Как рассчитать высоту конька двухскатной крыши: особенности расчетов и проектирования
От высоты расположения конька крыши зависят эстетические показатели, архитектурная специфика и технические характеристики дома. Крайне важно при разработке проекта грамотно определить правильный размер конструкции.
Для получения идеального результата мы предлагаем вам разобраться, как рассчитать высоту конька двускатной крыши и каким методом лучше пользоваться в самостоятельных вычислениях.
Содержание
Ориентиры выбора высоты конька
Коньком называют горизонтальное ребро двускатной крыши, образованное в месте соединения вершин ее наклонных плоскостей. Высоту конька без малейших сомнений отнесем к наиболее значимым параметрам, задающим пропорции крыши.
Как занижение, так и завышение ее может привести не только к нарушению архитектурной картины, но и к проблемам в эксплуатации. Горячее желание владельца дома воплотить собственные идеи нередко идет в разрез с техническими предписаниями, ознакомление с которыми поможет избежать серьезных ошибок.
Для того чтобы процесс исследования изучаемой величины был проще и понятнее представим будущую крышу в форме равностороннего треугольника. Это самый распространенный вариант. Кроме него есть асимметричные двускатные крыши с различающимися по площади скатами.
Однако угол наклона обеих конструктивных составляющих чаще всего равен, потому высота конька вычисляется по стандартной схеме.
Равносторонний треугольник разобьем для удобства на две симметричные части. Проходящая от вершины треугольника до его основания линия – ось симметрии представленной нами фигуры, она же катет прямоугольного треугольника и высота конька.
Ориентир №1: Атмосферные явления
С климатической данностью спорить бессмысленно, необходимо подстраиваться под нее и приспосабливаться. К атмосферным явлениям, оказывающим влияние на выбор высоты конька, относятся:
Обозначенные характеристики подскажет местная метеослужба. Можно самостоятельно найти их в сборнике с правилами и таблицами по строительной климатологии СНиП 23-01-99 или по приведенным в СП 20.13330.2011 картам районирования.
Ориентир №2: Наличие чердака
В семействе двускатных крыш есть чердачные и бесчердачные представители. В первом случае пространство чердака отделено от коробки дома потолочным перекрытием. Их также именуют «раздельными», что подтверждает архитектурную независимость помещений между кровельной конструкцией и перекрытием.
Чердачные представители бывают жилыми и нежилыми. Высоту конька жилых крыш задает удобство перемещения. Конструкции с эксплуатируемым чердаком сооружаются в основном по ломаной схеме, предполагающей строительство стропильной системы из двух ярусов.
Высота конька эксплуатируемой чердачной крыши складывается из двух величин: высоты нижней части крыши и высоты вершины крыши, водруженной на нижний ярус. Высотный размер нижнего яруса обычно принимается от 2 до 2,3 м.
Вычисляется сложением роста самого высокого из будущих владельцев и запаса в 30 – 40 см, необходимых для удобства и безопасности перемещения. Размер верхушки ломаной крыши произвольный, зависит от вкусовых предпочтений хозяев.
Высота конька нежилых чердаков определена противопожарными нормами. К тому же размер чердачного пространства не должен создавать препоны для технического обслуживания. Регламент строительных нормативов указывает что, на чердаке должен быть сквозной проход вдоль всей крыши не менее 1,6 м по высоте и 1,2 м по длине. На коротких участках сложносоставной конструкции ширину и высоту сквозного прохода можно уменьшить на 40 см в обоих направлениях.
Во втором «бесчердачном» случае пространство под крышей не отделено от коробки перекрытием. Обычно оно расположено ниже: на уровне потолочной системы предыдущего этажа. Бесчердачные крыши именуются «совмещенными», что как раз и говорит о соединение пространства под крышей с частью пространства стопы.
Яркие представители конструкций без чердака относятся к полумансардному типу. Возводят их по обычной двускатной схеме, но мауэрлат укладывается на стены высотой не менее 1,4 м. Высоту конька половинчатой мансарды отсчитывают от нижней грани мауэрлата.
Практичность сооружения полумансардной крыши в регионах с высокой ветровой нагрузкой сложно переоценить. Благодаря ее возведению, на кровлю действует минимальная боковая нагрузка, а владельцы получают удобный и весьма просторный дополнительный этаж.
