С помощью калькулятора по расчету вальмовой крыши можно определить угол наклона, количество обрешетки и рассчитать стропильную систему. Также вам будет дана подробная информация о необходимом объеме строительных материалов. Выполните онлайн расчет вальмовой крыши дома.
Укажите кровельный материал:
Выберите материал из списка -- Шифер (волнистые асбоцементные листы): Средний профиль (11 кг/м2) Шифер (волнистые асбоцементные листы): Усиленный профиль (13 кг/м2) Волнистые целлюлозно-битумные листы (6 кг/м2) Битумная (мягкая, гибкая) черепица (15 кг/м2) Из оцинкованной жести (6,5 кг/м2) Листовая сталь (8 кг/м2) Керамическая черепица (50 кг/м2) Цементно-песчаная черепица (70 кг/м2) Металлочерепица, профнастил (5 кг/м2) Керамопласт (5,5 кг/м2) Фальцевая кровля (6 кг/м2) Полимер-песчаная черепица (25 кг/м2) Ондулин (еврошифер) (4 кг/м2) Композитная черепица (7 кг/м2) Натуральный сланец (40 кг/м2) Указать вес 1 кв метра покрытия (? кг/м2)
кг/м 2
Введите параметры крыши:
Ширина основания A (см)
Длина основания B (см)
Угол наклона крыши α (град)
Длина боковых свесов C (см)
Длина торцевых свесов D (см)
Стропила:
Шаг стропил (см)
Сорт древесины для стропил (см)
Расчёт обрешётки:
Ширина доски обрешётки (см)
Толщина доски обрешётки (см)
Расстояние между досками обрешётки
(см)
Расчёт снеговой нагрузки:
Выберите ваш регион, используя карту ниже
1 (80/56 кг/м2) 2 (120/84 кг/м2) 3 (180/126 кг/м2) 4 (240/168 кг/м2) 5 (320/224 кг/м2) 6 (400/280 кг/м2) 7 (480/336 кг/м2) 8 (560/392 кг/м2)
Расчёт ветровой нагрузки:
Ia I II III IV V VI VII
Высота до конька здания
5 м от 5 м до 10 м от 10 м
Тип местности
Открытая местность Закрытая местность Городские районы
Результаты расчетов
Угол наклона подходит для данного материала.
Угол наклона для данного материала желательно увеличить!
Угол наклона для данного материала желательно уменьшить!
Высота подъёма: 0 см.
Длина конькового бруса: 0 см.
Площадь поверхности крыши: 0 м.
Примерный вес кровельного материала: 0 кг.
Количество рулонов изоляционного материала с нахлестом 10% (1×15 м): 0 рулонов.
Стропила:
Нагрузка на стропильную систему: 0 кг/м 2 .
Длина боковых стропил: 0 см.
Длина диагональных стропил: 0 см.
Количество вальмовых стропил: 0 шт.
Уменьшите шаг стропил!
Количество боковых стропил: 0 шт.
Обрешетка:
Количество рядов обрешетки (для всей крыши): 0 рядов.
Равномерное расстояние между досками обрешетки: 0 см.
Количество досок обрешетки стандартной длиной 6 метров: 0 шт.
Объем досок обрешетки: 0 м 3 .
Примерный вес досок обрешетки: 0 кг.
О калькуляторе
Онлайн-калькулятор вальмовой крыши поможет рассчитать её параметры: объём кровельных и изоляционных материалов, обрешётки, прочность стропильной системы, корректность угла наклона кровельных скатов. В базе калькулятора содержатся сведения о большинстве кровельных материалов. Это металлочерепица, битумная, керамическая и цементно-песчаная черепица, битумный и асбестоцементный шифер, ондулин и другие материалы. Поэтому воспользовавшись данным калькулятором вы сможете более точно рассчитать конструкцию и определиться с будущей постройкой. В данном калькуляторе рассматривается классический вариант вальмовой крыши с равными скатами и равными углами скатов по отношению к основанию крыши.
Прежде чем конструировать вальмовую крышу, ознакомьтесь с нормативными документами, такими, как СНиП 2.08.01-89 «ЖИЛЫЕ ЗДАНИЯ».
Вальмовая крыша представляет собой своеобразный вариант двускатной крыши, но в профиль представляющей форму трапеции. На торцах вальмовой крыши находятся скаты, по форме напоминающие треугольники (так называемые вальмы). Крыша имеет в общей сложности 4 ската (два боковых и два торцевых) и 4 ребра (так называемые диагональные стропила).
Такая конструкция хоть и сложнее обычных двускатных крыш, но имеет свои преимущества, к тому же вальмовая крыша прекрасно выглядит.
Существуют также полувальмовые крыши, в которых вальмовые скаты меньше по длине и не достигают карниза.
Для отделки вальмовой крыши можно использовать всевозможные кровельные материалы. При их выборе следует учесть особенности климата вашего региона и обратить внимание на предъявляемые материалами эксплуатационные характеристики.
При заполнении полей калькулятора вы можете узнать дополнительную информацию, расположенную под знаком .
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по данному калькулятору, вы можете написать нам, используя форму комментариев внизу страницы. Будем рады услышать ваше мнение.
Дополнительная информация о результатах расчётов
Угол наклона крыши
Здесь вы увидите сообщение о том, соответствует ли указанный угол наклона крыши нормам по кровельному материалу. Если угол не будет соответствовать, то вам будет рекомендовано его изменить.
Высота подъёма
Высота крыши от ее основания до конька (свесы не учитываются).
Длина конькового бруса
Коньковый брус будет иметь данную длину между вальмами.
Площадь поверхности крыши
Площадь всей поверхности, включая имеющиеся свесы. Данный параметр поможет вам рассчитать необходимые материалы для строительства.
Примерный вес кровельного материала
Суммарная масса выбранного кровельного материала, необходимого для крыши заданных размеров.
Количество рулонов изоляционного материала
Необходимое количество изоляционного материала. Указано количество в рулонах, исходя из стандарт — 15 метров в длину, 1 метр в ширину. При расчете также учтен нахлест 10 %.
Нагрузка на стропильную систему
Максимальный вес, оказываемый на стропильную систему. Учитываются ветровые и снеговые нагрузки выбранного региона, угол наклона крыши, а также вес всей конструкции.
