Как выбрать оптимальный угол крыши для схода снега?

Расчет угла наклона крыши

Перед тем как рассчитать угол крыши дома, необходимо тщательно ознакомиться с факторами, которые нужно учитывать при выполнении этой задачи.

Ветровые нагрузки

Перед тем как рассчитать высоту крыши следует ознакомиться с интенсивностью ветровых нагрузок, характерных для места возведения дома. Начнем с того, что от угла наклона кровли зависит парусность крыши. Чем больше угол, тем лучше крыша сможет противостоять ветрам.

Однако и здесь имеются свои подводные камни. Чересчур пологие скаты кровли обладают низкой способностью к самоочищению от снежных и дождевых осадков, что обязательно приведет к скоплению их на ее скатах.

А это достаточно нежелательное явление, так как оно может вызвать попадание влаги в подкровельное пространство. Не менее нежелательно и возведение чересчур крутой крыши, так как она обладает плохой сопротивляемостью ветрам и может сложиться от сильных порывов ветра в любой момент.

Интенсивность ветровых нагрузок увеличивается прямо пропорционально увеличению угла наклона кровельных скатов. Например, ветровые нагрузки на крышу, угол которой равняется 45°, будут в целых пять раз выше, чем на кровлю с углом около 11°.

Чем круче кровля, тем более высокой способностью к самоочищению она обладает.

Помимо этого, крутые кровли обладают лучшей герметичностью, так как при большем угле ветер задувает дождевую воду в подкровлеьное пространство встыки между элементами кровельного материала, что обязательно сопровождается возникновением течей и снижением эксплуатационного срока конструктивных элементов.

Знание этих тонкостей поможет понять, как рассчитать уклон кровли правильно. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что для районов с интенсивной ветровой нагрузкой идеальным вариантом будет обустройство угла наклона крыши от 15 до 20°, в то время как для областей, которые не характеризуются сильными ветрами, от 35 до 40°.

Не менее важно перед тем, как посчитать уклон крыши, обратить внимание на геометрию сооружения, его размеры и имеющиеся конструктивные особенности

Расчет угла кровельных скатов

Расчет угла скатов кровли – важный параметр при разработке проекта сооружения. Как правило, размеры угла кровли варьируются от 11 до 45°. Но в наши дни довольно часто выбираются совсем другие цифры.

При проведении расчетов необходимо помнить о том, что увеличение угла наклона будет способствовать снижению снежных нагрузок на кровлю, но при этом значительно повысит ее устойчивость к резким порывам ветра.

Поэтому для того чтобы такая кровля могла переносить воздействие интенсивных ветровых потоков, придется значительно усилить стропильную систему, что обязательно повлечет за собой дополнительные материальные расходы.

Что такое уклон в процентах

Стоит поговорить об угле наклона скатов в процентах. Само понятие «угол наклона в процентах» технически неграмотное и используется только теми, кто сам ничего не строит.

Рассмотрим данные определения на практике. Допустим, угол наклона скатов равняется 30%. Что это значит? Это значит, что высота конька крыши составляет 30% половины ширины здания. Для расчетов будем пользоваться тем же треугольником.

Прямоугольный треугольник

Процент наклона рассчитывается по формуле (см. рисунок ниже).

Процент наклона

Где:

• a ­– высота конька;
• b – половина ширины строения.

Что такое 30% и как смотрится крыша с таким процентным отношением представить себе очень трудно. Для того чтобы конвертировать эту величину в градусы следует воспользоваться специальной таблицей. С ее помощью узнаем, что 30% значит, что угол наклона ската кровли равняется примерно 16,5°. Дело в том, что для 16° процентное соотношение равняется 28,7%, а для 17° этот параметр составляет 30,5%. Если мастер знает, что угол уклона ската примерно 16,5°, то он без труда может представить внешний вид и геометрию крыши, рассчитать линейные размеры стропильных ног, вертикальных опор кровли, размеры мауэрлата. Как такие расчеты делаются, если есть данные наклона в процентах?