Без чердака и чердачного перекрытия сооружают невысокие крыши гаражей, небольших бытовых построек, складов. Устройство перекрытия в таких ситуациях и не экономично, и неразумно с точки зрения доступа для технического обслуживания.
Ориентир №3: Тип кровельного покрытия
Мы уже представили двускатную крышу равносторонним треугольником. А высоту конька представили катетом треугольника, полученного при делении конструкции на две симметричные части. В созданной нами геометрической фигуре все компоненты взаимосвязаны, включая углы и длины сторон.
Нам как проектировщикам крыши интересен угол ее уклона, т.к. он находится в прямой зависимости от типа и технических характеристик кровельного покрытия. Он-то и поможет определить оптимальную высоту проектируемой конструкции.
Есть несколько правил подбора кровельного материала с учетом высоты конька и крутизны крыши, это:
Правда, обустройство крутой крыши с высоким коньком обойдется дороже. На возведение конструкции с уклоном в 45º материала уйдет в 1,5 раза больше, чем на покрытие пологой крыши крутизной до 7 — 10º. А если скаты будут наклонены под углом в 60º, расходы вырастут в двукратном размере.
Обычно интервал подходящих углов наклона производителями кровельного покрытия обозначаются в инструкции. Рекомендациям изготовителей стоит следовать во имя долгосрочной службы сооружения.
Зная рекомендованный угол наклона, ширину карнизных свесов и размеры коробки дома, можно в ходе несложных геометрических построений найти высоту конька. Однако в проектировании крыш применяется не только графический метод.
Уклон скатов обозначается градусами, процентами или десятичной дробью, в числителе которой указана высота конька, в знаменателе – половина перекрываемого пролета. Все три выражения наклона взаимосвязаны, но на стройплощадке удобнее пользоваться последним вариантом.
Немного найдется желающих откладывать угол наклона ската строительным транспортиром на объекте. Тем более что процесс установки наслонных стропил, например, производится на уже установленный коньковый прогон. Т.е. знать высоту расположения конькового прогона надо загодя. Это еще одна из веских причин, стимулирующих интерес к вычислению высоты конька.
К процентному выражению уклона крыши сложилось общее отношение и в среде мастеров, и в среде домашних умельцев. Проценты только помогут запутаться. Самый приемлемый метод отображения уклона – это отношение высоты конька к половине перекрываемого пролета. На стройплощадке он используется чаще всего.
Зная высоту конька, можно не подглядывать ежеминутно в проектную документацию. Просто путем измерений определяется середина фронтонной стены. В полученной точке строго вертикально прибивается брусок или жердь. От верхней грани предварительно установленного на стену мауэрлата вверх откладывается исследуемый нами размер. На него ориентируются при строительстве стропильной системы.
Способы определения высоты конька
Для расчетов высоты конька двускатной крыши, площади плоскостей и прочих размеров проектируемой конструкции в сети есть значительное количество программ-калькуляторов. Все вычисления проводятся автоматически, радует скорость и простота процедуры. Правда, проверить итоги расчетов сложно без наглядного представления о запланированной конфигурации крыши. А при случайном введении ошибочного числа обнаружить «удивительные» размеры можно будет только на стройплощадке. Потому лучше заранее разобраться в особенностях построения и вычислений, чтобы банальная ошибка не стала причиной сверхвысоких затрат.
Самостоятельным проектировщикам потребуются воспоминания о школьном курсе тригонометрии и желание строить схемы в масштабе, пользуясь монитором или обычным бумажным листком.
Математический и графический методы
Для определения высоты конька кровельной конструкции применяются следующие методы:
Для производства математических вычислений применяется формула a= b × tgα, где а – искомая высота конька; b – половина ширины пролета; tgα – угол уклона, выбранный владельцем дома на основании технических предписаний и рекомендаций изготовителя кровельного покрытия.
Графическим способом высота конька определяется при пересечении оси симметрии крыши и линии ската, отложенной под заданным углом от крайней точки карнизного свеса. Разберем один из наглядных примеров графического построения для получения представления о процессе.
Отметим важный нюанс. Описанными способами вычисляется подъем крыши, а не полная высота конька. Реальное значение зависит от технологии крепления верха стропилин. В висячих системах высота конька остается без изменений. Аналогично в наслонных вариантах, если вершина стропилины не выступает над линией конькового прогона.
