Крыша, типы кровель
Крыша — один из главных конструктивных элементов здания, назначение которой заключается в защите от воздействий дождя, снега, ветра, жары, мороза, а также от огня, облучения, вредных веществ, пыли и др.
С развитием архитектурного искусства она подвергалась постоянной модификации с целью повышения как защитных функций, так и создания более комфортных условий обитания человека.
Кровельное покрытие — это один из самых ярких элементов архитектурного оформления здания. Выбор типа крыши зависит от формы покрытия здания. Именно крыши в историческом стиле создают характерный для того или иного региона облик.
На базе свойственных для данного региона стиля архитектуры, климатических условий и имеющихся в наличии строительных, в том числе кровельных материалов, появилось большое разнообразие форм и конструкций крыш: плоские и скатные, шатровые, вальмовые, полувальмовые, мансардные, шпилеобразные, купольные, сводчатые и многие другие.
Здания имеют различные типы кровель: мягкие рулонные битумные и битумно-полимерные, полимерные; мастичные битумно-полимерные и эмульсионные; жесткие листовые (стальные, асбестоцементные) и мелкоштучные — керамическая и битумная черепица, сланец;
При проектировании и строительстве учитываются индивидуальные особенности кровель: их защитные функции, конструктивные особенности и архитектурное оформление. Следует учитывать и то, что кровли постоянно подвергаются значительным температурным воздействиям: в солнечную погоду происходит интенсивный нагрев кровли, в ночное время она остывает. Температурный режим в течение суток определяется соответствующим временем года и климатическими условиями региона. Для климата России основным показателем кровельных материалов является морозостойкость. Поскольку кровля подвергается резким циклическим перепадам температур, то она должна быть водонепроницаемой, водостойкой, морозостойкой и достаточно прочной, чтобы противостоять нагрузкам от снега и механическому воздействию на нее при очистке и ремонте.
Кровля должна защищать людей от вредных веществ в атмосфере, агрессивность которых обусловлена промышленными и бытовыми выбросами, следовательно, кровля должна быть устойчива к воздействию агрессивных химических веществ.
Таким образом, кровельными называют строительные материалы, которые обладают водонепроницаемостью и удовлетворяют необходимым техническим требованиям по прочности, деформативности, теплостойкости, морозостойкости, водопоглощению, хрупкости, гибкости, химической стойкости и т.д.
Чем лучше физико-механические свойства выражены у того или иного материала, тем выше его качество, т.е. стабильная продолжительная водонепроницаемость.
Производство кровельных работ на объектах с площадями кровель, измеряемыми тысячами квадратных метров, требует четкой организации труда, применения новых прогрессивных строительных материалов, строгого соблюдения технологических процессов и подбора наиболее эффективного оборудования и инструментов, обеспечивающих высокую производительность труда и отличное качество кровель. Следовательно, технология кровельных работ определяется главным образом спецификой кровельных материалов.
От качества кровель зависит надежность и долговечность не только самих покрытий, но и зданий в целом, а зачастую также сохранность находящегося в них технологического оборудования и обеспечения нормальных температурно-влажностных условий протекания технологических процессов. Сохранить высокую герметичность кровель позволяет правильная организация эксплуатации зданий, а также своевременный качественно выполняемый ремонт.
Основными элементами крыши, а следовательно, и кровли являются: скаты (наклонные поверхности), ребра (пересечения скатов), коньки (горизонтальные пересечения скатов), ендовы (пересечения скатов, образующих входящие углы), карнизные свесы (края кровли по периметру здания), желоба для отвода воды со скатов, иногда представляющие собой водоотводные системы с антиобледенительными устройствами. Поэтому вопросы ремонта всех элементов кровель следует решать на основе анализа состояния всех элементов покрытия, установления причин разрушений, обоснования технических решений, применения эффективных материалов и методов ремонта.
Современные крыши зданий можно разделить по основным признакам:
- функциональному назначению — неэксплуатируемые и эксплуатируемые крыши-террасы;
- общему конструктивному решению — крыши чердачные и бесчердачные (чердачные крыши с холодным или теплым чердаком);
В современном массовом жилищном строительстве применяются главным образом неэксплуатируемые крыши. В перспективе возможно устройство эксплуатируемых крыш-террас на зданиях повышенной этажности.
Бесчердачные крыши выполняют функции несущих и ограждающих конструкций верхнего этажа здания.
Современная крыша представляет собой конструкцию из нескольких элементов (считая от нижней поверхности):
- несущая конструкция, которая должна отвечать необходимым условиям прочности, жесткости и трещиностойкости во время монтажа и в условиях эксплуатации;
- пароизоляционный слой, предохраняющий от проникания водяного пара из помещений в конструкцию (устраивают в случае необходимости);
- теплоизоляционный слой, обеспечивающий требуемое сопротивление теплопередаче.
