Когда приступают к строительству дома, в самом начале проектирования определяются основные параметры – длина, ширина и высота стен, а также планировка комнат. Что касается крыши, то она рассчитывается в последнюю очередь и не всегда правильно. Между тем от этого зависит не только эстетическая составляющая, но и чисто практические аспекты – ведь крыша призвана защищать дом от непогоды, а значит, она должна быть достаточно прочной и иметь правильные углы наклона, чтобы противостоять снегу и ветровые нагрузки.
Зачем определять высоту
При расчете высоты крыши многие руководствуются не точными расчетами, а собственными представлениями о пропорциях, которые до этапа строительства могут быть не только весьма приблизительными, но и ошибочными, что можно выяснить уже на более поздних этапах строительства, когда перепланировка будет очень трудозатратной и финансово обременительной.
Поэтому параметры потолка следует определять не на глаз, а руководствоваться определенными правилами. Начнем с некоторых общих терминов. Коньком называют верхний край крыши, а высотой конька дома называют расстояние, измеряемое между центром основания конструкции крыши и верхней (самой высокой) точкой.
Этот параметр влияет на угол наклона скатов: чем меньше высота конька, тем пологим будет скат, и наоборот. В районах с большим количеством осадков рекомендуемый угол наклона 45-50°.
Площадь поверхности крыши зависит от высоты крыши и угла наклона ската. Чем больше высота конька, тем больше потребуется кровельного материала для его покрытия. Несущая способность каркаса также зависит от геометрии кровли – как минимум необходим правильный расчет, чтобы крыша не рухнула под тяжестью кровельного материала и снежного покрова.
Критерии, от которых зависит высота конька 2-скатной крыши
Строго говоря, расчет высоты крыши – это расчет оптимального угла наклона, который выбирается исходя из нескольких факторов.
1. Атмосферные осадки
В принципе, дождь не относится к осадкам, которые могут висеть на крыше: достаточно даже минимального уклона, чтобы вода стекала на землю. Другое дело снег. Если его выпадает много, и он липкий, при недостаточном угле наклона ската, он будет скапливаться на поверхности кровли, грозя ее обрушением. Поэтому для северных районов скатные крыши плохи, угол ската должен быть не менее 45°. В малоснежных районах эта величина может быть значительно ниже, до 20°.
2. Ветровая нагрузка
Сильный ветер – фактор, который также нельзя игнорировать. Мощные воздушные массы, движущиеся с большой скоростью, способны нанести значительный ущерб кровле и попытаться разрушить ее, и здесь нежелателен большой угол наклона, так как он увеличивает ветровую прочность конструкции. Чем пологий скат, тем меньше давление ветра на крышу. Так что в ветреных районах рекомендации обратные — настильность не должна превышать 20°.
3. Кровельный материал
Вроде бы не должно быть зависимости высоты потолка от используемого кровельного материала, но это не так. Чем меньше площадь стропильного блока, тем больше должна быть его крутизна: мелкая черепица будет иметь гораздо больше соединительных элементов, которые будут служить опорой для снега, чем, например, шифер, важна и шероховатость поверхности: на гладкий снег вряд ли задержится. Важен и удельный вес материала: например, натуральная черепица сама по себе значительно тяжелее металлочерепицы или ондулина.
Обычно на упаковке рубероида указывается рекомендуемый угол наклона, по которому можно рассчитать высоту крыши.
4. Несущая способность, материальные затраты
Чем выше потолок, тем прочнее должна быть несущая конструкция, поэтому потребуется использование более массивных балок для стропил или дополнительное усиление каркаса конструкции. При этом потребуется больше кровельного материала, что приведет к увеличению сметы по данной статье.
5. Необходимость создания чердака
Односкатная крыша не предполагает наличия мансарды, но такими конструкциями обычно обустраивают хозяйственные постройки. Односкатная крыша уже предполагает наличие какого-то чердачного помещения, а вот будет ли оно использоваться или нет – другой вопрос.
Многие используют чердак для хранения важных и ненужных вещей. При этом на высоту потолка это не влияет в большой степени. Другое дело, если вы планируете использовать мансарду как жилое помещение – в этом случае нужно учитывать удобство проживания, чтобы в большую часть помещения можно было пройти в полный рост. Однако к чердачному складу также предъявляются требования пожарной безопасности: он должен иметь проход шириной не менее 120 см и высотой не менее 160 см.
Как рассчитать высоту крыши по отношению к ширине дома
Как правило, в поперечном сечении крыша представляет собой равнобедренный треугольник. Как в таком случае рассчитать высоту конька крыши, зная уклон?
Если указать ширину дома как а, то высота крыши b будет определяться по формуле b = a/2*tg(α), где α — угол ската, обычно от 20 до 50° . Значение тангенса tg (α) можно найти с помощью любого технического калькулятора или онлайн-калькулятора. Например, прямо в поиске Яндекса находим, что тангенс 30 градусов = 0,577. При ширине дома 10 м и уклоне 30 градусов высота конька 10/2*0,577*=2,88 м.
Но что делать, если угол наклона склона еще неизвестен? В следующем видео рассказывается о «дедовской мудрости», которая гласит, что высота конька должна составлять примерно 1/3 ширины дома. По этой рекомендации при одинаковой ширине дома 10 м высота конька около 3,3 м, а наклон ската arctg (3,3/5) = 33,8 град.
