Как рассчитать угол наклона крыши

В зависимости от выбранной конструкции кровли и угла ее наклона эксплуатационные характеристики крыши меняются. Подбор оптимального для климатической зоны и условий использования, типа покрытия уклона кровли обеспечивает быстрый сход осадков, сопротивляемость ветровой нагрузке и длительную сохранность кровельных материалов.

Тип крыш

По типу конструкции кровли разделяются на:

• плоские (угол наклона к горизонтали 3…5 градусов) и скатные (уклон 5…6 градусов и более);
• пологоскатные и крутоскатные (в зависимости от того, какой угол наклона крыши используется:);
• с чердаком или без чердака, иначе эксплуатируемая и неэксплуатируемая. Под этими терминами понимается наличие под кровлей свободного, допустимого к хозяйственному использованию пространства высотой более 1,5 м или его отсутствие.

Плоские кровли используются в основном в многоэтажном строительстве и имеют небольшой уклон, обеспечивающий сток дождевой и снеговой воды в водосбор. Скатные кровли чаще применяются в малоэтажной (частной) застройке. Такой тип крыш классифицируют на:

• односкатные – наклон от одного угла кровли к другому не меняется, угол наклона односкатной крыши составляет 6…45 градусов;
• двускатные – скаты могут иметь одинаковый или разный уклон, в зависимости от расположения конька кровли, устраиваются круто- или малоуклонными;
• шатровая – четыре и более ската в виде равнобедренных треугольников, используются на постройках правильной формы (круг, квадрат, правильный многоугольник), в зависимости от типа строения оптимальный угол наклона крыши доходит до 60…70 градусов (башни);
• вальмовая – разновидность четырехгранной шатровой, при которой две грани представляют собой равнобедренные треугольники, две – равнобедренные трапеции;
• мансардные – имеют двойной уклон на каждом из двух скатов, рассчитаны на устройство жилых помещений максимальной высоты и площади непосредственно под кровлей;
• щипцовые – сложная конструкция, составная кровля из трех-четырех и более двускатных, мало распространена и используется для строений с ломаным контуром.

Помимо этих шести вариантов, используются также комбинированные.

Скатные кровли

Единицы измерения угла ската кровли

Какой угол наклона односкатной крыши (двускатной, шатровой и так далее) принят, может указываться в:

• градусах;
• процентах;
• дробном числе.

При этом под градусами понимается угол к горизонтали, проценты или дробь – отношение высоты конька к половине ширины крыши (в строительстве используется термин «заложение»).

Измерение угла наклона крыши

Измерение в градусах относительно неточное, дает (в зависимости от используемого инструмента) погрешность до 5% по углу и до 10% по линейным размерам строения при расчетах. Более точные результаты дает измерение в процентах, причем за 100% принят угол в 45 градусов.

Для более удобного использования обеих измерительных систем приведена таблица, позволяющая переводить угол наклона крыши (градусы) в проценты и наоборот.

Для расчета используется стандартная схема:

При таких параметрах процентное выражение угла кровли составляет 5:8 х 100% = 62,5%, в градусах это значение составит примерно 32^о, в дробном выражении – 5:8 = 1:1,6.

Для лучшего понимания того, как и какими инструментами производится замер наклона крыши, как рассчитать скат крыши, предлагаем посмотреть видео.

Условия применения кровельной конструкции в зависимости от климата

Сложность подбора оптимального угла наклона крыши связана с правильностью определения условий:

1. необходимой и достаточной крутизны ската, обеспечивающего сход осадков;
2. простоты конструкции;
3. экономии кровельных материалов;
4. комфорта использования помещений под кровлей.

Для расчета угла наклона крыши используются два параметра: нагрузка от атмосферных осадков и ветровая. Материал выбирается в зависимости от угла наклона крыши и климатических условий. Данные по зависимости толщины (веса) снегового покрова для наиболее распространенных плоских и малоуклонных кровель приведены на иллюстрации, где µ — коэффициент, учитывающий влияние угла кровли на задержку снеговой массы и возможное образование «снежного мешка» (наслоение снега на краю ската подветренной стороны кровли).

Учитывать следует и такую особенность, как смещение нагрузки на подветренную часть здания.

