Проектирование мансардной крыши
Мансардная или ломаная кровля также имеет два ската, особенностью которых является характерный излом. Он позволяет увеличить пространство под крышей и делает ломаную конструкцию одной из наиболее приспособленных для создания мансарды.
Расчет высоты крыши ломаного типа начинается с вычисления углов наклона всех скатных поверхностей кровли. Эксперты в области строительства рекомендуют определять углы наклона мансардной конструкции практическим методом, используя правило золотого сечения. Для этого необходимо на бумаге вписать эскиз будущей кровли в круг. Такой метод позволит избежать таких конструктивных недочетов, при которых ломаная конструкция выглядит не эстетично.
Проектирование и расчеты — важные и основополагающие этапы в создании крыши. Их грамотное и правильное выполнение является залогом возведения надежной и эстетически привлекательной кровли, которая прослужит долгие годы.
Высота крыши по отношению к ширине дома
С такого ракурса определение высоты крыши определяется на основании теоремы Пифагора. Для этого поперечное сечение конструкции представляется как равносторонний треугольник.
Параметр, которые необходимы для расчетов – это угол наклона крыши. Высота конструкции – это катет прямоугольного треугольника.
Расчет проводят следующим образом:
- Необходимо определить тангенс выбранного значения для угла ската.
- Зная ширину дома, одну сторону, прилегающую к углу, можно вычислить, поделив значение на 2.
- Далее имеющиеся значения нужно подставить под известную формулу a = b * tg a.
- По такому принципу и можно понять зависимость высоты конька от ширины дома. Чем больше ширина дома, тем больше будет угол ската.
Соотношение ширины дома к высоте конька
Как определяется высота конька
Если выбор типа кровельного покрытия уже сделан, то для определения высоты конька потребуется сделать расчет или оценку устойчивости кровли к воздействию погодных факторов в данном климатическом поясе.
Принимаем в расчет рекомендации строительной метеорологии
Возможно, вам не придется самостоятельно проверять устойчивость стропильного каркаса при различной высоте конька, это удел профессиональных проектировщиков. Но нужно знать, что расчет выполняется, исходя из статистики метеорологической службы по трем определяющим факторам:
- Преимущественному направлению и средней скорости ветра у поверхности земли и на высоте 7-10м;
- Средней и максимальной толщине снежного покрова в данной местности за последние 70 лет;
- Среднесуточная, максимальная плюсовая и минусовая температура на местности.
Климатические рекомендации, помогающие правильно выполнить проверочный расчет, приведены в строительных нормах СНиПе 23.01.99.
Для расчета потребуются табличные данные из свода правил СП 20-13330-2011, согласно которому территория страны разбита на восемь зон, с примерно равным количеством снега, выпадающего максимально в течение контрольного периода зимы. К первому поясу относят снеговую нагрузку в 80 кг/м2, для последнего, восьмого пояса количество снега на одном квадрате может достигать 560-600 кг.
Если сравнивать давление снега на крышу и динамическое давление ветра, то становится ясным, что расчет высоты конька и угла наклона двухскатной крыши должен проводиться в первую очередь по снеговой нагрузке. Для снежных районов высоту конька выбирают так, чтобы угол наклона двухскатной кровли находился в пределах 30-60о. При больших углах давление снега можно не учитывать.
Но это не значит, что динамический напор ветра можно вообще не принимать в расчет. Например, рассмотрим систему фронтонов двухскатной крыши. При высоте конька в 3 м и ширине основания в 6 м площадь поверхности одного фронтона составляет 9 м2. По расчету, при скорости ветра в 10-12м/с на фронтон крыши будет воздействовать горизонтально приложенная сила в 200 кг. Это значит, что даже при небольшой высоте конька у стропильной системы есть шанс быть сложенной, как карточный домик, если в расчете каркаса не предусмотрена установка подкосов и ветровых досок.