Кровельный ковер из рулонных, мастичных или штучных материалов - представляет собой верхний слой крыши.
Исключением являются индустриальные безрулонные железобетонные крыши для крупнопанельных жилых домов, по которым кровельные ковры не устраивают.
Формы крыш разнообразны (рис. 1).
- Односкатная крыша (рис. 1, а) опирается своей несущей конструкцией (системой стропил, фермой и др.) на наружные стены, находящиеся на разных уровнях.
- Двускатная (щипцовая) крыша (рис. 1, б) состоит из двух плоскостей, опирающихся на стены, расположенные на одном уровне. Треугольные части торцовых стен между скатами называют фронтонами или щипцами.
- Шатровая крыша (рис. 1, в) имеет четыре треугольных ската, вершины которых сходятся в одной точке.
- Вальмовая (четырехскатная) крыша (рис. 1, г) образуется от соединения двух трапецеидальных скатов и двух треугольных торцовых скатов, называемых вальмами.
- Полувальмовая (двускатная) крыша (рис. 1, д) имеет срезанные вершины над торцовыми стенами в виде треугольников (вальм).
- Двускатная крыша промышленного здания с продольным фонарем (рис. 1, е) отличается от двускатной крыши жилого здания меньшим наклоном скатов и большей шириной и длиной.
- Сводчатая крыша (рис. 1, ж) в поперечном сечении может быть очерчена дугой окружности или иной геометрической кривой.
- Складчатая крыша (рис. 1, з) образуется от соединения отдельных трапецеидальных элементов — складок.
- Куполообразная крыша (рис. 1, и) по очертанию представляет собой половину шара со сплошным опиранием по кольцу на цилиндрическую стену.
- Крестовый свод (рис. 1, к) представляет собой четыре сомкнутых арочных свода.
- Многощипцовая крыша (рис. 1, л) образуется от соединения скатов плоскостей.
- Шпилеобразная крыша (рис. 1, м) состоит из нескольких крутопадающих треугольных скатов, сомкнутых к вершине.
- Сферическая оболочка (рис. 1, н) по очертанию подобна куполу с опиранием на основание в отдельных точках. Пространство между опорами обычно устраивается светопрозрачным.
- Крыша из косых поверхностей (рис. 1, о) состоит из нескольких пологих плоскостей, опирающихся на стены.
- Крыша с внутренним водостоком (рис. 1, л) —современные конструкции в промышленном и гражданском строительстве.
Чердачные крыши устраивают с холодным или теплым чердаком.
Бесчердачные (совмещенные) крыши выполняют функции несущих и ограждающих конструкций верхнего этажа зданий.
Конструкция бесчердачной крыши состоит из следующих элементов:
- несущей конструкции, которая должна отвечать необходимым условиям прочности, жесткости и трещиностойкости во время монтажа и в эксплуатационных условиях;
- пароизоляционного слоя, предохраняющего от проникновения водяного пара из помещений в толщу конструкции крыши (устраивают в случае необходимости);
- теплоизоляционного слоя, обеспечивающего требуемое сопротивление теплопередаче;
- кровельного ковра, защищающего от внешних воздействий.
В зависимости от уклона скатов крыши бывают:
- плоские (до 2,5%),
- пологоскатные (от 2,5 до 10%) и
- скатные (10% и более).
Воздействия.
Как ограждающая конструкция, крыша подвергается воздействиям целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри него. К числу этих факторов, в частности, относятся:
- атмосферные осадки;
- ветер;
- солнечная радиация;
- температурные вариации;
- водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе здания;
- химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе;
- жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов;
- механические нагрузки.
Атмосферные осадки
Функция предохранения здания от атмосферных осадков возлагается на самый верхний элемент крыши - кровлю. Для стока дождевой воды поверхности кровли придают уклон. Задача кровли - не пропускать воду в нижележащие слои.
Мягкие кровельные материалы, образующие на поверхности крыши сплошной герметичный ковер (рулонные и мастичные материалы, полимерные мембраны), хорошо справляются с этой задачей. При использовании других материалов атмосферные осадки при небольших уклонах крыши, особенно при неблагоприятных погодных условиях (дождь или снег, сопровождаемые сильным ветром) могут проникать под кровельное покрытие. В таких случаях под кровлей устраивают дополнительный гидроизоляционный слой, являющийся вторым рубежом защиты от атмосферных осадков.
Важной задачей является организация системы водоотвода - внутреннего или внешнего.
Снег оказывает на крышу дополнительную статическую нагрузку (снеговая нагрузка). Она может быть достаточно велика, поэтому ее обязательно учитывают при расчете общей нагрузки на конструкцию крыши. Эта нагрузка зависит от уклона крыши. В снежных районах уклон, как правило, делают больше, чтобы снег не задерживался на крыше. В тоже время на скатных крышах, желательно устанавливать снегозадерживающие элементы, которые не позволяют сходить снегу лавинообразно, угрожая тем самым здоровью прохожих, часто деформируя фасад здания и выводя из строя систему наружного водоотвода.
