От угла наклона до обрешетки — подробно о расчете конструкции крыши мансардного типа

При всех своих преимуществах мансардные крыши относятся к сложным в проектировании и монтаже конструкциям и требуют особого подхода.

Помимо стандартного сбора нагрузок при их расчете учитывается потребность в расширении внутреннего пространства, освещении и комфортном микроклимате под кровельным пространством.

Учесть все факторы правильно могут только специалисты, в крайнем случае проект составляется с помощью программ и согласовывается.

Особенности проектирования

Проектирование мансардных крыш начинается со сбора типовых нагрузок и исходных данных (расстояния между несущими стенами и перегородками, ориентировочного плана постройки, снеговой, ветровой и особых нагрузок, требований к утеплителю, типа и веса кровельного покрытия, соображений комфортности и дизайна).

В результате расчета застройщик должен получить точные планы силового каркаса и пирога, в свою очередь используемые при расчете сметы и количества материалов. К особенностям расчета мансардной крыши относят:

• Потребность в расширении внутреннего пространства. Мансарда считается удобной при полезном объеме более 50% и высоте потолков в пределах 2-2,5 м. На «глухие» участки с высотой потолков менее 90 см отводится как можно меньше места.

  Увеличение полезного объема достигается за счет поднятия конька или установки двойного прогона, выносе стропил за стены, усилении крутизны скатов, заложении ломаных конструкций или комбинировании этих способов.

• Ужесточение требований к надежности каркаса из-за большого уклона крыши. Мансардные крыши закладываются с большим уклоном с целью снижения влияния снеговой нагрузки и поднятия потолков. Это отрицательно сказывается на весе каркаса и смете, и усложняет расчет.
• Неизбежное увеличение площади скатов и парусности крыши. При расчете мансарды особое внимание уделяется надежности мауэрлата и крепежу каждой стропильной ноги.
• Учет потребности в обязательном утеплении мансарды при выборе ширины стропильных ног и способе вентилирования кровли.

Расчет начинается с выбора типа кровли (числа скатов, простой или ломанной конструкции, способа крепления стропил). Большинство владельцев останавливают выбор на двускатных конструкциях (с упором на перекрытие или на поднятые стенки) или ломанной пятиугольной кровле.

Возможно, вам будет интересно прочитать наши материалы о том, как построить мансардную крышу своими руками, в том числе, 4-скатную и односкатную с мансардой.

Определение угла наклона

Помимо стандартных ветровых и снеговых нагрузок при определении уклона скатов учитывается:

• Взаимосвязь между полезной площадью мансарды и уклоном скатов (а именно – ее сокращении при низком угле и наоборот). Этот же критерий учитывается при выборе высоты расположения мансардных окон (при наличии).

  

• Число и форма скатов. Оптимальное значение уклона для двускатных мансардных конструкций составляет 45 °, ломаных – 60 у нижних, 30 – у верхних скатов. У четырехскатных конструкций рекомендуемый минимум составляет 40 °. При таком уклоне внутри остается достаточно места и на скатах не задерживаются осадки.

  

• Особенности монтажа кровельного покрытия, а именно – требования к минимальному уклону и величину нахлеста листовых разновидностей для крыш с разным углом.

  

Уклон мансардной крыши также можно найти с помощью таблиц Брадиса и формулы:

sin ?=a/b, где

• а – половины ширины фронтонной стены;
• b – выбранная высота конька.

Стропильная система и пропорции кровли

Данный этап начинается с определения высоты конька и «полезной зоны». При работе с ломаными конструкциями стоит ориентироваться на следующую схему и придерживаться уклонов в 30 и 60° для верхних и нижних скатов, соответственно:

Использование этих пропорций позволяет избежать проблемы громоздкости (особенно ощутимой при возведении вальмовых или ломанных крыш), повышать высоту потолков более 3,1 м и менее 2,5 не рекомендуется.

Подобрать пропорции треугольных крыш сложнее, большинство специалистов рекомендуют заложить их с уклоном в 45° и проверить достаточность полезной площади, высоту потолков и конька. При необходимости стропильная система кровли выносится за пределы стен. Больше о возведении стропильной системы мансардной крыши читайте тут.