Геометрия конька двухскатной крыши
Зачастую у всех, кто впервые соприкасается с темой расчета двухскатной крыши, возникает закономерный вопрос, – зачем нужно выполнять расчет высоты конька, если основные характеристики определяются углом наклона скатов?
По сути, угол наклона используется преимущественно для того, чтобы принять в расчет внешние климатические факторы, а высота конька является сугубо конструкционной величиной. От выбранной высоты конька определяются длина стропил и длина распорок и стоек, удерживающих коньковую балку.
Для выполнения расчета высоты конька используют два способа:
- С помощью тригонометрических функций;
- Табличный способ, по заранее рассчитанным длинам стропил и основания.
Если двухскатная крыша выполнена по симметричной схеме, то для расчета достаточно знать длину заложения или половину основания крыши и угол наклона. Далее по тангенсу определяем высоту конька, как на схеме.
Понятно, что тригонометрические функции очень неудобны и, главное, не наглядны для практической работы. Поэтому в строительных справочных таблицах можно увидеть обозначение угла наклона, как 5:10
Неважно, сколько это градусов, для расчета мастеру достаточно знать, что 5 – это высота конька, а 10 — длина заложения
Кроме того, опроеделить высоту конька можно графическим или практическим методом. В первом случае используются чертежи или точные эскизы конструкции будущего стропильного двухскатного каркаса. Для строительных расчетов иногда достаточно просто измерить линейкой и пересчитать значения в масштабе чертежа. Несмотря на внешнюю примитивность, это наиболее надежный и проверенный способ расчета. Во втором случае приходится забираться на крышу с рулеткой и отвесом и измерять высоту конька на практике.
К примеру, при сборке двухскатного каркаса необходимо точно вырезать длину стропила и выполнить запил под опорные площадки на коньковой балке и на мауэрлат. На практике данные теоретического расчета длины используют только как справочные. Чтобы выполнить запил, мастер поднимается на крышу, измеряет отвесом и рулеткой высоту конька и длину основания, и только после этого выполняет расчет места запила.
Стропильная крыша с мансардой
Чтобы полностью использовать пространство под крышей можно спроектировать мансарду.
Мансардный этаж – это этаж в чердачном пространстве. Фасад мансарды полностью или частично образуется поверхностями крыши. Согласно нормативным документам, чтобы помещение считалось мансардой, линия пересечения плоскости крыши и наружной стены не должна находиться выше, чем 1.5 м от уровня пола. Если это требование не выполнено, пространство будет считаться обычным этажом.
Кровля мансардного этажа отличается от кровли чердачного наличием в своей конструкции утеплителя. Чаще всего для утепления мансардной крыши используются минераловатные плиты.
Освещение мансардного пространства может осуществляться тремя способами:
- оконные проёмы во фронтонах;
- слуховые окна;
- мансардные окна.
Слуховое окно – это оконная конструкция, которая имеет каркас, монтируемый одновременно со стропильной системой. Этот каркас выполняется из дерева. Слуховое окно имеет собственную маленькую крышу, которая может быть двускатной или цилиндрической. Сам стеклопакет устанавливается вертикально.
Мансардное окно – это окно, специально предназначенное для использования на стропильной кровле. Оно устанавливается в плоскость ската в наклонное положение. Мансардное окно должно выдерживать расчётную снеговую нагрузку. Лучше не использовать такой тип окон в кровлях с небольшим уклоном.
