются по предварительному эскизу, данным производителей и таблицам плотности.
- Ветровая нагрузка, также определяемая по климатическим картам проживания.
- Временная эксплуатационная нагрузка (от 70 кг/м² при планировании редкого перемещения по поверхности крыши и от 145 и более – при необходимости частого перемещения).
Временная снеговая нагрузка, определяемая по формуле:
So = 0,7μSg, где:
- μ – коэф. зависящий от крутизны скатов;
- Sg – средний вес 1 м² снежного покрова в регионе.
Каждая из перечисленных нагрузок умножается на коэф. надежности (табличная величина, не ниже 1,1). При сомнении в используемых формулах нагрузку на скаты стоит проверить с помощью кровельного калькулятора.
Влияние ветровой нагрузки учитывается отдельно: в регионах с сильными ветрами уклон скатов по возможности поддерживается в среднем диапазоне. Это объясняется склонностью к подъему ветром чрезмерно пологих крыш через низ (в том числе – при чрезмерной площади карнизного свеса) и опрокидыванию и отрыву материалов на крутых скатах.
Но в целом этот фактор скорее влияет на требования к крепежам и устойчивости конструкции, а не на сам уклон. В районах с равным влиянием снеговых и ветровых нагрузок угол кровли подбирают в универсальном диапазоне от 20 до 45°.
Кровельный материал
Практически все современные кровельные покрытия подходят для монтажа на скатные крыши, но минимально допустимый и оптимальный уклон отличаются у разных видов.
Это же относится к требованиям к основанию под кровельные материалы. На выбор влияет несколько факторов: типы крыш, их оформление, эксплуатационные возможности кровельного материала и т.д.
Кроме того, обязательно учитываются:
- Климатические особенности местности.
- Допустимая нагрузка на стропила и подстропильные элементы.
- Выбранный угол ската крыши.
- Долговечность.
- Ремонтопригодность и трудоёмкость текущего обслуживания.
- Суммарные затраты на приобретение и монтаж.
Распространённые виды кровельного покрытия:
- Рулонная кровля из модифицированного битума идеально подходит для кровель с небольшим уклоном, тогда вода не будет просачиваться.
- Битумная черепица, наоборот, не подходит для небольших значений угла уклона или вовсе без него, так как не создаёт необходимого водонепроницаемого барьера.
- Крыши с крутыми уклонами (более 20…250) лучше всего подходят для установки шифера, поскольку вода, попадая в ложбины между волнами, стекает с большей скоростью.
- В свою очередь, металлическая кровля пригодна для укладки и на малых скатах, поскольку с гладкой поверхности стали избыточная влага легко скатывается.
- Кровельные материалы на основе синтетического каучука можно использовать и на покрытиях с малым уклоном, где традиционная черепица не работает.
Анализируя все «за» и «против», останавливаемся на одном из оптимальных видов кровельного покрытия.
Основные требования к углу наклона относительно типа кровельного покрытия изложены в СНиП II-26-76. При правильном подходе требования технологии монтажа покрытий уточняются заранее и учитываются при выборе оптимального угла скатов.
Разновидности наклонов
Хотя категории уклона кровли строго не определены, обычно их можно сгруппировать следующим образом:
- Плоская. Вообще говоря, ни одна крыша не может быть по-настоящему плоской, поскольку они имеют хотя бы небольшой наклон, чтобы обеспечить отвод воды, и, таким образом, плоскими условно считают кровлю с уклоном до 1:11,5.
- Кровли с малым уклоном. Сюда включают строения, угол ската покрытия у которых – не менее 1:5. Такие крыши требуют специальных материалов и технологий их укладки, предотвращающих возможные протечки. По плоским и пологим покрытиям легко ходить, но они гораздо менее эффективны для самопроизвольного удаления дождя и снега.
- Кровли со средним наклоном – от 1:4 до 1:2,5. Они обеспечивают хороший баланс между стеканием воды и снега и легкостью доступа на кровлю, поэтому получили самое широкое распространение.
- Кровли с крутыми скатами, менее 1:2. Их иногда называют французскими (видимо, за визуальную привлекательность), но в наших условиях обустройство такой кровли потребует дополнительных креплений, а передвигаться по крутым скатам затруднительно и даже опасно. С экономической точки зрения строительство высокой скатной крыши стоит дороже, поскольку вертикальный угол означает, что пролёт длиннее, и для её строительства потребуется больше материалов.
- Кровли с обратным скатом, боковой вид которых напоминает букву V. Они фактически представляют собой большую воронку, расположенную в центральной части кровли, и предназначенную для облегчения ливнестока. Особого распространения такое исполнение кровли не получило.
Таким образом, ключевым фактором при выборе уклона кровли является климатическая зона строительства. Если вы проживаете в зоне, где часто выпадают осадки значительной интенсивности, то вам понадобится крыша с более высоким скатом, чтобы защитить её от массы избыточной влаги. И наоборот.
Помимо этого, при выборе уклона учитывается число скатов, сложность конфигурации и назначение кровли:
- Одно- и двухскатные конструкции закладываются с минимально допустимым уклоном в регионах без снега и наоборот. При планировании заложении под ними жилой мансарды уклон поднимают до 40 ° и выше (каким должен быть уклон односкатной крыши из профнастила?).
