Физика на покрива

Физика на покрива
Физика на покрива
Видео: Физика на покрива
Видео: Физика на покрива 2023, Февруари
Anonim

Като обвивка на сградата покривът е изложен на редица фактори, тясно свързани с процесите, протичащи както извън сградата, така и вътре в нея. Тези фактори включват по-специално:

  • валежи;
  • вятър;
  • слънчева радиация;
  • температурни вариации;
  • водни пари, съдържащи се в въздуха на сградата;
  • химически агресивни вещества във въздуха;
  • жизнена дейност на насекоми и микроорганизми;
  • механични натоварвания.

Валежи

Функцията за защита на сградата от атмосферни валежи е възложена на най-горния елемент на покрива - покрива. За оттичане на дъждовна вода покривната повърхност е наклонена. Задачата на покрива не е да пропуска вода в подлежащите слоеве.

Меките покривни материали, които образуват непрекъснат запечатан килим върху покривната повърхност (материали от ролка и мастика, полимерни мембрани) се справят добре с тази задача. При използване на други материали атмосферните валежи с малки наклони на покрива, особено при неблагоприятни метеорологични условия (дъжд или сняг, придружени от силен вятър), могат да проникнат под покривното покритие. В такива случаи под покрива е подреден допълнителен хидроизолационен слой, който е втората линия на защита срещу атмосферни валежи.

Важна задача е организацията на дренажната система - вътрешна или външна.

Снегът поставя допълнително статично натоварване на покрива (натоварване от сняг). Тя може да бъде доста голяма, така че трябва да се вземе предвид при изчисляване на общото натоварване на покривната конструкция. Това натоварване зависи от наклона на покрива. В заснежените райони наклонът обикновено се увеличава, така че снегът да не се задържа на покрива. В същото време на скатни покриви е препоръчително да се монтират снегозадържащи елементи, които не позволяват сняг да падне като лавина, като по този начин заплашва здравето на минувачите, като често деформира фасадата на сградата и деактивира външната дренажна система.

Image
Image

Фиг. 1

Един от съществените проблеми в заснежените райони е образуването на лед и заледи по покривите. Ледът често се превръща в бариера, която пречи на водата да попадне в улука, водната фуния или просто да тече надолу. Когато се използват нехерметични покриви (метални покриви, всички видове херпес зостер), водата може да проникне през покрива, образувайки течове. Механизмът на образуване на лед и методите за борба с това явление са разгледани подробно в раздела Системи против заледяване на покриви.

Вятър

Вятърните потоци, срещащи препятствие под формата на сграда по пътя, го заобикалят, в резултат на което около сградата се образуват зони с положително и отрицателно налягане (фиг. 2).

Image
Image

фиг.2

Размерът на полученото отрицателно налягане, упражняващо разкъсващо действие върху покрива, зависи от много фактори. Най-неблагоприятно в това отношение е вятърът, който духа върху сградата под ъгъл 45 0. Планът на покрива на сградата, който показва разпределението на отрицателното налягане при посока на вятъра от 450, е ​​показан на фиг. 3.

Image
Image

фиг.3

Силата на разкъсване на вятъра може да е достатъчна, за да повреди покрива (образуване на мехури, откъсване на част от покритията и др.). Особено се увеличава, когато налягането се увеличава вътре в сградата (под основата на покрива) поради проникване на въздух през отворени врати и прозорци от подветрената страна или през пукнатини в конструкцията. В този случай разкъсващата сила на вятъра се определя от два компонента: както отрицателно налягане над покрива, така и положително налягане вътре в сградата. Следователно, за да се елиминира рискът от повреда на покрива, основата му е направена възможно най-плътно (фиг. 4). Често се извършва допълнително механично закрепване на покривния материал към основата.

Image
Image

фиг.4

Парапетите се използват за намаляване на отрицателното налягане. Трябва обаче да се има предвид, че те могат не само да намалят, но и да увеличат отрицателното налягане. Ако парапетите са твърде ниски, отрицателното налягане може да бъде дори по-високо, отколкото без тях.

Слънчева радиация

Различните покривни материали имат различна чувствителност към слънчевата радиация. Например слънчевата радиация практически няма ефект върху керамични и цименто-пясъчни керемиди, както и върху метални покриви без полимерни покрития, нанесени върху тях.