Как выполняется определение общей площади
Перед тем, как рассчитать площадь двухскатной крыши, нужно произвести описанные выше вычисления и обратить внимание на такие нюансы:
площадь крыши состоит из суммы площадей каждой скатной поверхности;
если скаты одинаковые, то для получения итогового результата нужно произвести вычисления одного из них и умножить на «2»;
если скатные поверхности разных размеров (что тоже встречается, хоть и редко), тогда рассчитывается квадратура каждой в отдельности, и они суммируются;
для простой формы скатной поверхности (правильный прямоугольник), когда углы равны 90 градусов, расчёт основывается на определении площади прямоугольника
Если форма неправильная (есть углы, не равные 90 градусам), тогда скат целесообразнее разделить на более мелкие фигуры – прямоугольный треугольник с прямоугольником, а затем уже суммировать найденные для них площади;
собираясь рассчитать площадь кровли двухскатной крыши, не стоит забывать о том, есть ли мансардные окна, вентиляционные отверстия, трубы от дымохода, парапеты, а также обратить внимание нужно на карнизы и фронтонные свесы.. Теперь вспомним несколько формул из курса геометрии и попробуем произвести вычисления для самого простого типа конструкции
Вооружившись обычным калькулятором, рассчитать площадь двухскатной крыши можно, и для этого понадобятся первичные данные
Теперь вспомним несколько формул из курса геометрии и попробуем произвести вычисления для самого простого типа конструкции. Вооружившись обычным калькулятором, рассчитать площадь двухскатной крыши можно, и для этого понадобятся первичные данные.
Расчет двухскатной крыши — конструкции и площади
В первую очередь нужно узнать каждую сторону прямоугольника, т.к. площадь будет равна их произведению:
- одна из них будет равна длине ската, к которому добавлена величина карнизного свеса;
- вторая – длине дома вместе с удвоенным значением фронтального свеса (не забывайте учитывать, что он добавляется с двух сторон).
Допустим, у нас дом 9х10 метров. Длину ската можно найти, отталкиваясь от сути теоремы Пифагора, по которой квадрат гипотенузы (она у нас выступает в роли длины ската) равен сумме квадратов катетов (в нашем случае это высота конька и половина ширины здания – 3,15 м и 4,5 м). Выполнив несколько арифметических действий, получаем величину ската 5,5 метров. Фронтонный свес составит 0,6 м, а карнизный – 0,5 м.
Подставив в основную формулу все данные, получим:
S=(10+2*0,6)*(5,5+0,5)=67,2 кв. метра.
У нас получилась площадь одной скатной поверхности, а для определения всей крыши её необходимо умножить на «2» (в случае, если две стороны одинаковых размеров).
Результат: S общ. = 134,4 кв. метра.
Все эти данные нужно получить ещё на этапе проектирования, для того, чтобы заложить в смету все необходимые расходы на приобретение материалов для строительства двускатной крыши. Покупая кровельное покрытие, нужно брать небольшой запас, т.к. оно обязательно будет укладываться внахлёст, а значит, с большим расходом. Чем круче скатные поверхности и выше угол наклона, тем «расходнее» окажется покрытие, в основном на запас берут от 8 до 15 процентов.
Функция конька
Основным назначением конька является замыкание верхних кромок кровельного покрытия и прочное соединение скатов.
Главная функция конька – обеспечение свободной циркуляции воздуха в подкровельном пространстве для удаления излишков влаги, предотвращения образования конденсата и соответственно защиты всей кровельной конструкции от гниения.
Выполнение этой функции возможно при условии корректного проведения работ по устройству конька
Надо правильно выбрать как материал, так и дополнительные комплектующие элементы: это важно для качественного проведения монтажных работ, предупреждения протечек и нормализации уровня влажности
Как произвести расчет высоты крыши?
Конструкция стропильной системы двускатной крыши: все элементы крыши, соединенные между собой, представляют стропильную ферму, основой которого является один или несколько треугольников, в виде жесткой геометрической фигуры.
Чтобы правильно расчитать высоту двускатной крыши, необходимо определиться с углом наклона скатов. Нужно воспользоваться нормативными документами, регламентирующими данный вид работ. К таким документам относится Свод правил СП20.13330.2011. Он основывается на СНиП 2.01.07-85* “Нагрузки и воздействия”. В документе доступна формула расчета снеговой нагрузки для двускатной кровли и формула ветрового воздействия. В зависимости от региона и его погодных особенностей, допустимый показатель угла наклона крыши разный. В центральных регионах России этот показатель колеблется от 30 до 45 градусов.