Если верха стропильных ног возвышаются над прогоном, то к подъему крыши следует прибавить 2/3 толщины доски или бруса, использованного в строительстве стропильной системы. Считается, что глубина врубки уменьшает толщину материала на треть.
Сооружаемой поверх стропилин обрешеткой и толщиной кровельного покрытия обычно в расчетах пренебрегают. Легких отклонений при строительстве крыши практически не избежать, по сути, 5-7 см кровли с обрешеткой почти не на что не влияют.
Практический пример расчета
Разберем на конкретном примере процедуру вычисления высоты конька. Так рассчитывают размеры двускатной крыши североамериканские плотники, специализирующиеся на строительстве малоэтажных каркасных домов. Принципиально процесс ничем не отличается от действий мастеров в других странах.
В примере есть чисто технологическая специфика: узел крепления нижних пяток стропильных ног к основанию крепится врубкой. Стропилины опираются на коньковую доску. Если этого не учесть при составлении схемы и выполнении расчетов, изменится уклон, что крайне нежелательно при выборе граничного значения угла наклона, рекомендованного производителем покрытия.
В основе самостоятельных построений все тот же равносторонний треугольник, разделенный на две симметричные половины. Нам известна ширина пролета коробки дома и угол наклона, т.к. он подбирается в соответствии с типом кровельного покрытия.
Алгоритм вычисления высоты конька сводится к ряду следующих действий:
Проще говоря, высотой конька является сумма подъема крыши и 2/3 толщины стропильной доски. На практике безукоризненной точности все равно не будет, но погрешность можно считать несущественной и вполне допустимой по строительным нормам возведения деревянных конструкций, прописанным в сборнике СП 64.13330.2011. В идеале должны учитываться процессы сжатия и смятия деревянных деталей системы.
Видео-пример устройства конька
Ролик ознакомит с вариантом сооружения конька двускатной крыши, аналогичной описанной в примере конструкции:
Грамотно спроектированная крыша с правильно рассчитанной высотой конька будет отлично смотреться. Ее составляющие не создадут условий для протечек и преждевременного износа конструкции. Освоить предложенные нами методы вычислений совсем несложно.
Два простых способа, как рассчитать высоту крыши
Залог успеха любого начинания – правильный расчёт, и это касается в том числе и строительства крыши. Как рассчитать высоту крыши и что чаще всего влияет на её высоту, как правильно спланировать чердак и узнать, чем отличается конёк от стропила – всё это рассматриваем далее.
Что такое крыша и из чего она состоит
Крыша – основной элемент любого здания. Прямое её назначение – защита от атмосферных осадков и воздействия прямых солнечных лучей летом и от холода в зимнее время года. Но, помимо чисто практического назначения, она несёт ещё и эстетическую функцию. Этот конструктивный элемент дома видно издалека, от его внешнего вида судят о владельцах, а различные дизайнерские решения добавляют жилому зданию неповторимости и уникальности.
Существуют три основных вида крыш:
Самый популярный из этих трёх видов – двухскатный, классическая постройка, внешне напоминающая перевёрнутую раскрытую книгу. Дома с такой крышей можно встретить практически в любом коттеджном посёлке, именно такую сооружают над гаражами и хозяйственными постройками.
Центральный конструкционный элемент кровли – стропила. Это наклонные брусья, которые берут на себя основную нагрузку. Два стропила, соединённые вместе, образуют конструкцию в виде треугольника. Несколько таких треугольников, поставленных один позади другого и соединённые между собой лагами, составляют каркас крыши. На такой каркас укладывается утеплитель и кровельный материал.
Сами стропила крепятся внизу к специальной балке – мауэрлату. Основной способ крепления, при котором сохраняется угол наклона ската – вырубка стропил приблизительно на 1/3 её толщины и закрепления с помощью скоб, болтов, стягивающих брусьев и тому подобных средств на мауэрлате.
Два торцевых «треугольника» принято называть фронтонами. Такое их выделение из общего ряда вполне объяснимо – эти пары соединённых стропил видны снаружи и к их внешнему виду предъявляются повышенные требования.
Нижняя часть стропил, выходящая за пределы коробки дома, образует карниз, который не даёт скапливаться дождевым лужам и кучам снега прямо у стены, а выносит их на некоторое расстояние.
Ребро в месте соединения двух наклонных поверхностей называется коньком, а непосредственно сам горизонтальный брус, на который опираются стропильные ноги – коньковый брус или коньковый прогон.