Примеры использования угла наклона в процентах

Расчет параметров стропильной системы с помощью процентного соотношения высоты конька и половины ширины строения делается при помощи калькулятора.

Имея начальную формулу, далее расчеты строятся с использованием элементарных арифметических уравнений. Для начала нужно немного преобразовать формулу.

Начальная формула

В данном случае X – процентное отношение наклона кровли, как мы договорились, для примера возьмем 30%. Эта величина известна и задается во время расчетов.

Для предварительных расчетов следует немного преобразовать формулу в такой вид (см. рисунок ниже).

Преобразованная формула

Теперь определяем по отдельности значения a и b.

Значение а

Значение b

Напомним, что:

• a – высота стропильной системы,
• b – половина ширины здания, а
• X – процент наклона ската.

Процент нам известен, для дальнейших расчетов понадобится замерить или высоту стропильной системы, или половину ширины здания. В связи с тем, что намного легче узнать второе значение, замерим его.

К примеру. Ширина здания 8 метров, соответственно, половина равняется 4 метра (b=4 м).

Узнаем высоту стропильной системы (см. рисунок ниже).

Узнаем высоту стропильной системы

Высота стропильной системы 1,2 метра, угол наклона мы узнали из таблицы, он равняется примерно 16,5°.

Далее нам следует рассчитать длину стропильной ноги без карнизного свеса. Идти можно двумя путями.

Первый. Используя теорему Пифагора, где c – длина стропилины.

Теорема Пифагора

Соответственно, значение с можно представить формулой на иллюстрации ниже.

Формула длины гипотенузы

Пример расчета (см. картинку ниже).

Пример расчета

Второй. Используя тригонометрические функции. Как мы уже выше указывали, расчет длины стропилины можно делать по формуле ниже.

Расчет длины стропилины

Все данные у нас есть, угол наклона 16,5°, половина ширины здания 4 м.

Пример выполнения расчета

По длине стропилины есть небольшие различия. Это объясняется тем, что угол наклона был выбран приблизительно.

Как практически угол наклона влияет на эксплуатационные характеристики крыши

Показатели наклона кровли оказывают заметное влияние на эксплуатационные характеристики крыши. Не все из них положительные, есть и отрицательные.

Преимущества большого угла наклона

Минимальный угол наклона скатов для крыши из металлической черепицы на практике встречается очень редко. Почему застройщики не желают иметь на своих строениях такие конструкции? Какие преимущества дает увеличенный наклон? Самый простой и правильный ответ – натуральная черепица укладывается только на скатах с уклоном не менее 30°, соответственно, ее металлическая имитация будет смотреться на плоских крышах очень странно.

Как определить угол наклона

Кроме того, большой угол дает следующие преимущества.

1. Уменьшается вероятность попадания влаги между листами покрытия. Более подробно эта проблема уже рассматривалась выше, а с увеличением угла наклона ситуация намного улучшается.
2. Существенно снижается нагрузка на все элементы стропильной системы в зимний период времени. Чем выше наклон – тем меньше толщина снега на кровле. Но с увеличением этого параметра одновременно увеличивается парусность крыши, это следует иметь в виду во время проектирования стропильной системы. Причем усилия от ветра действуют не вертикально, а горизонтально, что требует специальных строительных мероприятий по повышению устойчивости несущих конструкций в горизонтальном направлении.
3. Большая высота конька крыши дает возможность застройщикам существенно расширить варианты использования чердачных помещений. Во многих случаях их можно переоборудовать под жилые – увеличивается жилая площадь дома при минимальных финансовых сложениях.

Пример вальмовой крыши с большим углом наклона

Есть и негативные стороны увеличения наклона скатов крыши.