Одной из значительных проблем в снежных районах является образование на крышах наледей и сосулек. Часто наледи становятся барьером, не позволяющим воде попасть в желоб, водяную воронку или просто стечь вниз.
Ветер
Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его, в результате, вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления.
Величина возникающего отрицательного давления, оказывающего на крышу отрывающее действие, зависит от многих факторов. Наиболее неблагоприятен в этом плане ветер, дующий на здание под углом 45°.
Отрывающая сила ветра может оказаться достаточной для повреждения кровли (образования вздутий, отрыва части покрытий и т.п.). Особенно она возрастает, когда усиливается давление внутри здания (под основанием кровли) из-за проникновения воздуха через открытые двери и окна с подветренной стороны или через щели в конструкции. В этом случае отрывающая сила ветра обуславливается двумя составляющими: как отрицательным давлением над крышей, так и положительным давлением внутри здания. Поэтому, чтобы исключить риск повреждения крыши, ее основание делают как можно более герметичным. Часто делают дополнительное механическое крепление кровельного материала к основанию.
Для уменьшения отрицательного давления устраивают парапеты. Однако следует иметь в виду, что они могут не только уменьшать, но и увеличивать отрицательное давление. При слишком высоких парапетах отрицательное давление может быть даже выше, чем при их отсутствии.
Солнечная радиация
Различные кровельные материалы обладают разной чувствительностью к солнечной радиации. Так, например, солнечное излучение практически не оказывает влияние на керамическую и цементно-песчаную черепицу, а также на кровли из металлов без нанесенных на них полимерных покрытий.
Весьма чувствительны к солнечной радиации материалы на основе битума: от воздействия ультрафиолетового излучения у них ускоряется процесс старения. Поэтому, как правило, они имеют верхний защитный слой из минеральных посыпок. Для защиты современных материалов от старения в состав битума вводят специальные добавки (модификаторы).
Ряд материалов под действием ультрафиолетового излучения со временем теряют первоначальный цвет (выцветают). Особенно чувствительны к этому излучению металлические кровли с некоторыми типами полимерных покрытий.
Солнечная лучистая энергия, попадая на крышу, частично поглощается материалами кровли. При этом верхние слои кровли могут значительно нагреваться (иногда до 100°С), что также влияет на их "поведение". Так, например, материалы на основе битума при достаточно высоких температурах размягчаются и в ряде случаев могут "сползать" с наклонных поверхностей крыши. Поэтому, выбирая кровельный материал для применения в южных районах, следует удостовериться, что он обладает достаточной теплостойкостью.
Температурные вариации
Как ограждающая конструкция, крыша функционирует в довольно жестком температурном режиме, испытывая как пространственные, так и временные температурные вариации. Как правило, ее нижняя поверхность (потолок) имеет температуру, близкую к температуре в помещении. В тоже время температура наружной поверхности меняется в достаточно широких пределах - от весьма значительных отрицательных величин (в зимнюю, морозную ночь) до величин, близких к 100°С (в летний, солнечный день). Температура наружной поверхности крыши в то же время может быть неоднородной из-за неодинаковой освещенности солнцем разных ее участков.
Но, как известно, все материалы в той или иной степени подвержены термическому растяжению и сжатию. Поэтому во избежание деформаций и разрушения очень важно, чтобы материалы, <работающие> в единой конструкции, имели близкие коэффициенты температурного расширения. Для повышения сопротивляемости крыши термическим нагрузкам применяют также целый ряд технических решений. В частности, в плоские крыши, для ограничения эффекта горизонтальных подвижек и излишних внутренних напряжений, закладывают специальные деформационные узлы.
Серьезную опасность практически всем кровельным материалам (кроме металлических покрытий) представляют частые, иногда ежесуточные перепады температуры от плюса к минусу. Это, как правило, происходит в районах с мягкой и влажной зимой. Поэтому в подобных климатических зонах необходимо обращать самое пристальное внимание на такую важную характеристику для кровельных материалов как водопоглощение. При высоком водопоглощении влага при положительных температурах проникает и накапливается в порах материала, а при отрицательных - замерзает и, расширяясь, деформирует саму структуру материала. В результате происходит прогрессирующее разрушение материала, приводящее к образованию трещин.
Крыша должна не только быть устойчивой к значительным температурным вариациям, но и надежно ограждать от них внутренние помещения здания, защищая зимой от холода, а летом от жары. Роль теплового барьера в конструкции крыши принадлежит слою теплоизоляции. Чтобы теплоизоляционный материал выполнял свою функцию, он должен быть как можно более сухим. При увеличении влажности всего на 5% теплоизоляционная способность материала уменьшается почти в два раза.