От чего зависит высота крыши
Расчёт высоты крыши сводится к нахождению оптимального угла наклона составляющих её плоскостей. На эту цифру влияют несколько факторов, каждый из которых либо повышает, либо понижает высоту навеса. Рассмотрим каждый из них в отдельности.
Атмосферные осадки
Здесь скорее принято говорить не о дожде, ведь жидкая вода стекает с поверхности с любым углом наклона, а о снеге, точнее снеговой нагрузке. Дело в том, что накопившиеся за зиму на крыше массы снега весят очень много и прибавляют дополнительную нагрузку на несущие конструкции крыши. Поэтому лучше всего, чтобы снег не задерживался на крыше, а падал на землю под действием силы тяжести. Это тем более актуально в тех регионах, где выпадают значительные снежные осадки. Для таких областей оптимальный угол ската крыши – не менее 45°.
Ветровая нагрузка
Сильный порывистый ветер, который преобладает на местности, требует, чтобы крыша была наоборот, более покатой и пологой, не более 20° к горизонту. Это объясняется тем, что высокая крыша увеличивает свою парусность. Массы воздуха давят на такую крышу, а значит, и на несущие конструкции, сильнее, все элементы испытывают повышенную нагрузку. Опаснее всего порывистый ветер. Он норовит сорвать крышу с места, разрушить кровлю.
Кровельный материал
Чем меньше элемент кровли, тем более высокую крышу он для себя требует. Это вполне объяснимо: маленькая черепица имеет гораздо больше линий, за которые может зацепиться снег, и соответственно, нарасти снеговая шапка. Поэтому для такой кровли лучше всего больший угол наклона. В сущности, на упаковке любого кровельного материала указывается наиболее оптимальный угол наклона крыши, поэтому здесь не существует каких-либо определённых тенденций.
Несущая способность и материальные затраты
Увеличение высоты крыши увеличивает и нагрузку на несущие конструкции. Вместе с этим растёт и площадь самой крыши, что влечёт за собой увеличение расходов на кровельный материал, стропила и каркасные элементы, призванные укрепить всю конструкцию.
Чердак
Перед тем, как рассчитать высоту конька двухскатной крыши, необходимо определить, как именно будет использоваться пространство под кровлей. Чаще всего в хозяйственных постройках и гаражах нет потолка, и, зайдя в такое здание, можно увидеть стропила и несущие элементы навеса.
Однако в жилых домах чаще всего верх комнат отделен от подкрышного пространства перекрытием, которое одновременно является полом для чердака.
Использовать получившееся помещение под крышей можно двумя способами: как нежилое (как правило, в качестве склада) или как жилое. В любом случае к таким помещениям предъявляются свои особые требования:
Да и при использовании его как места хранения различного инвентаря домовладельцу может понадобиться подняться на чердак. В этом случае под крышей должен иметься проход высотой не менее 160 см и шириной 120 см.
Если кровля имеет сложную форму и обеспечить такие размеры прохода не представляется возможным, то можно сократить его высоту и ширину на 40 см.
Такие помещения конструируются двухъярусными, когда более высокое нижнее отделено от маленько верхней части своеобразным потолком. В любом случае, высота подбирается по самому высокому владельцу дома.
К этому значению необходимо ещё прибавить 40 см, чтобы членам семьи было максимально комфортно и удобно перемещаться по мансарде. Как правило, итоговая высота жилого чердака оказывается равной 2,20 – 2,30 м.
Собственно, именно к поискам «золотой середины» и сводится все изыскания, отражённые в настоящем разделе. Крыша не должна быть слишком крутой, чтобы её не сдул резкий порывистый ветер, но и не слишком пологой, чтобы снег зимой н лежал на ней толстым слоем. К тому же, всё это вдобавок не должно сильно ухудшать условия проживания внутри чердака, если владелец намерен использовать его в качестве дополнительного жилого помещения.
Теперь, когда рассмотрены основные моменты, на которые стоит ориентироваться при выборе угла наклона поверхности ската крыши, можно приступать к непосредственному расчёту её высоты. Существует два метода, как рассчитать высоту крыши по ширине дома: графический и математический, но оба они основаны на предположении, что крыша будет построена симметричной, то есть две её половины абсолютно ничем не будут отличаться друг от друга.