1. Возрастает стоимость крыши: усложняется стропильная система, увеличивается фактический расход всех строительных материалов, в том числе и кровельных.
2. Появляются проблемы во время эксплуатации кровли. Часто требуется устанавливать дополнительные инженерные коммуникации на крыше, выполнять ремонтные работы т. д. Чем больше наклон, тем труднее мастерам, тем сложнее приспособления по технике безопасности.
3. Увеличивается ветровая нагрузка. Нужно изменять конструкцию стропильной системы.
4. Возникает необходимость монтажа снегозадержателей. С плоских крыш снег не сходит лавинообразно, устанавливать специальные снегозадержатели нет необходимости. Опытные строители знают, что каждое лишнее отверстие в кровельных материалах уменьшает надежность покрытия.

На крышах с большим углом наклона необходимы снегозадержатели

Однозначной рекомендации по оптимальному углу наклона не существует, решение принимается застройщиками самостоятельно.

Выбор уклона кровли в зависимости от материала

Наклон кровли из профнастила

При выборе материала для покрытия кровли следует внимательно изучить характеристики предлагаемых материалов, а также их рекомендации, что поможет выбрать материал, который прослужит долго и надежно.

Следует подробнее ознакомиться с тем, как определить минимальный угол уклона для различных кровельных материалов:

• Для наборных штучных материалов, таких как шифер и черепица, минимальный угол составляет 22 градуса, что позволяет предотвратить скапливание влаги на стыках и просачивание ее внутрь крыши;
• Для рулонных материалов минимальный угол наклона выбирается в зависимости от количества уложенных слоев: от 2 до 5 градусов при трехслойном покрытии, до 15 градусов – при двухслойном;
• Минимальный угол наклона кровли из профнастила по рекомендации производителей составляет 12 градусов, при небольших углах следует дополнительно производить проклейку стыков герметиками;
• При покрытии крыши металлочерепицей минимальный угол равен 14 градусам;
• При покрытии ондулином – 6 градусов;
• Для мягкой черепицы минимальный угол уклона равен 11 градусам, при этом обязательным условием является монтаж сплошной обрешетки независимо от выбранного угла;
• Мембранные кровельные покрытия могут применяться с кровлей любой конфигурации, поэтому их минимальный уклон составляет от 2 до 5 градусов.

Таблица коэффициентов для различных углов уклона кровли

Выбирая угол наклона необходимо также грамотно рассчитать несущую способность конструкции кровли – она должна быть способна выдержать любые нагрузки и внешние воздействия, возможные в данной местности.

При этом учитывается постоянная нагрузка, складывающаяся из веса кровли и ее конструкций, и временная – возникающая в результате выпадения снега или ударов ветра.

Важно: тип обрешетки и ее шаг также зависит от угла уклона крыши для многих материалов. Рекомендуется для небольших углов наклона выполнять либо сплошную обрешетку, либо с шагом от 350 до 450 миллиметров

При возведении плоской кровли также следует выполнять ряд требований, одним из которых является организация отвода воды с крыши при помощи системы уклонов.

В случае большой площади крыши часто устанавливается дополнительный аварийный слив на случай, если поток воды превысит возможности основной сточной системы.

С учетом довольно серьезных расценок на материалы, использующиеся при строительстве и ремонте, выбор кровельного материала следует делать тщательно и продуманно, оценив все положительные и отрицательные характеристики предлагаемой продукции и выбрав тот материал, который может обеспечить наибольшую надежность по наименьшей цене.

Производить возведение кровли также следует очень серьезно, поскольку небольшая ошибка при выборе угла ее наклона может повлечь неприятные последствия не только в виде затрат на незапланированный ремонт, но и в виде вреда для здоровья и жизни проживающих в здании людей.

Пошаговая инструкция определение размеров стропильной системы

Нужно узнать размеры элементов стропильной системы, если известна ширина здания и угол наклона скатов. Крыша обыкновенная двускатная. Ширина дома В = 8 м, угол уклона скатов 35°.

Шаг 1. Рассчитайте высоту вертикальных опор кровельной системы. Они устанавливаются под коньковым прогоном и воспринимают на себя вертикальную нагрузку. Для того чтобы узнать высоту крыши следует воспользоваться формулой ниже.