Длина боковых стропил
Расчетная длина стропил с учетом свесов.
Длина диагональных (накосных) стропил
Длина каждого из четырёх диагональных стропил (рёбер).
Количество боковых и вальмовых стропил
Общее количество стропил для боковых и вальмовых скатов, не считая четырёх диагональных стропил.
Минимальное сечение стропил / Вес стропил / Объем бруса
- В первой колонке указаны сечения стропил по ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород . Здесь указаны сечения, которые можно использовать при постройке вальмовой крыши с заданными параметрами. Отправной точкой расчетов служит суммарная нагрузка на конструкцию. После чего определяется соответствующее сечение стропил, представленное в данной таблице.
- Во второй колонке указан суммарный вес стропил, который бы получился, если использовать их для возведения всей крыши.
- В третьей колонке указан суммарный объем стропил в кубических метрах. Этот показатель может вам пригодиться при расчете стоимости.
Количество рядов обрешетки
Число рядов обрешётки, которое понадобится для всей кровли с заданными параметрами. Обязательно уточните необходимое количество рядов обрешетки для выбранного кровельного материала, это вы можете сделать у продавцов кровельных материалов.
Равномерное расстояние между досками обрешетки
Чтобы равномерно расположить обрешетку, следует использовать указанный здесь шаг. Он обеспечит необходимую прочность кровли и сэкономит материал.
Объем досок обрешетки
Объем досок на обрешетку (для всей крыши). Это значение поможет вам при расчете стоимости пиломатериала.
Достаточно популярной разновидностью крыши является . Относят эту разновидность к четырехскатным конструкциям.
Для шифера пример расчета следующий:
- Обычно используют для покрытия семь листов волнового шифера, полезная площадь которых равна 1,335 м 2 .
- Если применяются 8 листов такого материала, то значение полезной площади равно 1,56 м 2 .
- Далее, значение общей площади крыши делят на значение полезной площади материала. Если площадь крыши, например, 26,7 м 2 то количество листов шифера, необходимого для оборудования кровли, равно 20 штук.
Пример расчета для металлочерепицы:
- Выбирая подобный материал для покрытия, стоит знать, что чем меньше размер материала, тем больший размер стыков необходимо применять.
- Изначально значение общей площади умножают на поправочный коэффициент, равный 1,1.
- После этого получившееся значение площади делят на полезную площадь черепицы, в зависимости от ее размера и, соответственно размера нахлествов.
Если конструкция покрытия крыши комбинированная и сложная, то значение перерасхода может достигать 60%.
Калькулятор расчета крыши
Шаг стропил
Значение расстояния, которое образуется между двумя стропилами называется шагом. Большая часть конструкций сделана таким образом, что шаг равен 1 м . Установлено и минимально допустимое значение такого параметра, равное 60 см.
Процесс расчета расстояния между стропилами выглядит следующим образом:
- Изначально нужно выбрать ориентировочно предполагаемый шаг стропильной системы. Отталкиваться можно от вышеуказанных значений, т.е. расстояние равно 1 м.
- Следующее значение, которое понадобится – это длина конька (ската).
- После этого, длина стропила разделяется на ориентировочно выбранное значение шага. Полученный результат округляется до большего значения, после чего увеличивается на 1.
- Последнее при расчете – это деление общей длины ската на значение из предыдущего пункта. Это и будет необходимое расстояние, которое нужно соблюдать в процессе установки .
На примере можно рассмотреть конструкцию , длина ската которого равна 12 м, а ориентировочно выбранное расстояние шага – 0,8 м:
- 12 / 0,8 = 15. Если число в расчете получилось нецелым, то его следует округлить до ближайшего целого значения.
- 15 + 1 = 16. Прибавка на единицу для более точных расчетов количества ног в конструкции.
- 12 / 16 = 0,75 м. Это значение будет оптимальным расстоянием шага для стропильной конструкции.
Шаг стропил
Выбор угла ската кровли и определение высоты конька
Как и в предыдущих расчетах, процесс определения высоты конька зависит от выбранного угла ската . Несмотря на то, что вальмовая конструкция крыши позволяет соорудить скаты, имеющие разное значение углов, лучше всего делать конструкцию с одинаковыми углами.
Это позволит нагрузке распределяться равномерно и иметь крыше эстетичный внешний облик.
ВНИМАНИЕ!
Значение угла наклона относительно вальмовой разновидности конструкции варьируется между 20 и 45 градусами.
На более конкретное определение такого параметра влияют :
- Фактор повышенной нагрузки от снега предполагает сооружение конструкции с более крутым наклоном.
- Если ветер в районе расположения дома сильный и порывистый, то рекомендуется уклон делать не больше, чем 30 градусов.
- Намерение помещение чердака использовать под жилое помещение. В данном случае учитывается удобство передвижения по чердаку и возможность обеспечить все коммуникативные конструкции таим образом, чтобы к ним был свободный доступ в случае необходимости.
- Покрытие, выбираемое для кровли, также играет немаловажную роль. Выбирая определенный материал, нужно поинтересоваться минимально дозволенными характеристиками в отношении угла ската.
Относительно высоты конька, то определить ее очень просто, зная значение угла ската. В конструкции необходимо условно выделить прямоугольный треугольник, в котором одна из сторон будет искомой высотой .
Формула: h = b / 2 * tanA .
Угол наклона крыши
Заключение
Этап проектирования дома и всех элементов его конструкции достаточно сложный и кропотливый. Очень важно внимательно проводить все расчеты и каждый раз их перепроверять. Облегчить такую задачу может наглядное изображение в меньшем масштабе всей будущей конструкции.
Строительство вальмовой конструкции крыши с четырьмя скатами считается одним из наиболее сложных вариантов возведения и обустройства из-за наличия в каркасе многочисленных достаточно непростых узлов сопряжения. До того момента, как начнется строительство стропильной системы, необходимо сделать общий расчет с чертежом, и только после этого станет ясной ситуация, насколько массивной и тяжелой получится конструкция стропил.