Расчет конька двухскатной крыши
Проектирование любой крыши – дело достаточно кропотливое, так как большая часть ударов непогоды – снег, дождь и сильный ветер приходятся в первую очередь на кровельные скаты и стропильный каркас. Даже при том, что по устойчивости и прочности двухскатная крыша считается наиболее оптимальным вариантом для любого малоэтажного здания.
Специалистам приходится неоднократно выполнять расчет высоты конька двухскатной крыши, чтобы подобрать золотую середину между углом наклона ската, объемом подкрышного пространства и парусностью постройки.
На что влияет высота конька
Любой человек, незнакомый с особенностями планировки и расчета двухскатной крыши, интуитивно может догадываться, что высота конька не может выбираться. Это действительно так. От высоты, на которой находится линия стыковки двух скатов, зависят два основных фактора, определяющих жизнеспособность и цену стропильного каркаса крыши:
В расчетах параметров крыши фактор влияния атмосферных явлений принимается, как один из наиболее важных. От высоты конька зависит не менее важная характеристика – угол наклона скатов крыши, чем выше конек, тем больше уклон.
Увеличение угла наклона на 5 о будет означать, что высота конька и длина ската крыши увеличатся почти на 10%, соответственно, для 10 о увеличение составит почти 30%. Казалось бы, улучшился сход дождевой воды и увеличился объем теплоизолирующего подкрышного пространства. Но одновременно возросла на 30% сила давления ветра. Расчет показывает, что давление скоростного потока воздуха на плоскость обычной двухскатной крыши размером 8х8 м составляет более 1200 кг, что само по себе немало, учитывая прочность стропильных балок. В этих условиях дополнительные 400 кг могут оказаться фатальными для мауэрлата крыши.
Строители не любят высоких коньков. Обычно это означает, что стропильные балки придется закупать по завышенной цене. Получается, чем больше высота конька, тем дороже обходится материал для двухскатной крыши. Для бруса, длиной более 6 м, цена за метр растет почти в арифметической прогрессии. Кроме того, стропильные балки приходится сращивать, а из-за изменения пропорций они становятся чрезмерно гибкими. Чтобы предотвратить слишком большой прогиб, нужно выполнить контрольный расчет деформации каждой балки и обязательно использовать подкосы.
Положительные моменты увеличения высоты конька
Основных преимуществ со знаком плюс, возникающих при увеличении высоты конька, всего три:
Крыша с высоким коньком идеально подходит для плотной городской застройки, при наличии большого количества осадков в виде снега, дождя и тумана. Такую кровлю зачастую даже не оборудуют полноценной теплоизоляцией, так как воздушный карман чердачного помещения снижает потери тепла в 3-4 раза более эффективно. Но для двухскатных крыш с высоким коньком потребуется особая конструкция фронтонов. Более эффективным решением будет заменить двухскатную крышу полувальмовой датской схемой.
Прежде чем сделать выбор, какой угол для двухскатной крыши подойдет больше всего, уместно будет сравнить те преимущества и недостатки, которые влечет за собой увеличение высоты конька.
Например, насколько важно для хозяев большое пространство чердака. Простой геометрический расчет показывает, что попытка обустроить жилое помещение на втором этаже здания с обычной двухскатной крышей, как правило, неэффективно. В этом случае используется менее половины рабочего пространства.
В то же время стоимость возведения стропильной системы крыши за счет дополнительного количества пиломатериалов и утепления увеличится более чем на 70%. Нужно будет еще раз выполнить расчет сметы, скалькулировать стоимость услуг рабочих, и главное – пересчитать прочность стропильных балок для новой высоты конька.
В итоге получается, что двухскатная крыша с высотой конька более двух высот стен здания выгодна в первую очередь для дачных построек, когда чердак не утепляется и используется только как хозяйственное помещение. Но даже в этом случае высоту конька для двухскатной крыши нужно рассчитывать по науке.
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:
Климатические рекомендации, помогающие правильно выполнить проверочный расчет, приведены в строительных нормах СНиПе 23.01.99.
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:
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.
Заключение
С развитием програмных комплексов для разработки и проектирования стропильных каркасов крыш можно получить полную деталировку всех конструктивных элементов стропильной системы с размерами и материалами. Но практические навыки выполнения расчета высот и размеров всегда пригодятся, хотя бы для того, чтобы проверить результаты, выданные машиной.