Формула для расчета высоты крыши

Шаг 2. Рассчитайте дину стропильной ноги без свеса.

Длина стропильной ноги без свеса

Шаг 3. Проверьте правильность расчетов. Для этого рекомендуется пользоваться теоремой Пифагора.

Теорема Пифагора

Подставляем в формулу наши данные.

Расчет по теореме Пифагора

Расчетные значения

Фактически есть небольшая разбежность в пределах нескольких сантиметров, но это связано с округлением чисел. Если оставлять хотя бы тысячные значения, то ошибка не будет превышать несколько миллиметров, этого вполне достаточно для качественного выполнения строительных работ.

Почему угол наклона металлочерепицы имеет большое значение

Этот показатель важен не только для металлочерепицы, но и для всех остальных типов кровельных покрытий. Какие параметры зависят от угла наклона крыши из металлочерепицы?

1. Шаг и материал изготовления обрешетки. Оптимальным вариантом обрешетки под металлическую черепицу считаются рейки 20×30 мм, расстояние между ними зависит от особенностей профиля, но в большинстве случаев равняется 35 см.

   Если угол наклона скатов большой, то можно шаг обрешетки увеличивать в два раза, нагрузка на нее существенно уменьшается. Но злоупотреблять не стоит, во время ветра большие по площади листы могут немного вибрировать, что отрицательно сказывается на комфортности проживания и длительности эксплуатации кровли.

2. Расстояние между стропильными ногами или их линейные размеры. Чем меньше угол наклона скатов, тем больше нагрузки на стропильные ноги. Соответственно, их следует изготавливать из толстых пиломатериалов или уменьшать шаг между элементами стропильной системы. Конкретное решение принимается на этапе планирования и учитывает максимальное количество индивидуальных факторов: архитектурные особенности проекта, месторасположение строения, финансовые возможности застройщиков и т. д.

3. Ветровые и снеговые нагрузки. Чем меньше угол наклона скатов – тем больше снега скапливается на крыше. Профиль металлической черепицы не имеет ровной обратной плоскости, упорами служат только нижние участки черепицы, расположенные на линиях, шаг между ними примерно 35 сантиметров. Соответственно, для этой кровли нельзя использовать сплошную обрешетку для уменьшения нагрузки и исключения рисков деформации. Минимальный уклон ограничивается толщиной металлических листов и климатической зоной расположения дома. Что касается зависимости величины нахлеста от угла наклона металлической черепицы, то об этом параметре поговорим немного ниже, здесь не все так просто, как кажется на первый взгляд.

4. Расход материалов. Металлочерепица не относится к категории бюджетных кровель, каждый застройщик желает сэкономить на стоимости крыши. Минимальное количество материалов требуется для плоской крыши, чем выше угол наклона – тем больше расход. Скатные кровли с углом наклона 45° требуют в два раза больше металлической черепицы, чем для покрытия плоской крыши здания с такими же параметрами. Расход увеличивается не только для черепицы, но и для пароизоляции, ветрозащиты, утеплителей, материалов изготовления стропильной системы, метизов и т. д.

Особенности стропильной системы

Устройство

Двускатная (щипцовая) крыша образована двумя наклонными поверхностями (скатами), имеющими прямоугольную форму. Основой крыши является каркас, который и называется стропильной системой.

В первую очередь давайте разберемся, из каких деталей состоит стропильная система двускатной кровли, и как она устроена.

Конструкция включает в себя следующие элементы:

Мауэрлат. Служит основой конструкции. Задача мауэрлата заключается в равномерной передаче нагрузки от крыши на стены дома.
Кроме того он выполняет еще одну важную функцию — обеспечивает крепление всей крыши к стенам. Как правило, мауэрлат для двускатной крыши делают из бруса сечением не менее 100х100, который крепится к стенам по периметру строения;

Мауэрлат — основа всей конструкции

Крепление мауэрлата к стенам осуществляется при помощи анкеров или стержней (шпилек);

Стропильная нога или просто стропило. Это, можно сказать, основной элемент, который формирует каркас кровли.Стропильные ноги устанавливаются попарно друг напротив друга и формируют треугольник. Как правило, их делают из бруса сечением 50х150 или 100х150 мм.