После определения наклона можно переходить непосредственно к расчету высоты конька. Сделать это правильно поможет великая наука геометрия. Если представить крышу в виде треугольника, нужная высота конька будет являться неизвестным катетом a, который поделит его площадь на два прямоугольных треугольника. Формула расчета катета выглядит так: a=b*tg α.
Второй катет b мы найдем, если разделим ширину дома пополам. Проектирование двускатной крыши обычно выполняется по длинной стороне строения. Зная градус уклона, мы, воспользовавшись таблицей, определим тангенс угла.
Схема расчета высоты двускатной крыши: для двухскатной крыши с углом наклона 45 градусов, высота конька равна половине ширины дома. Чтобы вычислить это показатель для других углов, необходимо половину ширины дома умножить на соответствующий коэффициент.
Зная все необходимые для расчета значения, мы без труда подставим их в формулу и получим нужную высоту конька.
Пример:
Дано: Дом 6х9 м, угол наклона кровли – 40 градусов.
Ширину дома, равную 6, делим на 2, следовательно, катет b=3. Тангенс 40 градусов равняется 0,84.
Решение задачи: катет a=3*0,84=2,52 м.
Ответ: оптимальная высота конька составила 2,52 метра.
При проектировании своего дома не поленитесь решить такую несложную геометрическую задачку. Она поможет в будущем избежать всяческих проблем с главным компонентом вашего дома – крышей.
Формула для вычисления угла наклона крыши
Чтобы рассчитать значение угла наклона кровли, достаточно использовать простую математическую формулу и знать две величины: высоту конька и длину заложения. Высота конька — это расстояние от верхней точки ската до нижней, а заложение — расстояние между нижней точной ската и стеной. Сама формула выглядит следующим образом:
Угол = Высота конька : Длина заложения * 100%.
К примеру, если высота кровли равна 2 метра, а длина заложения — 4 метра, угол будет: 2:4*100% = 50%. По формуле получена требуемая величина в процентах. Для того, чтобы определить, сколько градусов в процентах, нужно лишь посмотреть данные в следующей таблице.
Исходя из данных в таблице, уклон угла в случае высоты крыши 2 метра и заложения 4 метра равняется 50% или 26.5 градусов.
Если по проекту будущей крыши планируется сооружение стропильной системы таким образом, что конек будет не строго посередине, углы наклонных скатов будут разными, и их нужно рассчитывать отдельно. Полученные значение необходимо учесть при выборе тех или иных кровельных материалов, ведь допускать, чтобы хотя бы один угол оказался меньше минимального по ГОСТ, не рекомендуется.
Перед тем, как закреплять стропила, важно перемерять получившиеся углы специальным прибором — уклономером или электронными геодезическими уровнями. Это не займет много времени, но будет полезным — позволит удостовериться, что размеры соответствуют предварительным расчетам, и крыша будет надежной и долговечной
Формы планок
Коньковые планки имеют стандартную толщину, которая составляет 1,5-2,5 мм
. Но при определении оптимального значения этого параметра необходимо учитывать толщину кровельного материала. Например, если планируется укладывать профлист или металлочерепицу толщиной 1,5 мм, то и коньковая планка должна иметь аналогичный размер.
Многие известные компании при продаже конька включают в комплектацию специальные крепежные элементы для его установки. Однако если случилось так, что в комплекте крепежа не оказалось, то под эти цели можно приспособить:
обычные длинные саморезы;
гвозди со специальными подкладками под них.
Не стоит забывать и о внешнем оформлении конька, который должен иметь цвет и форму, соответствующую дизайну дома или крыши.
Предлагаемые сегодня планки могут быть выполнены в различных вариантах форм.