Из чего состоит расчет четырехскатной крыши
В любой конструкции четырехскатной кровли, от самой простой, шатровой, до сложной вальмовой крыши ломаного типа, расчет выполняется по одной и той же схеме:
- Выполняется эскизное проектирование вальмовой крыши своими руками согласно замыслу постройки и проектному заданию;
- Разрабатывается основной чертеж вальмовой крыши;
- Выполняется расчет вальмовой крыши, наиболее нагруженных частей каркаса четырехскатной вальмовой кровли;
- Уточняют размеры основных деталей стропильной системы, выполняют деталировочные чертежи отдельных узлов.
К сведению! Только после выполнения расчетов и деталировки можно составлять смету и считать стоимость постройки красивой четырехскатной вальмовой крыши.
В данном случае приведена методика ручного расчета деревянного каркаса и стропильной системы кровли. Способ и основные этапы расчета не представляют особой сложности, выполнить проектирование и разобраться в расчетах вполне по силам даже школьникам. Если человек владеет методикой расчета, то у него есть четкое понимание того, как работает стропильная, коньковая и опорная балка, где находятся наиболее слабые звенья четырехскатной крыши.
Для определения размеров можно воспользоваться любой онлайновой программой или системой автоматизированного проектирования, но иногда оценку прочности и устойчивости приходится делать, что называется, «на ходу».
Устройство вальмовой крыши
Конструктивно классическая четырехскатная вальмовая крыша состоит из двух основных скатов и двух боковых вальм. Для расчета длин и сечений бруса необходимо составить максимально точный эскиз, или лучше — . Используя схемы с различным исполнением углов наклона и высоты крыши, можно прорисовать и просчитать различные варианты компоновки кровли, и главное - определить геометрические размеры наиболее нагруженных деталей каркаса.
Основными элементами конструкции четырехскатной крыши являются:
- Рядовые стропильные балки, формирующие два основных ската. Стропила точно такие же по форме и исполнению, как в обычной двухскатной крыше. Скаты имеют форму равнобедренной трапеции;
- Вальмовые угловые, называемые еще накосными или диагональными стропилами, располагаются в углах каркаса крыши и формируют так называемые вальмовые скаты в виде симметричных равнобедренных треугольников;
- Нарожные стропила, из которых формируется плоскость вальмовых скатов;
- Вертикальные стойки, на которые опираются коньковая балка и все четыре ската.
Кроме того, в конструкции применяется большое количество вспомогательных элементов, призванных увеличить жесткость всего четырехскатного каркаса. Это всевозможные подкосы, распорки, шпренгели, устанавливаемые в качестве опорных элементов стропил, фото.
Самые длинные стропила называются угловыми, наиболее короткие - нарожными.
Расчет параметров каркаса крыши
По условиям задачи необходимо будет, пользуясь чертежами, выполнить оценочный расчет наиболее нагруженных элементов стропильной системы - вертикальной опорной стойки и стропильной балки четырехскатной вальмовой крыши. Кроме того, нужно выполнить расчет их размеров и положение линий запила под опорные поверхности на мауэрлате и коньковом прогоне.
Обычно используются схемы с одинарным коньковым прогоном, как на чертеже, но если подкрышное пространство планируют использовать в качестве чердака или мансардного помещения, в этом случае четырехскатную крышу строят по двухпрогонной схеме. Такой вариант значительно дороже, но позволяет получить более устойчивую и жесткую вальмовую конструкцию в случае постройки кровли с большой поверхностью ската.
Оба варианта четырехскатной крыши используют наслонные стропила с фиксацией стропильных балок на мауэрлате и опорой на коньковом прогоне. Расчет обоих вальмовых крыш выполняется по одной и той же методике.
Для выполнения расчета нам потребуется:
- Определить нагрузки, действующие на каркас вальмовой крыши;
- Проверить на прочность и устойчивость вертикальную опорную стойку;
- Рассчитать прогиб и прочность рядовой и диагональной стропильной балки.
Для выполнения расчета используется упрощенная схема четырехскатной вальмовой крыши, приведенная ниже.
Все элементы каркаса четырехскатной вальмовой крыши условно можно разделить на две группы — балки, в том числе и стойки. Первые работают в условиях прогиба или под действием изгибающего момента. Вторая группа силовых элементов относится к более простым случаям, они работают в условиях линейного сжатия или растяжения. В этом случае расчет несущей способности сжатой стойки определяют из условий статической устойчивости под сжимающей нагрузкой.
Методика расчета устойчивости и прочности вертикальных опор и подкосов
На первом этапе нужно определить прочность вертикальной стойки, исходя из известной величины вертикальной нагрузки. Силу давления на вертикальные стойки вычисляют, как сумму трех составляющих — массы крыши с кровельным покрытием и веса от максимального снегового покрова. Так как скаты расположены под углом, то итоговое вертикальное давление, воспринимаемое крышей, можно грубо принять, как половину веса деревянных конструкций четырехскатной конструкции и массы снега, посчитанной, исходя из площади кровельного покрытия, перемноженной на максимальный вес 1 м 2 снежного покрова кровли для данного региона.
Прочность вертикальной опоры определяют из следующего соотношения:
σ = Р/S ≤ M с , где М с - удельная прочность на сжатие конкретной породы древесины, Р — вертикальная нагрузка под действием веса четырехскатного каркаса и массы снега, в килограммах, S - суммарная площадь поперечного сечения всех вертикальных опор в данной конструкции. Полученная от деления величина не должна быть больше М с, справочного значения, которое можно взять из справочника или СНиПа №II-25-80 . Например, стойка из сухой сосны, сечением в 120 см 2 , выдерживает огромную вертикальную нагрузку почти в 16 тонн, поэтому расчет на прочность не имеет определяющего значения.
Почти всегда расчеты вертикальных стоек выполняют по запасу устойчивости или способности опоры воспринимать усилие без деформации и изгиба.
Для классификации гибкости опоры вводят понятие коэффициента гибкости λ , для куба он равен 0, для большинства реальных деревянных опор его значение может быть от 40 до 100 единиц.
Формула расчета устойчивости длинного деревянного стержня, который представляет собой опора четырехскатной крыши, выглядит так: σ = Р/ φS ≤ M с , где φ — коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно положениям СНиПа №II-25-80 по формуле:
- Для значений λ меньше 70 единиц φ рассчитывают по формуле: φ = 1 - 0,8(λ/100) 2 ;
- При значениях λ больше 70 единиц φ получают: φ=3000/ λ 2 .