Стропильные ноги формируют скаты крыши

Пара стропил называется стропильной фермой. Этот элемент кровли обеспечивает равномерную передачу нагрузок, возникающих от веса крыши, ветра и осадков, на мауэрлат;

Коньковый прогон. Эта деталь служит вершиной двухскатной крыши, правда, в некоторых случаях вершины образуют стропила, а коньковый прогон устанавливается под ними.
В любом случае эта деталь представляет собой балку, которая связывает отдельные стропильные фермы в единую конструкцию.
Надо сказать, что помимо конькового прогона иногда фермы соединяют и обычными прогонами, т.е. балками, которые располагаются на плоскости скатов, как показано на схеме выше.

Коньковый прогон объединяет стропильные фермы в единую конструкцию

• Стойки. Вертикальные элементы конструкции, которые передают нагрузку от стропил внутренним стенам;
• Лежень. Представляет собой балку, которая равномерно распределяет нагрузку от стоек на внутренние стены;
• Затяжка. Деталь, которая соединяет стропила в нижней их части, образуя треугольник;
• Верхняя затяжка (ригель). Соединяет стропила в верхней части;

Подкосы передают нагрузку от ферм на затяжку

• Подкос. Элемент фермы, придающий ей жесткость. Подкосы передают нагрузку от стропильных ног на затяжку или лежень;
• Кобылки. Служат продолжением стропильных ног за пределами стен, образовывая свес крыши;

Кобылки служат продолжением стропил для обеспечения свеса крыши

Обрешетка. Доски, которые монтируются параллельно коньковому прогону, и связывают стропильные фермы. Обрешетка служит основой для монтажа кровельного материала.
Шаг обрешетки зависит от типа кровельного покрытия.

Обрешетка служит основой для монтажа кровельного материала

Некоторые материалы, такие как битумная черепица, требуют сплошной обрешетки. В этом случае доски монтируются вплотную друг к другу либо обшивка осуществляется листовыми материалами, такими как фанера или OSB.

Некоторые строительные материалы требуют монтажа сплошной обрешетки

Надо сказать, что устройство стропильной системы двухскатной крыши может различаться. Об основных возможных вариантах поговорим ниже.

Разновидности двухскатной стропильной системы

Двухскатные крыши бывают двух типов:

С висячими стропилами. Используются в тех случаях, когда расстояние между внешними стенами не превышает 10 м, и между ними нет внутренних стен. Висячие стропила снизу опираются на мауэрлат, а сверху — друг на друга.

Висячие стропила не имеют стоек

Таким образом, ферма с висячими стропилами создает распирающую нагрузку, и передает ее на стены. Для снижения этой нагрузки используются затяжки, которые стягивают стропильные ноги;

Наслонные системы могут иметь различную конструкцию, но в любом случае часть нагрузки их стропил передается на внутренние стены

С наслонными стропилами. Такая конструкция подразумевает использование стоек и лежня (иногда несколько лежней), которые передают нагрузку от стропильных ног на внутренние стены дома.
Подобная конструкция оправдана, если наружные стены располагаются на расстоянии более 10 метров и имеют внутренние стены.

Как рассчитать уклон кровли: какой способ лучше ↑

Как известно, помимо плоских (пологих) конструкций существуют также скатные и высокие, а материалов для кровельного покрытия еще больше. Для того чтобы правильно сориентироваться в этом многообразии, согласно СНиП разработаны специальные таблицы и диаграммы, в которых отражается взаимосвязь между крутизной ската и видом крыши.

Уклон крыши определяют следующие параметры:

• тип и количество материала, предназначенного для покрытия крыши; необходимая защита от ветра и влаги; высота конька для случая ремонта уже существующей кровли.