- Ломанные кровли зачастую имеют крутые (60-85°) нижние скаты и среднеуклонные (25-30°) верхние.
- Вальмовые и полувальмовые виды лучше противостоят осадкам и привлекательнее выглядят при уклоне от 30°. Больше о том, от чего зависит уклон вальмовой крыши и как вычисляется, читайте тут, а из этой статьи вы узнаете об особенностях проектирования такой кровли с 3 скатами.
- Щипцовые и комбинированные конструкции чаще всего имеют крутые скаты, не задерживающие осадков.
Подробно об особенностях стропильной системы четырехскатной крыши мы рассказывали здесь.
Единицы измерения
Уклоном ската называют угол, образуемый пересечением его плоскости с горизонталью крыши. Традиционно его единицы измерения указываются в градусах, но в ряде случаев застройщикам проще работать с процентными или числовыми соотношениями.
В частности, но нормам СНиП крыша считается скатной при отношении высоты крыши к ее длине 1:7, что в свою очередь соответствует 8° или 14% уклона. 100% уклоном ската считается угол в 45°.
В численном соотношении уклон находится путем деления высоты скатной крыши на длину ее заложения, для перевода ед.измерения в проценты результат умножается на 100, для перевода в градусы – используются конвекторы или таблицы.
Оптимальное и минимальное значение
Главным ориентиром служат рекомендации производителей. Минимальное значение ограничивается требованиями к герметичности (отклонение в меньшую сторону приводит к протечкам). Оптимальный диапазон зависит от парусности, полезной площади, склонности к удержанию снега и привлекательности кровельных покрытий.
Вид кровельного материала | Минимальный угол наклона | Оптимальный диапазон | ||
° | % | ° | % | |
Металлочерепица | 14 | 24,9 | от 25-30 | От 46,6 |
Профнастил | 12 | 21,1 | От 15 | От 26,8 |
Фальцевая кровля | 7 | 12,3 | 16-25 | 28,7-46,6 |
Гибкая черепица | 11 | 19,3 | 20-45 | 36,4-100 |
Ондулин | 6 | 10,5 | 9-20 | 15,8-36,4 |
Штучные кровельные материалы, композитная черепица, шифер | 22 | 40,4 | 22-45 | 40-100 |
Рулонная мягкая кровля на основе битума | 3-5 при укладке в 3 слоя, от 15 – в 2. |
От 5,2 | От 15 | От 26,8 |
При выборе оптимального значения и самого покрытия важно помнить о требованиях к обрешетке. Мягкая черепица и рулонная кровля в любом случае монтируются поверх сплошных настилов.
Ондулин, профнастил и фальцевые листы нуждаются в сплошной обрешетке при низком угле наклона скатов, и могут монтироваться на разряженную при уклоне более 15° (26,8%). Разряженная обрешетка в любом случае обходится дешевле и свободно вентилируется.
Расчет площади кровли
При вычислении площади прямоугольных скатов не возникает проблем – длина конструкции умножается на ширину с учетом запаса на карнизный свес. У двускатных крыш полученное значение просто суммируется.
Площадь скатов сложной формы также находится по тригонометрическим формулам, при необходимости – после разбивки общей плоскости на простые фигуры. Расчет ведется после определения высоты крыши, длины угловых стропил находятся как гипотенузы прямоугольных треугольников.
Вне зависимости от числа скатов при расчете учитывается потребность в заложении карнизного свеса. Удлинение стропила рассчитывается по формуле:
∆=k/cosα, где:
- k — отступ карниза от стен (для скатных крыш варьируется в пределах 40-50 см);
- α – общий угол уклона ската.
Полученное значение в точности учитывается при определении нагрузок и округляется в большую сторону при расчете сметы. В частности, при определении необходимого количества материалов от общей величины не отнимается площадь проходных элементов или аналогичных конструкций.
Особого внимания требуют листовые кровельные материалы, укладываемые с нахлестом, в расчет принимается их полезная, а не фактическая площадь.
Сервисы для расчета параметров и материалов
Проверить или рассчитать характеристики таких крыш помогают:
- Онлайн-калькуляторы типа https://stroy-calc.ru/, https://calcstroy.ru/ или https://kalk.pro/roofs/.
- Профессиональные программы ArCon, ZWCAD, Архикад, КЗ-Коттедж, 3D Max.
- Приложения https://nav.tn.ru/bim/, 3D VisiCon Pro, Google SketchUp, Sweet Home 3D и их аналоги.
Из видео узнаете, как рассчитать размеры элементов двухскатной крыши, необходимое количество материалов с помощью онлайн калькулятора:
Заключение
Стоит отметить, что расчет параметров скатных крыш существенно усложняется при увеличении числа скатов больше 2, планировании заложения под ними жилых помещений или добавления эркеров, щипцов и мансардных окон.
В идеале все характеристики определяются на этапе проектирования дома, внеплановое изменение уклона или конфигурации каркаса отрицательно сказывается на надежности и смете.