Водяной пар
Водяной пар постоянно образуется во внутренних помещениях здания в результате жизнедеятельности людей (приготовления пищи, стирки, купания, мытья полов и т.д.). Особенно высокая влажность наблюдается в недавно построенных или отремонтированных зданиях. В процессе диффузии и конвективного переноса водяной пар поднимается вверх, и, охлаждаясь до температуры ниже точки росы, конденсируется в подкровельном пространстве. Количество образующейся влаги тем выше, чем больше разница температур снаружи и во внутренних помещениях здания, поэтому в зимнее время влага довольно интенсивно накапливается в подкровельном пространстве.
Влага отрицательно воздействует как на деревянные, так и на металлические элементы конструкции крыши. При переизбытке она начинает стекать во внутренние помещения, образуя протечки на потолке. К наиболее неприятным последствиям приводит накопление влаги в теплоизоляционном материале, что, как уже говорилось, резко снижает его теплоизоляционные свойства.
Существенным барьером на пути проникновения пара в подкровельное пространство является пароизоляция с низкой паропроницаемостью, которую в конструкции крыши помещают непосредственно под теплоизоляцией. Однако мало какой пароизоляционный материал в состоянии полностью исключить попадание пара изнутри здания в подкровельное пространство. Поэтому, для того чтобы крыша год от года не теряла свою теплоизолирующую способность, необходимо чтобы вся влага, накапливающаяся в теплоизоляционном материале зимой, летом выходила наружу.
Эта задача решается конструктивными мерами. В частности, для плоских крыш рекомендуется не сплошная, а частичная приклейка кровельного материала к основанию, с последующей установкой аэраторов.
Отметим, что при применении в качестве гидроизоляционных материалов «дышащих» мембран, необходимость в установке аэраторов отпадает.
Наиболее надежная защита от водяного пара особенно необходима в крышах над помещениями с большой влажностью: бассейны, музеи, компьютерные залы, больницы, некоторые производственные помещения и т.д. Защите от пара необходимо уделить также особое внимание при строительстве в районах с экстремально холодным климатом, даже при нормальной влажности внутри помещений. При анализе условий окружающей среды и температурно-влажностного режима внутри помещений можно сделать предположения о возможности конденсации влаги и ее накопления, и, используя различные комбинации компонентов крыши, попытаться предотвратить эти явления.
Химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе
Как правило, в больших городах или вблизи крупных предприятий в атмосфере наблюдается достаточно высокая концентрация химически агрессивных веществ, например, сероводорода и углекислого газа. Поэтому для всех элементов конструкции крыш и, особенно, для кровель в таких районах необходимо применять материалы, стойкие к химическим веществам, присутствующим в воздухе.
Жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов
Существенный ущерб конструкции крыши, особенно деревянным элементам, способны нанести различные насекомые и микроорганизмы. Особенно благоприятной средой для их жизнедеятельности является повышенная влажность. Для защиты деревянных конструкций используют специальные пропитки, защищающие материал от микроорганизмов.
Механические нагрузки
Конструкция крыши должна сопротивляться механическим нагрузкам, как постоянным (статическим) - от балласта и элементов монтажа, так и временным - снеговым, от движения людей и техники и т.д. Нагрузки, связанные с возможными подвижками между крышей и узлами здания, также относятся к временным.
Итак, для того, чтобы крыша надежно выполняла свои функции и была устойчивой к различного рода воздействиям (перечисленным выше), необходимо: во-первых, достаточно корректно выполнить расчет несущей части; во-вторых, найти оптимальный вариант конструкции; и, наконец, в-третьих, обеспечить оптимальное сочетание конструкционных материалов.
Из всего сказанного следует, что в конструкции крыши могут присутствовать следующие основные слои:
- кровельный материал, на который при необходимости наносится дополнительный слой (посыпка, балласт и т.п.)
- гидроизоляционный слой (на пологих крышах) - дополнительно изолирует внутренние слои крыши от проникновения атмосферной влаги;
- ·теплоизоляция - обеспечивает достаточно стабильную температуру воздуха в помещениях;
- пароизоляция - препятствует проникновению водяного пара изнутри здания в конструкцию крыши;
- основание.
Необходимость тех или иных слоев и их расположение зависят от типа здания и тех воздействий, которым оно будет подвергаться. При выборе необходимо также учитывать технические характеристики применяемых материалов: коэффициенты температурного растяжения и сжатия; пределы прочности при растяжении, сжатии и сдвиге; характеристики паропроницаемости и абсорбции влаги; характеристики старения, в т.ч. увеличения хрупкости и потери термического сопротивления; эластичности; огнестойкости. Степень важности всех выше перечисленных технических характеристик определяется каждым конкретным случаем.
Комментариев пока нет