Как правильно рассчитать высоту конька двухскатной крыши
Чтобы с наибольшей точностью рассчитать оптимальную высоту конька для двускатных крыш, нужны минимальные знания тригонометрии и умение перенести масштаб и пропорции с бумаги на строительную площадку.
Так высоту крыши можно определить математически или графическим методом.
1. Вы уже знакомы с математической формулой расчета высоты спинки, формулу мы приводили выше. При этом стоит ориентироваться на угол ската, который рекомендует производитель кровельного материала с учетом технических характеристик конструкции каркаса.
2. Графический метод заключается в построении схемы будущей крыши в масштабе. Это более наглядно, но не очень точно.
Здесь необходимо небольшое, но важное уточнение: перечисленными методами вы рассчитаете не точную высоту спинки, а приблизительную. Истинные размеры будут зависеть от конструкции верхней части стропил, а точнее, от способа монтажа. Если это технология висячих стропил, никаких корректировок полученного значения высоты потолка не требуется.
При использовании наслонных стропил, когда верхняя часть стропила находится выше линии конькового прогона, к расчетной высоте перекрытия следует прибавлять 2/3 толщины стропильной балки, так как глубина врубки обычно составляет 1,3 толщины пучка.
Что касается коробки, то она не учитывается, хотя и может вносить свои коррективы в габариты конструкции, в том числе и в высоту крыши. В любом случае отклонения от расчетов в пределах 5-8 см не критичны, так как практически не влияют на свойства кровли.
3. Узнать высоту конька скатной крыши можно и практическим методом. Этот метод популярен в Северной Америке, где в фаворе строительство одноэтажных каркасных домов. Но по своей сути метод фактически такой же, как и в других странах.
Но есть технологический нюанс: нижние пятки стропил крепятся к мауэрлату врубкой, а верхней опорой служит коньковая доска. Если не соблюдать это правило, уклон ската может превышать значение, рекомендованное производителем используемого кровельного материала.
Итак, чтобы рассчитать, какой должна быть высота фронтона на практике, необходимо следовать следующей инструкции:
- чертим схему домика, желательно в масштабе 1:100, с указанием точных размеров коробки.
- центр пролета определить несложно, от него проводим линию, которая будет осью симметрии стропильной конструкции;
- используйте транспортир, отметьте точку с нужным углом наклона, поместите центр инструмента в один из углов коробки. Нарисуйте линию, сделайте то же самое с другой стороны;
- на пересечении получим верхнюю точку подъема – это минимальная высота конька будущей двускатной крыши;
- затем штриховые линии проводим параллельно полученным ранее, они должны пересекаться в точке, которая делит высоту коньковой доски надвое;
- шаг уменьшаем на глубину вруба стропил снизу, то есть на 1/3 толщины доски;
- увеличиваем полученный результат на ширину коньковой доски и затем доводим до полученной точки коньковую стойку;
- завершающий этап – чертёж с учётом масштаба стропил, и с учётом того, что 1/3 ширины будет располагаться внизу за счёт врубки.
Получается, что конечная высота конька будет равна высоте подъема плюс 2/3 толщины стропила.
Учтите, что на практике высота и другие размеры могут не совпадать с расчетными, но небольшая погрешность, как мы уже отмечали, допустима.
При наличии чердака предполагаемой высоты конька может не хватить для свободного перемещения в чердачном пространстве. Затем используют такой прием, как поднятие крестовины крыши к мауэрлату, при этом угол и пропорции остаются неизменными.
Расчёт высоты для кровли четырёхскатного типа
Хотя четырехскатная крыша отличается более сложной конструкцией, общий принцип расчетов такой же, как и для двускатной крыши. Хотя четыре крыши имеют множество разновидностей, наиболее распространенными считаются две: шатровая и вальмовая.
Для шатрового типа крыши характерны одинаковые формы на всех четырех поверхностях – треугольник. Именно четырехскатная крыша обладает наилучшей устойчивостью к высоким ветровым нагрузкам, поэтому дома именно такой конфигурации преобладают в северных и горных районах.
Вальмовая конструкция имеет два ската в виде косых треугольников и два в виде трапеций. Этот вариант самый плохой с точки зрения экономии стройматериалов, но если вы хотите иметь мансарду, то это лучшее решение. В районах с сильными ветрами такая конструкция нежелательна. Но если очень хочется, нужно позаботиться о дополнительном укреплении каркаса конструкции.
Вот алгоритм, объясняющий, как правильно рассчитать высоту любой крыши с четырьмя скатами, а также длину стропил и площадь скатов (см условные обозначения на рисунках выше):
- высота крыши определяется по формуле h=(b*tg(α))/2;
- длина боковых планок определяется по формуле e = b/2cos(α);
- для вальмовой конструкции длину стропил рассчитывают по теореме Пифагора:
Наконец, площадь крыши рассчитывается как сумма площадей всех скатов (четырех треугольных или двух треугольных и двух прямоугольных):
Помимо рекомендаций по применяемым кровельным материалам желательно учитывать данные метеослужб, которые можно получить для данной местности, а также учитывать годовые или сезонные показатели интенсивности осадков и скорости ветра.