Битумните материали са силно чувствителни към слънчевата радиация: излагането на ултравиолетова радиация ускорява процеса на стареене. Следователно, като правило, те имат горен защитен слой от минерална превръзка. За да се предпазят съвременните материали от стареене, в битумния състав се въвеждат специални добавки (модификатори).

Редица материали под въздействието на ултравиолетовото лъчение губят първоначалния си цвят (избледняват) с течение на времето. Металните покриви с някои видове полимерни покрития са особено чувствителни към това излъчване.

Слънчевата лъчиста енергия, падаща върху покрива, се абсорбира частично от покривните материали. В същото време горните слоеве на покрива могат да бъдат значително нагрявани (понякога до 100 ° C), което също влияе върху тяхното поведение. Така например материалите на основата на битум омекват при достатъчно високи температури и в някои случаи могат да се плъзгат от наклонени покривни повърхности. Металните покривни материали с някои видове покрития също са чувствителни към топлина. Ето защо, когато избирате покривен материал за употреба в южните райони, трябва да се уверите, че той има достатъчна топлоустойчивост.

Температурни вариации

Като обвивка на сградата покривът работи в доста тежък температурен режим, изпитвайки както пространствени, така и временни температурни вариации. Като правило долната му повърхност (таван) има температура, близка до тази на стаята. В същото време температурата на външната повърхност варира в доста широки граници - от много значителни отрицателни стойности (през зимата, мразовита нощ) до стойности, близки до 100 0С (през летен, слънчев ден). В същото време температурата на външната повърхност на покрива може да бъде разнородна поради неравномерното осветяване на слънцето на различните му части.

Но, както знаете, всички материали са подложени на термично разтягане и компресия в една или друга степен. Следователно, за да се избегне деформация и разрушаване, е много важно материалите, работещи в една структура, да имат сходни коефициенти на топлинно разширение. За да се увеличи устойчивостта на покрива на топлинни натоварвания, се използват и редица технически решения. По-специално, при плоски покриви, за да се ограничи ефектът от хоризонталните движения и прекомерните вътрешни напрежения, се полагат специални възли за деформация.

Сериозна опасност за почти всички покривни материали (с изключение на металните покрития) представляват честите, понякога дневни температурни спадове от плюс до минус. Това обикновено се случва в райони с мека и влажна зима. Следователно в такива климатични зони е необходимо да се обърне голямо внимание на такава важна характеристика за покривни материали като абсорбцията на вода. При високо водопоглъщане влагата при положителни температури прониква и се натрупва в порите на материала, а при отрицателни температури тя замръзва и, разширявайки се, деформира самата структура на материала. Резултатът е прогресивно разрушаване на материала, което води до образуване на пукнатини.

Покривът не само трябва да е устойчив на значителни температурни колебания, но и надеждно да защитава вътрешността на сградата от тях, предпазвайки го от студ през зимата и от топлина през лятото. Ролята на топлинната бариера в покривната конструкция принадлежи на топлоизолационния слой. За да може топлоизолационният материал да изпълнява своята функция, той трябва да е възможно най-сух. С увеличаване на влажността само с 5%, топлоизолационният капацитет на материала е почти наполовина.

Водна пара

Във вътрешността на сградата постоянно се генерират водни пари в резултат на човешки дейности (готвене, миене, къпане, миене на подове и др.). Влажността е особено висока в новопостроени или реновирани сгради. В процеса на дифузия и конвективен пренос водната пара се издига и, охлаждайки се до температура под точката на оросяване, се кондензира в подпокривното пространство (фиг. 5). Количеството на генерираната влага е колкото по-високо, толкова по-голяма е разликата в температурата отвън и вътре в сградата, поради което през зимата влагата се натрупва доста интензивно в подпокривното пространство.

Image
Image

фиг.5

Влагата има отрицателен ефект както върху дървените, така и върху металните покривни конструкции. В излишък той започва да се оттича във вътрешността, образувайки течове на тавана. Най-неприятните последици са натрупването на влага в топлоизолационния материал, което, както вече беше споменато, рязко намалява неговите топлоизолационни свойства.

Значителна бариера за проникването на пара в подпокривното пространство е специалният филм с ниска паропропускливост, който се поставя в покривната конструкция директно под топлоизолацията. Въпреки това, нито един бариерен материал не може напълно да изключи потока пара от вътрешността на сградата в подпокривното пространство. Следователно, за да не губи покривът от година на година топлоизолационната си способност, е необходимо цялата влага, натрупваща се в топлоизолационния материал през зимата, да излиза навън през лятото.

