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:

• Длина стропил. Чем выше поднят конек, тем длиннее стропильные балки;
• С увеличением высоты конька возрастает стоимость балок, доски распорок и подкосов;
• Чем выше конек, тем больше расход кровельного покрытия, пленочной паро и гидроизоляции, утеплителя, подкладочного материала;
• Возрастает парусность постройки, если высота конька превысит определенное расчетом предельное значение, возможна ситуация, когда коробка здания не в состоянии удержать крышу.

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.

Высоту конька нельзя увеличивать произвольно еще и по соображения устойчивости кровельного покрытия. Перед тем как рассчитать высоту конька двухскатной крыши, необходимо определиться с видом кровельного покрытия. Большинство производителей выдают рекомендации об оптимальном угле наклона двухскатной крыши для конкретного вида кровельного материала. Например, гибкую черепицу нельзя укладывать на скат крыши с уклоном менее 16^о и более 40^о, а ондулин и металлочерепица не используются на скатах c углом наклона 60-65^о.

Положительные моменты увеличения высоты конька

Основных преимуществ со знаком плюс, возникающих при увеличении высоты конька, всего три:

• Снижение давления снегового покрова;
• Увеличение полезного пространства чердака за счет более высоких потолков;
• Улучшение вентиляции подкрышного пространства, снижение риска затекания дождевой воды под кровельный пирог, уменьшение расходов на утепление за счет более объемной воздушной подушки.

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:

• 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 30-60^о. 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.

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.