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:
- односкатная;
- двухскатная
- четырёхскатная.
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:
- Даже нежилой чердак требует периодического технического обслуживания.
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.
- Жилой чердак предполагает, что здесь постоянно будут находиться люди.
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.
Математический метод
Как уже говорилось выше, сама крыша в разрезе представляет собой равнобедренный треугольник, где стропила образуют боковые его стороны, а основание – это ширина дома. В такой геометрической фигуре отвесная линия, опущенная с вершины конькового бруса, будет делить основание – а значит, и ширину дома – ровно пополам. Именно этим свойством равнобедренного треугольника и пользуются при расчёте симметричной крыши.
Воображаемая линия, опущенная с верха крыши до низа, делит треугольник фронтона на два прямоугольных треугольника, в которых известен один катет (ширина дома, делённая пополам) и угол между этим катетом и гипотенузой. Для удобства можно обозначить все стороны так: катеты – высота крыши и полширины дома, гипотенуза – длина стропил.
Можно воспользоваться услугами бесплатных компьютерных программ, которые позволяют рассчитать элементы дома и вычислить потребности в стройматериалах. В этом видео один из примеров:
Так как любой угол в треугольнике можно выразить через соотношение его сторон, то в итоге имеем:
Теперь вычисление высоты крыши сводится к умножению тангенса на нижний катет прямоугольного треугольника.
Тангенс, обозначаемый как tg, можно найти с помощью инженерного калькулятора или специальных таблиц для любого значения угла. Для удобства ниже в таблице приведены значения этой тригонометрической функции для некоторых углов:
| Угол | 15 | 30 | 45 | 60 | 75 |
| Значение тангенса | 0.268 | 0.577 | 1 | 1.732 | 3.73 |
Если изложенный способ касался непосредственно двускатной крыши, то тот же метод может применяться и для вычисления высоты четырёхскатной кровли. В этом случае фронтоны как бы «закрыты» от наблюдателя поверхностью крыши. Для вычисления высоты такой конструкции математическим методом определяется половина ширины дома и угол наклона ската по отношению к горизонту.
Односкатная крыша является частным случаем, в котором её можно себе представить, как половину двускатной. Исходя из этого, формула для её вычисления ничем не отличается от предыдущих примеров. Единственное отличие – половина пролёта дома здесь заменяется её полной длиной.
Графический метод
При этом способе высота крыши определяется не путём вычислений, а с помощью её измерения непосредственно на чертеже.
Для того, чтобы рассчитать высоту крыши по отношению к дому графическим методом, вначале вычерчивается его план (сбоку) в заранее принятом масштабе. Удобнее всего использовать такой, при котором 1 метр длины дома приравнивается к 1 см на чертеже. Однако всё зависит как от размеров дома, так и от подробности нарисованной схемы, поэтому могут применяться и другие масштабы.
Вначале максимально точно вычерчивается короб дома и находится его геометрическая середина. От неё вертикально вверх рисуется линия симметрии, которая делит весь дом на две половины.
С угла дома с помощью инструмента для определения углов – транспортира – откладывается нужный угол наклона крыши. Затем прочерчивается линия в соответствии с намеченным углом.
От места соединения в обе стороны откладывается половина толщин конькового бруса и прочерчиваются соответствующие линии. Надо сказать, что при практическом методе определения высоты крыши линии симметрии определяют лишь высоты конька, но не реальный подъем который может сильно развиться в зависимости от варианта крепления стропилин и конькового замка.
Если стропилины крепятся «на весу» или не возвышаются над коньковым брусом, то подъем крыши считается как половина толщины конькового прогона.
Однако существуют такие варианты крепления, где стропилины крепятся между собой, в то же время опираясь на коньковый прогон. В этом случае к толщине конькового прогона следует прибавить 2/3 толщины стропильной ноги, так как специфика соединения стропил с мауэрлатом врубкой или любым другим способом «сажает» брус на 1/3 её толщины.
В наслонном варианте лучше всего прочертить ещё одну наклонную линию выше и параллельно той, которая была ранее прочерчена с помощью транспортира на расстоянии 2/3 толщины стропил. В этом случае место соединения этой линии с линией симметрии даст правильную величину подъёма крыши.
Определение длины ската
Так как рассчитать длину ската крыши, зная ширину дома и высоту конька заранее (к примеру, на стадии возведения крыши выстроена опорная стойка конька) может понадобиться так же часто, как правильно рассчитать высоту крыши относительно дома, необходимо также рассчитать длину ската. Делается это для того, чтобы составить смету расходов на материалы и правильно рассчитать нагрузку на стропила и, сообразно с этим, подобрать их толщину.
В сущности, сам метод является задачей, обратной той, что была описана выше. Для того, чтобы узнать длину ската крыши, зная ширину и высоту, понадобится вспомнить школьный курс геометрии и теорему Пифагора.
В нашем случае скат – это гипотенуза прямоугольного треугольника:
Из полученного значения необходимо извлечь квадратный корень с помощью инженерного калькулятора. Это устройство понадобится и в том случае, если необходимо узнать угол наклона ската.
Сперва вычисляется синус искомого угла:
Теперь только остаётся набрать полученный результат на инженерном калькуляторе и узнать значение угла, либо воспользоваться помощью онлайн-вычислителя. Вдобавок к этому можно определить значение угла, сопоставив результат вычислений с таблицами.
Графический метод полезен не только тем, что позволяет рассчитать длину ската крыши, зная ширину дома и высоту конька, но и узнать ту его длину, что выступает за границы коробки дома. Предположив, что, как и в предыдущем случае, крыша дома возведена частично и требуется определить длину ската, необходимо начертить соответствующую схему дома с соблюдением всех размеров и принятого масштаба.
Надо сказать, что необходимо заранее определиться с вариантом соединения стропил. Если коньковый прогон и верх стропильного соединения находятся на одном уровне, то на расстоянии 2/3 толщины стропил, отмеренной от верха крыши, ставится точка, которая соединяется с краем дома. Если же характер соединения отличается, то отсчитывается полная толщина стропильной доски. Таким образом, выясняется наклон ската.
Следующий этап – это продолжение линии ската за пределы дома, чтобы выяснить длину карниза и полную длину ската. Для этого параллельно стене дома рисуется вертикальная линия на том расстоянии, на котором планируется закончить край крыши. Пересечение данной линии и линии ската и даст полную длину наклонной поверхности ската.
Крыша – один из основных (стены, фундамент) конструкционных элементов, и к её возведению предъявляются те же жёсткие требования. Она постоянно испытывает на себе воздействие внешней среды: ветер, дождь, снег. И именно эти три фактора являются определяющими, когда встаёт вопрос, какой высоты построить крышу, а если быть точнее, то какой наклон у неё должен быть. Ещё один немаловажный момент – как именно будет использоваться пространство под ней.
После того, как угол ската определён, предстоит вычислить полную высоту крыши от коробки дома до самой её верхней точки. Для этого используется два метода: математический и геометрический.
В первом применяется простая формула, в которую поставляются уже известные значения – угол наклона стропил и ширина дома.
При геометрическом способе определения высоты рисуется схема, на которой с помощью линейки и карандаша определяется значение высоты. Такой способ можно назвать наиболее практичным, так как он учитывает все конструкционные особенности будущей постройки, чего лишён первый способ.