Практическое значение φ колеблется в пределах от 0,3 до 0,7.
Проще всего использовать график, позволяющий по зависимости λ - φ и соотношений длины к диаметру опоры получить точное значение φ и выполнить проверочный расчет на устойчивость.
Прочность стропильной балки
Расчет несущих вертикальных опор, как правило, является проверочным, так как в действительности запас прочности и устойчивости стоек, изготовленных из стандартного бруса 100х150 мм, для большинства вальмовых крыш всегда больше, чем требуется в реальности. Намного важнее проверить прочность стропильной диагональной балки, которые нередко ломаются под весом снега из-за недостаточного запаса жесткости.
Для проверки прочности стропильной балки на нагрузку используется стандартная формула — (Р/φS) + (M z /W z) ≤ M y , где:
- Р — суммарная нагрузка от веса конструкции вальмовой крыши, снегового покрова и вертикальной составляющей давления от потока ветра в кг;
- S - размер поперечного сечения в см 2 ;
- W z и M z - момент сопротивления и значение изгибающего момента стропильной балки соответственно;
- M y - справочная величина сопротивления конкретной породы древесины балки изгибающему усилию.
К сведению! При угле наклона менее 27 о, величиной ветровой нагрузки на каркас вальмовой четырехскатной крыши можно пренебречь, но при этом возрастает составляющая от снега и дополнительного веса обрешетки.
Все расчеты на прочность выполняются из предположения, что древесина балки, используемой для стропил вальмовой крыши, не имеет дефектов и повреждений, что на практике не всегда соответствует действительности. Кроме того, доски из разных частей ствола дерева имеют разную прочность, поэтому стропила для четырехскатной вальмовой крыши выполняют составными, в виде пакета из сбитых двух-трех досок 50х150 мм. Расчеты такого стропила по стандартной схеме.
Расчет геометрии элементов вальмовой четырехскатной крыши
Конструкцию вальмовой четырехскатной крыши можно представить в виде пространственного набора прямоугольников и трапеций.
Исходными величинами являются размеры прямоугольника мауэрлата, по которым будет выполняться расчет всех элементов каркаса четырехскатной крыши.
Первоначально нужно рассчитать высоту вертикальных опорных стоек. Для этого используется величина, равная половине длины боковой стены, за вычетом ½ толщины стенки дома S . Зная угол наклона свеса А, легко определяем высоту вертикальной опоры конькового бруса по формуле: Н к =0,5(L bc - 0,5S)*tgА .
Приняв тот факт, что L oq =L do , можем определить:
- Длину горизонтальной проекции угловой стропильной балки по формуле планиметрии L oc = 1.22*L do и, соответственно, размер самого диагонального стропило L ac, используя теорему Пифагора и катеты L oc и H k ;
- Длину конькового прогона, как продольный размер коробки здания, за вычетом удвоенной длины L do , L ak =L cm -2L do .
Кроме собственно размеров каркаса, необходимо выполнить расчет мест запила рядовой и диагональной стропильных балок.
Для этого по нижней кромке доски рядового стропило откладывают полученный расчетом размер H ad , после откладывается ширина мауэрлата под углом наклона ската и выполняется клиновидный запил, как на рисунке.
Заключение
Для грамотного оперирования требуются определенные знания в строительной механике и сопромате, особенно в вопросах прочности и устойчивости конструкций. Тем не менее для простых схем, например, для беседки или сарая, проблемы прочности не столь критичны. Достаточно знать правила геометрического расчета четырехскатной крыши вальмового типа, а для наиболее важных опорных и стропильных элементов использовать брус с увеличенным запасом прочности.
Планирование будущего облика крыши дома практически всегда упирается в проблему проверки спроектированной стропильной системы на прочность, жесткость и устойчивость. Очень красивые и изящные на бумаге четырехскатные, шатровые, ломаные, вальмовые и полувальмовые конструкции на практике требуют от застройщика знаний и понимания того, как рассчитать вальмовую крышу наиболее понятным и доступным способом. Чем сложнее и замысловатее компонуется кровельная конструкция, тем сложнее рассчитать ее характеристики и получить достоверный результат.
Что значит правильно рассчитать крышу
Существует несколько основных методик, позволяющих рассчитать вальмовую крышу дома с относительно небольшой погрешностью. Все они широко используются в повседневном проектировании и многократно проверены на практике. Для частного застройщика-непрофессионала можно использовать три способа, позволяющие рассчитать параметры кровли, владея знаниями в пределах школьного курса математики:
- Табличный способ расчета, самый любимый и широко используемый в проектировании вальмовых и любых других стандартных кровельных схем. Он позволяет рассчитать основные параметры конструкции кровли, используя табличные данные, сведенные в справочники и методички;
- Рассчитать параметры на основании тригонометрических формул и простейшей модели вальмовой крыши. Графическим построением и вычерчиванием будущей вальмовой конструкции в увеличенном масштабе можно получить все необходимые сведения о параметрах кровли простым измерением;
- Использование готовых программ и онлайн калькуляторов. Сделать подобный объем работы вручную, рассчитать прочность и геометрию крыши без базового образования и подготовки другим способом практически невозможно.
Специализированных программ существует превеликое множество, и нередко правильно подобрать правильный программный комплекс на сегодня значительно сложнее, чем рассчитать с его помощью геометрию вальмовой крыши.
К сведению! Полноценные программные комплексы обладают высокой гибкостью настройки и позволяют рассчитать самые сложные варианты, например, сделать расчет вальмовой крыши с эркером.
Как и с любой другой программой, при работе с АСПСК нужно понимать суть расчетов, при необходимости уметь выполнить проверочный расчет угла вальмовой крыши с помощью школьных тригонометрических формул. На сегодняшний день практически все более-менее сложные расчеты выполняются с применением всего трех основных методик. Даже опытные и уверенные в своих силах инженеры-проектировщики и архитекторы предпочитают выполнять расчет четырехскатной вальмовой крыши с обязательной перепроверкой, что называется, «на бумажке».