Калькулятор для расчета уклона кровли

Пользоваться данным калькулятором предельно просто. По сути любую кровлю можно разделить на обычные двухскатные, в основе расчета которых лежит треугольник. Именно на этом положении и базируется работа калькулятора. Используются следующие параметры:

• H – высота конька, то есть катет прямоугольного треугольника; W – второй катет, равный половине ширины основания; L – длина стропил, она же – гипотенуза.

Подставив два известных параметра, можно практически сразу определить угол покатости крыши с подобными характеристиками. Кстати, третий параметр вычисляется автоматически. Программное обеспечение калькулятора использует свойства равнобедренного треугольника и простейшие тригонометрические формулы.

Использование угломера

Этот прибор, который называют еще уклономером, имеет незамысловатую конструкцию: несколько реек с нанесенными делениями и маятник. При расчетах главную рейку располагают перпендикулярно к коньку. На необходимый угол на шкале делений показывает указатель маятника. Как видите, ничего сложного.

Формула расчета уклона кровли

И, наконец, требуемую крутизну ската можно рассчитать самому без использования приборов замера ската, математически. Для этого потребуются знать величину

• вертикальной высоты (H), отмеренной от наивысшей точки ската, обычно это конек, до самой нижней – карниза; заложения – горизонтального расстояния от нижней до проекции верхней точки ската.

Рассчитывают угол наклона кровли в градусах или процентах и обозначают на чертеже буквой «i».

Математически расчет величины крутизны крыши в процентах проводят следующим образом.

i = Н : L, т. е. угол уклона крыши находят из отношения высоты кровли к заложению.

После чего, чтобы получить искомую величину в процентах, значение полученного отношения умножают на 100. Выразить значение наклона в градусах помогает специальная таблица соотношений.

Рассмотрим, как вычислить угол наклона в градусах на конкретном примере.

Получается, что уклон i = 2.5 : 4,5 = 0,55. А после умножения 100 получим, соответственно, 55%.

Теперь можно по таблице перевести полученное значение в градусы, получаем — 29°.

Наименьшую крутизну ската для того или иного кровельного покрытия можно определить из следующего графика.

Допустим, речь идет о листовой стали.

• Ищем на графике, в какую наклонную линию упирается дугообразная стрелка 10. Точка пересечения наклонной и вертикальной оси дает ответ на поставленный вопрос – самое меньшее 28%.

Если H составляет 3 м, а L – 12 м, тогда i = 50%.

Таким образом, в случае приведенных конструктивных размеров необходима крутизна ската в 50% (или 27 градусов), чтобы был обеспечен нормальный сброс дождевой воды.

Выбор кровельного покрытия в зависимости от наклона крыши

На рынке материалы для крыши присутствуют в большом ассортименте, поэтому с выбором подходящего варианта особых проблем не будет. Кровельные покрытия отличаются по характеристикам и возможностям применения, и все их параметры необходимо изучить перед тем, как измерить угол крыши – только в этом случае удастся создать надежную и эффективную конструкцию.

Выбирая материал для кровли, стоит отталкиваться от следующих рекомендаций:

1. Если угол наклона стропил составляет от 2,5 до 10 градусов, то лучше всего подойдут покрытия из каменной крошки или гравия. В первом случае верхний слой покрытия имеет толщину 3-5 мм, а во втором – 10-15 мм.
2. При наклоне более 10 градусов оптимальным вариантом будут крупнозернистые или рулонные материалы, дополненные битумной гидроизоляцией.
3. Для обустройства скатных крыш с углом наклона не более 20 градусов обычно используется профнастил или листовой асбестоцемент. Все швы и стыки между кровельными материалами должны быть обработаны герметиком.
4. Если угол наклона крыши находится в пределах 20-60 градусов, то она чаще всего накрывается металлическими листами. Стыки материалов в данном случае нужно в обязательном порядке герметизировать.

Заключение

Знание того, как узнать угол наклона крыши в градусах, существенно упростит процесс ее проектирования и позволит создать максимально надежную конструкцию, которая сможет хорошо защищать коробку здания от атмосферных осадков, ветра и холода.