Тази задача се решава чрез конструктивни мерки. По-специално, за плоски покриви се препоръчва не непрекъснато, а частично залепване на покривни материали към основата.

В скатни покриви са подредени специални вентилационни междини (фиг. 6). Като правило има две от тях - горната междина и долната. Чрез горната междина (между покрива и хидроизолацията) се отстранява атмосферната влага, попаднала под покрива. Благодарение на вентилацията дървените конструкции (контрарешетка и решетка) се вентилират постоянно, което гарантира тяхната издръжливост. Влагата се отстранява през долната вентилационна междина, която прониква в изолацията от вътрешността. Висококачественото подреждане на пароизолация от страната на интериора и наличието на достатъчно ниска вентилационна междина, изключват преовлажняването на покривната конструкция.

Image
Image

фиг.6

Имайте предвид, че когато се използват дишащи мембрани като хидроизолационни материали, няма нужда от по-ниска вентилационна междина.

За да се осигури добра циркулация на въздуха, много компании, които произвеждат покривни материали за скатни покриви, като правило предлагат редица вентилационни елементи като допълнителни елементи: аератори за надвес, аератори на билото, вентилационни решетки, а за керемидени покриви - специални вентилационни плочки.

Най-надеждната защита срещу водни пари е особено необходима при покриви над помещения с висока влажност: басейни, музеи, компютърни кабинети, болници, някои индустриални помещения и др. Защитата на парата също трябва да се обърне специално внимание при изграждане в райони с изключително студен климат, дори с нормална влажност на закрито. Когато се анализират условията на околната среда и условията на температура и влажност в помещенията, може да се правят предположения за възможността за кондензация на влага и нейното натрупване и, използвайки различни комбинации от покривни компоненти, да се опита да предотврати тези явления.

Химически агресивни вещества във въздуха

Като правило в големите градове или в близост до големи предприятия в атмосферата има доста висока концентрация на химически агресивни вещества, например сероводород и въглероден диоксид. Следователно за всички конструктивни елементи на покривите и особено за покривите в такива зони е необходимо да се използват материали, които са устойчиви на химикали, присъстващи във въздуха.

Жизненоважна дейност на насекоми и микроорганизми

Различни насекоми и микроорганизми могат да причинят значителни щети на покривната конструкция, особено на дървените елементи. Високата влажност е особено благоприятна среда за живота им. За защита на дървени конструкции се използват специални импрегнации, които предпазват материала от микроорганизми.

Механични натоварвания

Покривната конструкция трябва да устои на механични натоварвания, както постоянни (статични) - от запълващите и монтажните елементи, така и временни - сняг, от движението на хора и оборудване и т.н. Товарите, свързани с възможни движения между покрива и строителните единици, също са временни.

Така че, за да може покривът надеждно да изпълнява своите функции и да бъде устойчив на различни видове влияния (изброени по-горе), е необходимо: първо, достатъчно е правилно да се изчисли носещата част; второ, намерете най-добрия вариант за дизайн; и накрая, трето, да се осигури оптималната комбинация от строителни материали.

От всичко казано следва, че в покривната конструкция могат да присъстват следните основни слоеве (фиг. 7):

Image
Image

фиг. 7

  • покривен материал, върху който при необходимост се нанася допълнителен слой (превръзка, баласт и др.);
  • хидроизолационен слой (при наклонени покриви) - допълнително изолира вътрешните слоеве на покрива от проникване на атмосферна влага;
  • топлоизолация - осигурява доста стабилна температура на въздуха в помещенията;
  • пароизолация - предотвратява проникването на водни пари от вътрешната страна на сградата в покривната конструкция;
  • база.

Конструкцията на покрива трябва да бъде снабдена с мерки за свободна циркулация на въздуха (вентилация).

Необходимостта от определени слоеве и тяхното местоположение зависят от вида на сградата и ефектите, на които ще бъде изложена. При избора е необходимо да се вземат предвид и техническите характеристики на използваните материали: коефициенти на термично разширение и компресия; максимална якост на опън, натиск и срязване; характеристики на паропропускливостта и абсорбцията на влага; характеристики на стареене, вкл. повишена крехкост и загуба на термично съпротивление; еластичност; огнеустойчивост. Важността на всички изброени по-горе технически характеристики се определя от всеки конкретен случай.

Популярни по теми