Что такое вальмовая крыша, и почему нужно ее рассчитать
Вальмовая схема на сегодняшний день применяется в 90 случаях из 100 при строительстве новых и ремонте старых домов. Четырехскатная крыша, вальмовой или полувальмовой схемы, обладает целым радом преимуществ:
- Конструкция получается достаточно компактной, с хорошей устойчивостью к горизонтально ветровой нагрузке, давлению дождевой воды и снеговых пластов;
- Вальмовая кровельная схема позволяет снизить до минимума потери тепла через кровельное покрытие и ликвидировать затекание воды через фронтоны, чем нередко страдают двухскатные кровельные схемы;
- Вес стропильного каркаса и кровельного материала вальмовой крыши меньше, чем у традиционных двухскатных конструкций, но стоимость работ по сборке и обустройству значительно выше.
Если рассчитать крышу по всем правилам, стоимость обустройства кровли лишь ненамного превысит традиционные односкатные и двухскатные конструкции. В результате, потратив некоторые ресурсы на то, чтобы рассчитать оптимальные параметры вальмовой крыши, можно максимально оптимизировать затраты, и одновременно получить наиболее прочную, теплую и долговечную кровельную конструкцию.
Особенности применения различных методик расчета вальмовой крыши
Кроме прочности и устойчивости конструкции, немаловажной информацией является расход материалов, прежде всего дорогостоящих, длинномерного бруса и бревен, утеплителя и кровельного покрытия. Прежде чем рассчитать выбранный вариант на жесткость и прогиб стропильных балок, выполняют предварительный выбор и расчет угла вальмовой крыши. От данного параметра зависит:
- Подбор высоты конька и характер кровельного материала, планируемого к использованию в конструкции вальмовой кровли;
- Опираясь на значение угла и кровельный материал, можно выполнить расчет площади вальмовой крыши и размер силовых элементов.
Зная параметры кровли, элементов стропильного каркаса, несложно будет рассчитать общий вес вальмовой конструкции и стоимость материалов. Можно рассчитать затраты на возведение крыши и величину давления на стены и фундамент здания.
Простейший расчет геометрии вальмовой крыши
Для предварительного расчета каркаса вальмовой кровли можно использовать упрощенную модель, приведенную на рисунке ниже.
В качестве исходных параметров принимаем размеры основания кровли или коробки здания. Перед тем как рассчитать площадь вальмовой крыши, необходимо решить вопрос угла наклона. Обычно заказчик предлагает несколько вариантов кровельного покрытия, для каждого из них существует свой оптимальный угол наклона. Вторым фактором, который необходимо знать, чтобы правильно рассчитать несущую способность крыши, является максимальная толщина и вес снегового покрова. Для более высоких широт угол вальмовой крыши выбирают не менее 30 о и даже 45 о, что позволяет не учитывать давление снежной массы на стропила.
Важно! Упрощенная модель шатровой крыши может использоваться для того, чтобы рассчитать любую вальмовую конструкцию. Например, для расчета площади классического варианта крыши с двумя короткими вальмами и двумя удлиненными вальмовыми скатами достаточно добавить к площади шатровой кровли величину поверхности прямоугольников скатов, образованных коньковой балкой и длинной рядовой стропильной ногой.
После выбора угла необходимо рассчитать конек вальмовой крыши, сделать это несложно, по формуле синуса или тангенса угла прямоугольного треугольника. Используя тригонометрические формулы, можно рассчитать длину рядовых и угловых стропил, но на практике чаще всего размеры отдельных элементов стропильного каркаса просто пересчитывают по коэффициентам из таблиц. Зная угол наклона и длину рядового стропила, можно рассчитать угловые и промежуточные значения.
После того как стали известны предварительные значения размеров конька, наслонных и рядовых стропил, необходимо составить точный чертеж вальмовой крыши, на котором графическим способом можно рассчитать и точнее измерить получившиеся детали дополнительных силовых элементов. Таким способом выполнялся расчет деревянных остовов кораблей, мостов, сложные конструкции зданий из камня и дерева на протяжении нескольких веков, пока не появились современные математические методы.
При использовании достаточно маленького масштаба, примерно 1:7 или 1:10, можно графическим методом рассчитать на готовом чертеже абсолютно все детали вальмовой крыши. Как ни странно, но точность такого расчета лишь немногим превышает стандартную величину, принятую для рядовых инженерных расчетов. Тем более, при составлении деталировки и расчете размеров заготовок под конкретные детали, например, под стропильные балки или подкосы, длину и сечение выбирают с требуемым припуском на обрезку или шлифовку поверхности бруса.
Только после прорисовки чернового чертежа конструкции можно приступать к выполнению самого ответственного этапа - проведению расчета на прочность и жесткость, или чаще всего - максимальную величину прогиба стропил, коньковой балки, свесов и других элементов конструкции. Проще всего рассчитать параметры крыши, используя готовую программу.
Методика расчета вальмовой крыши с помощью программ
В простейшем случае выполнить проверку и рассчитать предварительные сведения и характеристики вальмовой крыши можно с помощью онлайн калькулятора. Компании, предоставляющие онлайновые программные комплексы, используют готовые модули, в которых заложены основные требования строительных норм и правил «Нагрузки и воздействия», а также определяющие положения ТКП 45-5.05-146-2009. Правда, рассчитать такой калькулятор сможет лишь наиболее простой вариант вальмовой крыши.
Для расчета потребуется ввести лишь ограниченный набор основных сведений о конструкции кровли:
- Размеры основания или мауэрлата крыши;
- Угол наклона скатов;
- Длину торцевых и боковых свесов;
- Материалы для изготовления несущих элементов и кровельного покрытия;
- Шаг стропильных ног и обрешетки;
- Данные о ветровой и снеговой нагрузке для конкретного региона.
На выходе калькулятор программа выдает достаточно большой объем информации. Прежде всего, проверяется соответствие заложенного угла наклона стропил выбранному материалу для кровельного покрытия. Вторым пунктом программа попробует рассчитать площадь кровли с учетом свесов и общую нагрузку на стропильную систему по заданным углам наклона вальмы и боковых скатов, отдельно для чистого кровельного материала и отдельно под максимальным слоем снега.
На втором этапе выдаются параметры стропильной системы:
- Длина вальмовых, угловых и рядовых стропил;
- Количество стропильных ног на каждой части вальмовой крыши;
- Общий вес стропильного каркаса и рекомендуемое сечение для каждой из стропил.