Снеговая нагрузка на кровлю

Расчет погодных нагрузок на кровлю

При учете ветровых и снеговых (дождевых) нагрузок важно иметь в виду:

• для кровель с уклоном более 60 градусов можно не учитывать нагрузку от снега и дождя, поскольку осадки не будут задерживаться на таком склоне;
• уменьшение угла ската крыши приводит к уменьшению площади кровли (соответственно, идет экономия материалов, меньше нагрузка от ветров), но требует более серьезных мер по гидроизоляции;
• малоуклонные крыши нуждаются в установке снегоудержателей – это позволит предотвратить лавинный сход осадков после сильных снегопадов. В качестве альтернативы используется обогрев кровли и оптимизированная система водостока. При таких мерах снег тает и стекает постепенно;
• подъем конька увеличивает полезную площадь покровельных помещений, позволяя организовать мансарду или эксплуатируемый чердак.

Расчет угла кровли в зависимости от снеговых и ветровых нагрузок

Для определения вероятного действия от выпадения осадков на строение (угол наклона двускатной крыши) используется карта снеговых нагрузок Российской Федерации (сопредельных стран).

Карта снеговых нагрузок Российской Федерации

При этом для расчета угла ската кровли используется значение числителя (первая цифра дроби), то есть среднестатистический вес снежного покрова для горизонтальной плоскости. Планируемый угол уклона крыши учитывается коэффициентом µ, составляющим для крыш со скатом:

• менее 25^о – 1;
• 25…60^о – 0,7 (интерполируется согласно данным, приведенным выше);
• более 60^о – не учитывается.

При постройке дома, например, в Подмосковье, здание попадает в третью зону со средней снеговой нагрузкой 180 кг/м.кв. При планируемой кровле с углом наклона в 30^о цифру следует умножить на коэффициент 0,7 – итоговое значение составит 126 кг/м.кв.

Для расчета ветровых нагрузок используется аналогичная схема. По карте ветровых нагрузок определяется зона, по месту расположения строения (между зданий, на открытом месте) – тип воздействия ветрового потока. Эти параметры дают начальную формулу, как рассчитать угол наклона крыши.

Карта ветровых нагрузок России

Место расположения здания учитывается коэффициентами из таблицы.

*- Место размещения для дома высотой в 5 м включает область с радиусом 5х30 = 150 м. Таким образом, даже в крупном городе дом, выстроенный в частном районе, будет считаться находящимся в зоне с малоэтажной застройкой.

Упрощенный расчет нагрузки от действия ветра для здания в Подмосковье, распложенного на берегу водоема значительной площади, позволяет получить цифру:

• для зоны 1 (Москва и Подмосковье) среднестатистическая нагрузка составляет 32 кг/м.кв.;
• для ската в 30^о, высоты 5…10 м и размещения на открытой местности принимаем коэффициент 1,0;
• конечный результат – 32х1,0 = 32 кг/м.кв.

Однако, помимо обычного воздействия ветра, необходимо учесть его аэродинамическую составляющую.

Иллюстрация — ветровые нагрузки на крышу

В зависимости от преобладающего направления ветрового потока, он будет стремиться сорвать кровлю или «прижать» ее к стропилам. Поэтому с учетом розы ветров рассчитывается усилие для наиболее нагруженных зон и полученное значение применяется для всей конструкции, чтобы унифицировать ее и не использовать в разных зонах стропила различного сечения. Так, с учетом приведенных выше расчетов и планируемой двускатной кровли, принимаем для ветра во фронтон (торец здания) коэффициент -1,4 и умножаем его на номинальное значение ветровой нагрузки: 32х(-1,4) = 44,8 кг/м.кв.

Полученные данные по ветровой и снеговой нагрузке суммируются, при этом знак коэффициента аэродинамического влияния ветра не учитывается. Для расчетного случая итог составит:

Это не превышает допустимой нагрузки на стропильные системы обычной конструкции 300 кг/м.кв., соответственно, крыша с таким углом наклона вполне допустима для данной местности.

Зависимость высоты кровли и полезной площади мансарды (чердака) от наклона крыши

Изменение высоты кровли, помимо изменения снеговых и ветровых нагрузок на стропильную систему, ведет к изменению полезной площади помещения под скатами.

Изменение полезной площади в зависимости от высоты кровли

Поскольку полезной высотой мансарды принято считать 2,5…3 м, подъем кровли (с учетом перекрытия мансарды) на высоту более 5 м нерентабелен. С учетом этих параметров для мансардных помещений принимается угол ската от 25^о (для односкатных и двускатных построек). Если используется мансардный тип кровли, верхняя ее часть может иметь уклон в 10…20 градусов, нижняя – 50…80.