Планки полукруглой формы
Специалисты ставят их на второе место по популярности. Их часто выбирают для соединения скатов
двухскатной крыши. Из-за особенностей формы они позволяют без особых усилий сглаживать стыки, что визуально придает крыше более пологую форму без острых линий. Особенно ценятся эти планки тем, что обеспечивают надежную защиту кровельной конструкции от попадания мусора и осадков внутрь. Но для защиты подкровельного пространства от влаги придется перед монтажом планки уложить на основание специальную подкладку-уплотнитель.
Прямоугольные
Еще один вариант формы планок, который на сегодняшний день является самым распространенным — прямоугольный. Главным преимуществом является то, что их можно установить на любую двускатную кровлю вне зависимости от характеристик углов схождения стыков. Если сравнивать планки этой формы с ранее рассмотренным вариантом, то здесь все планки достаточно плотно примыкают к скатам
. К тому же их можно устанавливать без использования дополнительных подкладок.
Особая форма этих коньков обеспечивает вентиляцию кровли. Еще они достаточно недорогие и уже давно подтвердили свое высокое качество и надежность. Если вспомнить, то до XX века на многих домах использовались именно коньковые планки этой формы.
Специальные декоративные планки
Есть у них и другое название — узкие. Они не так популярны из-за наличия у них серьезных недостатков: выше перечисленным вариантам планок они уступают по практичности, имеют небольшие размеры и не в состоянии обеспечить надежную защиту кровельным конструкциям. Поэтому чаще всего их приобретают в качестве декоративного элемента
. Но, поскольку покупателям необходим функциональный элемент, то на крышу их устанавливают редко. Чаще всего их используют для украшения небольших конструктивных элементов. И, несмотря на то, что они предназначены только для декоративного использования, стоимость их довольно высока.
Для четырехскатной крыши производители предлагают специальные планки-ответвители. Наиболее характерная для них форма — в виде буквы «У» или «Т».
Но поскольку нас интересуют планки для двускатной кровли, подробно описывать методику расчёта размеров этих планок мы не будем.
Планки этого типа могут комплектоваться рядом дополнительных элементов
— специальными вентиляционными планочками, уплотнителями и др. Наиболее функциональными можно считать коньковые планки, которые оснащены дополнительными уплотнителями. При условии грамотно выполненной установки они гарантируют надежную защиту кровли от влаги и осадков.
Однако обращаться с этим уплотнителем нужно крайне осторожно, поскольку он очень восприимчив к механическим воздействиям, в результате может легко деформироваться. Функциональные возможности прочих дополнительных элементов ограничены, поскольку в основном они предназначены для придания эстетических свойств коньку
Теперь, когда мы получили общее представление о видах коньков, их формах, можно более подробно ознакомиться со схемой расчёта их высоты.
Виды коньковой конструкции ↑
konek-1
konek-2
Конек на крышу формируется смыканием плоскостей скатов. Он имеет два варианта исполнения и зависит от конструкции системы стропил.
- Брус, который установлен на вертикальные стойки, опирающиеся на затяжки либо на балки перекрытия потолка, или же закреплен на фронтонах. Он служит опорой для верхней части стропил.
- Прогон (основа конька), уложенный в вершине выставленных друг за другом жестких треугольных ферм из соединенных попарно стропильных ног, которые связаны между собой перемычками. В роли прогона может выступать бревно конька крыши, имеющего широкое сечение или пришитые под углом две доски толщиной 5 см.
Из всего этого следует, что в первую очередь мы имеем дело с составляющей двухскатной крыши. Однако его можно встретить также в конструкциях, имеющих более сложную конфигурацию. К примеру, в ломаных или разноскатных, в которых он смещен.
Относительно недавно для оформления конька использовали асбестоцемент, сегодня же производители чаще предлагают конек для крыши из оцинковки. Размеры оцинкованного обычно стандартные: длина их составляет примерно два метра, а ширина полок 25-30 см.
konek-3
konek-4
По месту установки различают три основных варианта конька:
- прямой, ставший неотъемлемым элементом двухскатной крыши. Он устанавливается по уровню строго горизонтально;
- врезной, которые врезают на внутренние сопряжения скатов крыши, ниже основного;
- пересеченные, подходят для установки на многоскатные конструкции в местах, где пересекаются плоскости, врезаемые в основную кровлю.