В результате работы программы можно дополнительно узнать объем пиломатериалов и площадь кровельного покрытия. Полученные данные позволяют рассчитать затраты и стоимость материалов на изготовление крыши. В некоторых калькуляторах можно получать несколько вариантов расчетов, но чаще всего рассчитывать наиболее дешевый и прочный вариант приходится самостоятельно. В среднем, для получения наиболее оптимальной схемы наклона и размеров стропил, приходится отработать не менее 30-35 различных вариантов. К стоимости обычно добавляют 10-12% на издержки, связанные с подготовкой к стройке и доставкой к месту строительства.
Заключение
Существенным недостатком таких калькуляторов является упрощенная схема, по которой приходится рассчитывать параметры вальмовой крыши. Простая онлайн программа не дает ответа на основной вопрос — насколько устойчивым и жестким будет каркас, и какова будет величина максимального прогиба стропил и обрешетки в самых неблагоприятных условиях нагружения. Поэтому сложные варианты кровельных конструкций лучше всего рассчитывать с помощью специализированных программных комплексов АСПСК.
У четырехскатных крыш масса увесистых преимуществ. В их числе фигурируют эстетические качества и существенное снижение ветровой нагрузки. За счет отказа от фронтонных стенок сокращается итоговая стоимость сооружения. Однако в технологическом отношении вальмовые конструкции относятся к одному из наиболее сложных вариантов, нуждающихся в тщательном подборе пропорций и обязательном проектировании.
В обязательном порядке необходимо сделать расчет четырехскатной крыши, требующийся для безупречного результата строительства. Как это правильно сделать мы и будем разбирать в данной статье.
Типичные представители класса четырехскатных крыш – вальмовые и шатровые разновидности с соответствующим количеством скатных плоскостей. Основным признаком является отсутствие торцовых стенок, благодаря чему создается своеобразная «обтекаемая» форма.
Подобная конфигурация весьма популярна в регионах, характеризующихся высокой ветровой нагрузкой, активно востребована в областях с редкой растительностью и в горных районах.
Эффектные очертания вальмовых крыш послужили основанием для ощутимого расширения сферы использования. Означенные схемы применяют не только ради снижения действия порывистых ветров, но и из чисто архитектурно-дизайнерских соображений.
К тому же крыши с четырьмя скатами способствуют отводу дождевой воды, а при грамотном подборе крутизны еще и препятствуют накоплению снежных залежей.
Элементы крыши с четырьмя скатами
Из-за наклонного положения торцевых плоскостей, форма скатов этого вида конструкций далека от прямоугольника. По геометрическим показателям в вальмовых крышах их делят на две симметричные пары равнобедренных треугольников и трапеций. Треугольники, называемые вальмами, как раз и легли в основу технического термина. У шатровых крыш с квадратом в основании есть только вальмы.
Разберем устройство основного вальмового варианта как наиболее яркого представителя класса четырехскатных крыш. Если рассматривать их центральную часть без наклонных торцевых участков, то сложно не заметить сходства со стандартной двускатной крышей.
Сооружают центральную часть по аналогии с двухскатными конструкциями, применяя . Приоритеты у наслонного типа, согласно которому стропилины опираются на расположенную в вершине крыши прогонную балку. Она определяет коньковый излом или иначе ребро. Сам прогон устанавливается на прогонную раму, состоящую из стоек и уложенного горизонтально лежня. Жесткость рамы обеспечивает несколько ветровых связей.
Прогонную раму вальмовой крыши необходимо опереть на надежное основание. Оптимальную базу представляет несущая стена, расположенная в центре обустраиваемой коробки. Вместо одного центрального прогона в многопролетных вальмовых стропильных системах может быть два параллельных аналога, опирающиеся на две несущие стены.
В случае отсутствия несущих стен, пригодных для установки на них прогонной рамы, основанием для устройства вальмовой обязано стать мощное перекрытие. Оно должно выдерживать давление стропильной системы вместе с компонентами кровельного пирога и со всеми разновидностями атмосферных нагрузок.
При использовании в качестве перекрытия бетонных плит можно сооружать крышу любой степени сложности. Бетонное основание без проблем выдержит установку многочисленных конструктивных деталей, вес материала, мощные снеговые залежи в разжелобках. Особо рассчитывать детали четырехскатной крыши дома с подобным верхним перекрытием нет необходимости, если оно было проверено на сосредоточенное воздействие.
При устройстве балочного деревянного перекрытия прогонную раму устанавливают на толстый брус 100×200 мм или 150×200 мм, из которого его и сооружают. Из аналогичного материала выполняют сам прогон и лежень, если он используется в строительстве крыши. Подставки под стойки прогонной рамы укладывают в крест балкам перекрытия. Их, ветровые связи и подкосы стоек выполняют из бруса 100×150 мм.
Все сложность устройства четырехскатной конструкции заключается в устройстве опоры для вальм и сопряженных с ними зон основных скатов. Для этого углы коробки соединяют с коньковым прогоном диагональными стропилинами, именуемыми иначе накосными стропильными ногами.
Плоскость скатов в зоне расположения вальм формируют нарожники – укороченные стропильные ноги, устанавливаемые с шагом, равным шагу установки рядовых наслонных стропилин. Диагонали в некотором роде выполняют функцию конькового прогона, т.к. опирание коротких стропильных ног производится именно на них. Потому их чаще всего выполняют из сдвоенной доски, используемой для устройства стропильной системы.
Сшивание двух досок для устройства диагональных стропил позволяет решить несколько значимых задач одновременно:
- Увеличивает несущую способность, благодаря чему насосная нога без повреждений и смещений относительно элементов системы держит вес кровельного пирога, осадков и обслуживающего работника при необходимости проведения ремонта.
- Позволяет сформировать условно неразрезанную балку длиной, необходимой для перекрытия пролета от края конькового прогона до угла. Стандартной длины доски, применяемой в строительстве стропильной системы обычно для этого недостаточно. Сплачивание со смешением края доски позволяет увеличить длину и толщину.
- Предоставляет возможность применять в строительстве системы доски одной высоты, что исключает необходимость в подгонке и дополнительных расчетах.
Проще говоря, с материалом одного размера существенно проще работать, где надо банально спаривая его, и применяя без сдваивания там, где не надо.