При этом расположение мансардного помещения может варьироваться в зависимости от типа кровельной системы.

Как видно из иллюстрации, более сложные конструкции с выносными консолями или смещением дают большее полезное пространство. Однако из возведение затруднено большим количество расчетов для расположения стропил и балок, измененной конфигурацией кровли в целом, проблемами с настилом кровельного материала.

При этом учитывается также использование пространства мансарды. Так, если под «аттиковыми» (расположенными между межэтажным перекрытием и наклонной частью мансардного потолка – мауэрлатом) стенами планируется устроить спальные места, высота стены принимается меньше, чем если там предполагается расположить рабочее место или шкаф нормальной высоты.

Устройство аттиковой стены для жилых мансард

Высота аттиковой стены для жилых мансард принимается 60…220 см:

• 80…130 см – удобно размещение кровати, мансардных окон над ней;
• 130…150 см – приемлемо устройство рабочего места;
• 170…190 см и более – нормальная высота помещения, вдоль стены можно ходить.

Таким образом, выбирая в зависимости от конфигурации мебели (оборудования) минимально допустимую высоту аттиковой стены и уклон кровли, можно рассчитать полезную площадь мансарды при известной высоте конька или размере «заложения» (половине ширины дома).

Выбор кровельного материала в зависимости от наклона крыши

Выбор типа материала для кровельных работ, устройство гидро- и теплоизоляции зависят не только от наклона ската, но и от особенностей самого материала.

Следует обратить внимание на вес материала, способ его крепления и сопротивляемость «сползанию» под действием силы тяжести, влияния осадков и ветров. СНИПы дают следующие рекомендации по использованию кровельных материалов для крыш с разным уклоном.

Рекомендации СНИП: уровень уклона крыш и подходящие кровельные материалы

При увеличении угла наклона выбирается более легкое и удобное для монтажа покрытие. При этом крутоуклонные крыши, применяемые в основном в горных сельских районах с сильными снегопадами, кроются природными легкими материалами – щепой, соломой или камышом. При нежелании (невозможности) использования таких покрытий и необходимости организовать быстрый сход осадков, применяют обогрев кровельных конструкций и усиленный отвод воды – это обеспечивает постепенное таяние снега и его равномерный сток.

Нахлест листов (панелей, рулонов) кровельного материала зависит от климатических условий, ската крыши дома и особенностей самого материала. Общая зависимость проста – чем круче крыша, тем меньший нахлест можно делать.

В зависимости от того, какой уклон кровли организован и какие материалы используются для нее, может потребоваться установка снегозадержателей. При расчете их количества учитывается климатическая зона (согласно карте снеговых нагрузок), длина ската крыши и его ширина, угол наклона. Для упрощения расчета предусмотрены онлайн-калькуляторы. Сориентироваться помогут табличные данные.

Выбор типа снегозадержателя зависит от уклона ската и покрытия. Для крыш с мягкими покрытиями больше подходят уголковые модели, для твердых профилированных – решетчатые (при большом уклоне) или трубчатые (со средним уклоном).

Гидроизоляция кровли в зависимости от уклона

Большинство производителей кровельных материалов указывают рекомендуемый и минимальный угол наклона крыши при его монтаже. Первая означает тот наклон, при котором сам кровельный материал обеспечивает нормальную гидроизоляцию крыши для нормативных осадков. Вторая цифра — предел, ниже которого материал не сможет работать с требуемой отдачей. Однако для предотвращения протечек в случае экстремальных дождей или снегопадов, а также при выборе угла ската между минимально допустимым и рекомендуемым значением дополнительную гидроизоляцию устраивать необходимо.

В зависимости от того, насколько надежную планируется обеспечить защиту от атмосферной влаги, принимается гидроизоляционная система 1…6 классов, причем наиболее надежным считается первый класс.

Таким образом, в зависимости от того, какой класс подкровельной гидроизоляции выбран, можно гарантировать отсутствие протечек на 15…100%.

Заключение

С учетом всех перечисленных выше параметров, а также не разобранных в данной статье вопросов (теплоизоляция кровли в зависимости от уклона) стоит отметить: для большинства регионов России оптимальным можно считать наклон 25…35 градусов. Такая крыша позволит достаточно просто спустить снег и дождь, успешно противостоит ветрам и – при правильно подобранной конструкции – обеспечивает достаточную площадь помещений в верхней части здания.