После выбора типа стропильной системы последовательно:

• Рассчитывается весовая нагрузка (общая и на 1 м²).
• Вычисляются основные геометрические параметры крыши (длина, ширина и площадь скатов, высота конька и других вертикальных опор, параметры свеса) и толщина утепляющей прослойки. Последняя обосновывается теплотехническим расчетом исходя из климатических условий в регионе и характеристик выбранного утеплителя.
• С помощью калькуляторов или вручную составляется ориентировочный эскиз каркаса крыши.
• Выбирается и проверяется на соответствие нагрузкам сечение мауэрлата, лежня, вертикальных опор, размеры, шаг и способ крепления рядовых и диагональных стропил.
• С учетом габаритов и веса крыши подбираются укрепляющие элементы (в случае мансардной кровли – по возможности размещаемым в углах и других «глухих» зонах).
• Составляется уточненный план крыши, учитываемый при расчете материалов и сметы.

Как определить площадь кровли?

Площадь рассчитывается в зависимости от типа кровли:

• В конструкциях с простыми прямоугольными скатами проблем не возникает, их площадь находится путем умножения длины на ширину, при условии учета размеров карнизного выступа.
• При расчете двускатных и ломаных крыш площадь каждого прямоугольного ската вычисляется отдельно и суммируется.
• При проектировании вальмовых и шатровых конструкций площадь треугольных или трапециевидных скатов находится по тригонометрическим формулам и также суммируется.

Важно: при расчете общей площади скатов обязательно учитывается потребность в продуваемом карнизом свесе.

Выбор сечения, толщины обрешетки

Этап начинается с выбора типа обрешетки: сплошной (выбираемой при малом уклоне скатом или низких самонесущих способностях кровельного покрытия) или разряженной (монтируемой на средние и крутые скаты, оптимальной при работе с жесткими листовыми материалами). Далее пошагово:

• Исходя из суммы нагрузок определяется сечение и толщина пиломатериалов обрешетки.
• Определяется положение первой планки или нижнего края листа.
• С учетом рекомендаций производителей кровельных покрытий, уклона кровли, шага стропил и норм СНиП выбирается оптимальный шаг обрешетки.
• Уточняется потребность в усилении отдельных участков (при наличии). Сплошной настил или двойная доска закладываются в верхней зоне скатов, под ендовами, лестницами или тяжелыми предметами.
• Вручную или с помощью программ рассчитывается ориентировочная схема укладки планок.
• Выполняется расчет пиломатериалов и крепежей, результат округляется в большую сторону и увеличивается на 5 % запас (от 10% — при сложной конфигурации мансардной крыши).

Как рассчитать кровельное покрытие?

Работы начинаются с уточнения параметров скатов (площади, способа обустройства карнизного свеса, отступа до желобов) и полезной площади кровельных покрытий. Последняя величина указывается производителем и существенно варьируется у листовых материалов.

В частности, она сокращается при малом уклоне скатов и наоборот (расход на нахлест при повышенных требованиях к герметичности возрастает на 20-30%). Сам расчет ведется по простой схеме:

• Площадь скатов делится на полезную площадь листа или мелкоштучного изделия.
• Найденная величина округляется в большую сторону и умножается на поправочный коэффициент – 1.1.
• С помощью калькуляторов или вручную составляется ориентировочная схема раскладки материалов и уточняется их количество.

Сервисы для вычисления необходимых параметров

Для упрощения и проверки расчета рекомендуется использовать:

• Профессиональные программы типа Архикад, 3D Max, КЗ-Коттедж или ArCon (последний подходит людям без опыта или строительного образования).
• Приложения Google SketchUp, Home Plan Pro, VisiCon и их аналоги.
• Строительные калькуляторы и онлайн-сервисы (stroy-calc.ru, stroysvoimirukami.ru, zhitov.ru, zamer-doma.ru).

Профессиональные программы и приложения позволяют создавать проекты в 3-D проекции и оценить ожидаемый вид мансарды. Потраченное на них время всегда окупается – обычные чертежи не дают полного представления о громоздкости и влиянии мансардной крыши на дизайн дома.

Строительные калькуляторы требуют точных исходных данных и чаще всего используются при проектировании силовых конструкций и пирога, выборе оптимального варианта и расчете материалов.

Видео-урок о том, как проектировать мансардную крышу в программе Archicad 16:

Заключение

В заключение стоит отметить, что приведенные правила расчета актуальны при возведении мансардной крыши с нуля, одновременно с другими частями дома или при полной замене конструкции. При необходимости переоборудования чердачного помещения в жилое к стропильному каркасу и пирогу выдвигаются другие требования.