Когда накосной стропилине приходится перекрывать большой пролет, для обеспечения ее жесткости устанавливают дополнительные опоры. Их выполняют в виде стоек из бруса или спаренной доски, подкоса или шпренгельной фермы.
Дополнительные опоры используются в следующем порядке:
- Если длина диагональной стропилины не превышает 7,5 м, жесткость конструкции обеспечивается одним подкосом. Низ его упирают в лежень, верх в стропильную ногу. Элемент располагают ближе к коньковому прогону, устанавливают под углом 45–53° по отношению к горизонту.
- Если длина накосной стропильной ноги до 9 м, кроме подкоса используется еще одна опора. Это стойка или шпренгельная ферма, установленная на расстоянии в четверть пролета от угла коробки.
- Если длина диагонального элемента больше 9 м, кроме перечисленных опор вводится еще одна стойка по центру пролета. На ж/б перекрытие ее устанавливают через гидроизоляцию прямо на основание. На деревянном перекрытии под нее устраивают горизонтальную балку-подставку.
Сращивание двух досок накосной стропилины выполняется так, чтобы места состыковки не приходились на опору. Отступить следует на расстояние равное 0,15×L, где L – это полная длина перекрываемого диагональю пролета.
Учитывая такое количество конструктивных нюансов, перед строительством вальмовой крыши необходимо все досконально спроектировать и рассчитать. В процессе создания проекта он, естественно, будет корректироваться и изменяться, чтобы в конечном итоге элементы системы смогли взаимосвязано работать.
Чердак как конструктивная составляющая
Все элементы четырехскатной кровельной конструкции могут быть объединены в цельную систему, т.е. не иметь чердака. Указанные виды крыш называют совмещенными. Их сооружают над мансардами или над хозяйственными постройками, в которых нет смысла отделять кровельную конструкцию от помещения верхним перекрытием. Если же они разделяются чердаком, крыши называются чердачными. Это наиболее распространенный в жилищном строительстве вариант.
Чердачное пространство четырехскатных конструкций редко обустраивают с целью эксплуатации. Дело в том, что скошенное положение всех скатных плоскостей существенно ограничивает полезную площадь. Помещение с просветом, достаточным для распрямления в полный рост, получается слишком маленьким, что особенно заметно, если загородное имение не отличается внушительными габаритами.
Если нет предпосылок для обустройства чердака, утепление проводят по верхнему перекрытию. Если все же планируется использование пространства, то теплоизоляцию закладывают между стропилинами. Ввиду перечисленных причин необходимо на стадии разработки собственного проекта определиться с назначением чердака, т.к. это решение повлияет на последующие расчеты.
Шаг установки стропильных ног
Шаг между стропилинами – обычно величина относительная, ее можно слегка увеличить или уменьшить в пределах, указанных производителем кровельного покрытия. Например, под стопила можно устанавливать через равные расстояния, значения которых находятся в интервале 0,6 – 0,9 м.
Разброс заметный, но практически не влияющий на несущую способность стропильной системы. Потому что при увеличении шага некоторое ослабление конструкции нивелирует обрешетка, для устройства которой берут брусок большего размера. Таким же образом поступают, если укладывать предстоит профнастил. А вот под битумную черепицу шагу позволено достигать значений в 1,0 – 1,2 м, потому что кровля укладывается на сплошную обрешетку из листовой фанеры.
Традиционный алгоритм выбора шага для конструкций без утеплителя заключается в разбивке стены на равные отрезки. При сооружении утепленной крыши ориентируются на ширину плит теплоизоляции, чтобы они смогли полностью заполнить пространство между стропилинами без прирезанных кусков.
Подбор угла наклона скатов
Определение верного наклона скатных плоскостей избавит от проблем в эксплуатации и многократно увеличит сроки службы кровельной системы. Указанный угол задает высоту конька и геометрические пропорции конструкции. Потому перед тем, как начать рассчитывать размеры стропилин для четырехскатной крыши, следует досконально разобраться с этим параметром.
Вальмовая конструкция может быть практически плоской, пологой и довольно крутой. В выборе угла наклона скатов есть огромное количество факторов, требующих безоговорочного учета, это:
- Вес кровельного покрытия. Чем больше удельная масса материала, распределенного на один метр крыши в проекции на основание, тем круче должна быть конструкция. Таким способом снижается общая нагрузка на стропильную систему.
- Размер элементов покрытия. Чем меньше детали штучной кровли, к примеру, керамической черепицы, тем больше вероятность просачивания воды через ее многочисленные соединения. Чем меньше стыков между крупногабаритными листами, тем более низким разрешено быть углу ската.
- Регион строительства. В областях с обильным выпадением снега зимой скаты крыш принято располагать под углом от 45º, что полностью исключает задержку осадков на поверхности кровли. В местностях с внушительной ветровой нагрузкой оптимальная крутизна крыш 4 – 7º.
- Высота дымоходной трубы. Учитывается для твердотопливных печей и каминов. Общая высота дымового канала должна быть не менее пяти метров с учетом отрезка за пределами кровли. Для небольшого одноэтажного домика с пологой крышей подобный вариант не подойдет, придется выбрать другой дымоход и тип отопительного агрегата.
- Противопожарные требования. Необходимо соблюдать для чердачных конструкций. Размер чердака обязан обеспечивать сквозной проход по верхнему перекрытию высотой не менее 1,6 м. Минимальная ширина прохода 1,2 м.
Для небольших чердачных отсеков длиной до 2 м размеры прохода в обоих направлениях допускается уменьшить на 0,4 и 0,3 м соответственно.
Все вышеописанные обстоятельства необходимо учитывать при проектировании крыши. Без грамотного проекта нельзя приступать к расчетам. Не стоит пугаться многократных переделок и подгонок под реальный материал и специфику коробки дома. Корректировки неизбежны, но провести их лучше на бумаге или мониторе, чем исправлять на объекте.
Кроме того, на стадии проектирования нужно выбрать способ формирования карнизных свесов. Их можно обеспечить установкой стропильных ног с выпуском за мауэрлат и стену. Второй вариант – полное опирание спиленной в горизонт нижней пятки стропильной ноги на мауэрлат без выпуска за стену.