Какое значение имеет высота крыши
Оказывается, высота крыши имеет большое значение. Во-первых, чем больше угол ската, тем меньше будет залеживаться зимой снег. Во-вторых, от ее значения зависит комфорт использования мансардного пространства, если у вас второй этаж жилой. В-третьих, затраты на работы по укрытию крыши, так как чем выше конек, тем больше материалов потребуется использовать. В-четвертых, большая площадь покрытия крыши будет испытывать значительную ветровую нагрузку. Чтобы компенсировать риски придется делать мероприятия по усилению конструктива крыши.
Мы уже с вами рассмотрели различные типы крыш. Давайте рассмотрим расчет высоты фронтона крыши на примере двухскатной крыши. Двухскатная крыша имеет два ската, которые опираются на отдельно стоящие, налегающие друг на друга пары стропил. Пары связаны между собой обрешеткой. С торцов крыши выполнены фронтоны. Они завершают фасад дома. У двухскатной крыши фронтоны треугольной формы. На фронтонах обычно располагаются слуховые окна, если подкрышное пространство не эксплуатируется или окна мансарды, если второй этаж жилой.
Расчет высоты крыши четырехскатного типа
Несмотря на то, что четырехскатная разновидность крыши намного сложнее по конструкции, в расчетах можно воспользоваться параметрами и формулами по принципу расчета высоты двухскатной разновидности.
У четырехскатной крыши имеются две разновидности:
- Шатровая. В такой конструкции все скаты крыши имеют одинаковые значения длины, площади и идентичны по форме. Такая разновидность используется в регионах с сильными ветрами. Она способна выдерживать сильные порывистые ветры и высокую степень нагрузки.
- Вальмовая. Скаты представлены двумя треугольниками и трапециями. Такая разновидность требует значительных затрат на материалы для ее сооружения, однако – это идеальный вариант для устройства мансардного этажа. Однако, такая конструкция не подойдет для регионов, где в основанном сильные порывисты ветры. В таких условиях конструкция нуждается в дополнительном укреплении.
ВАЖНО!
В любой из перечисленных разновидностей крыш для расчетов необходимо найти в конструкции фигуру прямоугольного треугольника. Это позволит определить искомые значения.. Для крыши четырехскатной разновидности подойдет способ, по которому рассчитывают значение высоты двухскатной крыши:
Для крыши четырехскатной разновидности подойдет способ, по которому рассчитывают значение высоты двухскатной крыши:
- В конструкции можно найти прямоугольный треугольник.
- В найденной фигуре обозначить гипотенузу, которой будут стропила, второй стороной – ширина дома, разделенная на 2.
- Отталкиваясь от параметра угла наклона( tg угла), вычисляется третья сторона фигуры, которая и представляет высоту.
Высота вальмовой крыши
Расчет четырехскатной конструкции
Кровля с четырьмя скатами является наиболее устойчивой к ветровой нагрузке. Существуют две разновидности четырехскатной крыши:
- Шатровая — все скаты сходятся в единой точке на вершине конструкции.
- Вальмовая имеет два треугольных и два трапециевидных ската, последние соединяются на вершине коньковым брусом.
Рассчитать высоту конька для обоих типов кровли возможно по формуле, использованной для двускатной конструкции. Однако для проведения более тщательного расчета и составления подробной схемы необходимо также вычислить длины стропил, а для вальмовой кровли — длину коньковой балки.
Вычисление подъема конька наиболее часто связано с желанием обустроить под ней жилую комнату. Для данных видов четырехскатной кровли возвышение конструкции для создания жилого помещения должно быть не менее 2,5 м.