Алгоритм расчета нагрузки
Расчет несущей способности элементов конструкции производится по суммарной нагрузке в зимний период, т.к. именно в это время крыша нагружена больше всего. На стропильную систему давят снежные залежи, ветра, вес кровельного пирога и внутренней обшивки. При намокании масса утеплителя, к примеру, увеличивается, потому в расчетах принято применять коэффициент запаса.
Для расчета сечения стропильных ног общее давление снега, кровельного пирога и ветра складываются банальным способом, а результат перемножается на коэффициент запаса прочности 1,1. Полученное значение выражается в кг/м 2 , т.к. распределяется на условный квадратный метр площади.
Отметим, что для точных расчетов полученный результат необходимо перевести в линейную величину, которая должна выражаться в кг/м. Ведь стропила устанавливаются не сплошняком, а с заданным шагом, а суммарная нагрузка действует на крышу в целом. А нам нужно определить давление, действующее вдоль оси продольного элемента системы.
Для перевода в требующиеся нам единицы суммарную нагрузку следует помножить на шаг установки стропилин. Если итог не устроит, расстояние между стропилинами можно несколько расширить или сократить. Корректировкой площади сбора нагрузки производится уменьшение или увеличение ее значения.
Как найти нагрузку от снега и ветра
По правилам вычисление несущей способности элементов стропильной системы проводят по двум предельным состояниям:
- На разрушение. Имеется в виду такое состояние стропильной системы, когда полностью исчерпан лимит прочности, выносливости, устойчивости. По-другому ее именуют расчетной нагрузкой, обозначающей максимально возможный предел, превышение которого приводит к полному разрушению конструкции.
- На прогиб. Это состояние характеризуется развитием деформаций, в результате которых нарушаются соединения и раскрываются узлы. Называется нормативной нагрузкой, итогом превышения которой бывают внушительные прогибы. Конструкция в результате не разрушена, но без ремонта ее эксплуатация не представляется возможной.
В строительных организациях расчеты несущей способности проводятся для обоих состояний, чтобы исключить вероятность прогиба или разрушения проектируемой крыши. Чтобы облегчить себе задачу можно пойти простейшим путем и узнать у них требующиеся значения.
Частнику, намеревающемуся один раз спроектировать, рассчитать и построить крышу, не обязательно вникать во все премудрости и формулы. Достаточно уяснить, что для определения предельного состояния на разрушение понадобится нагрузка от массы снега.
Обозначим ее Q расч.сн. – это расчетное значение. Это и есть расчетное значение, для поиска которого при отсутствии других источников следует обратиться к карте районирования территории РФ, составленной по среднестатистической снеговой нагрузке.
Простейший путь получения нормативной нагрузки, которую мы обозначим Q норм.сн. состоит в умножении расчетного значения на коэффициент 0,7.
Т.е. действуем по следующей схеме:
- Нашли свой населенный пункт на карте и выяснили, к какой зоне он относится.
- Определили по таблице среднестатистическую величину расчетного значения нагрузки от осадков согласно типу региона.
- Помножили расчетное значение на 0,7 для вычисления предельного состояния на прогиб.
Скатную крышу можно смело сравнить с холмом или скалой, возвышающейся над остальными точками рельефа. Понятно, что в зависимости от крутизны и направления ветра на подобной возвышенности снежные залежи буду распределяться неравномерно.
Потому для сложных в архитектурном отношении конструкций, имеющих несколько вальмовых ребер и ендов, применяется поправочный коэффициент µ.
В указанных ситуациях на оба предельных значения зачастую влияет угол наклона скатов и направление преобладающих ветров. Если в районе строительства наблюдается повышенная ветровая активность и изобилие осадков, то в расчеты коэффициент следует включить.
Ветровая нагрузка определяется схожим способом. Для ее вычисления необходимо воспользоваться соответствующей картой районирования с делением РФ на области с равными показателями давления ветра. Но на карте мы найдем не расчетную ветровую нагрузку W р, а значение, которое следует умножить на k (z) – коэффициент зависимости силы ветра от высоты z и c – табличный аэродинамический коэффициент.
Нормативное значение ветра находим по уже знакомой схеме умножением на 0,7.
Определение веса кровли
Общий вес кровли складывается из веса кровельного покрытия, приблизительное значение которого можно взять из приведенной выше таблицы, веса обрешетки и утеплителя, если он применяется в обустройстве крыши.
Массу обрешетки надо будет рассчитать, исходя из ее вида, способа установки и веса материала. К примеру, вес кубометра бруска составляет 500 кг/м 3 . Если разреженную обрешетку под металлочерепицу устраивают путем установки решетин 30×50 мм через каждые 0,3 м, то на квадратный метр крыши придется.
Разберем пример. На один квадрат крыши придется 3 элемента разреженной обрешетки, каждый из которых вычисляется так: 1м длинны × 0,03 м высоты × 0,05 м ширины × 500 кг/м з. В итоге получится вес решетины 0,75 кг, вес обрешетки 2,25 кг.
А при сооружении нужно будет просто удельный вес материала, у ОСП или фанерной плиты это 650 кг/м 3 , помножить на ее толщину. Удельный вес теплоизоляции обычно указывается производителем, его приходящуюся на метр площади массу найти проще всего.
Полученные значения веса кровли, теплоизоляции и обрешетки суммируются, переводятся в линейное значение, результат которого следует сверить с требованиями СНиП 2.01.07-85. Для ориентира значение расчетной нагрузки обычно не превышает 450 кг/м 2 , нормативной 315 кг/м 2 .
Принцип проектирования и расчетов перед сооружением крыши с четырьмя скатами:
Нюансы конструирования четырехскатных крыш:
Знакомство с программными средствами, облегчающими расчеты:
Вместо заключения. Многолетний опыт устройства вальмовых крыш в наших средних широтах показал, что для изготовления стропил под металлическую кровлю или битумную черепицу отлично подходит доска 50×100 или 50×150 мм. Для утепленной конструкции рекомендовано предпочесть второй вариант, чтобы не было необходимости наращивать дополнительную контробрешетку и тем самым незапланированно утяжелять крышу.
Для опор, прогона и лежня прогонной рамы потребуется материал 100×150 мм, для устройства подкосов, ветровых связей, ветровой доски по периметру достаточно доски 25×100 или 25×150 мм. Диагональные ноги сшиваются из двух досок.
