Физика на покрива

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:

• утаяване;
• вятър;
• слънчева радиация;
• температурни колебания;
• водна пара, съдържаща се във вътрешния въздух на сградата;
• химически агресивни вещества във въздуха;
• жизненоважна активност на насекоми и микроорганизми;
• механични натоварвания.

утаяване

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

Меките покривни материали, които образуват непрекъснат запечатан килим на повърхността на покрива (материали от руло и мастика, полимерни мембрани), вършат добра работа 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 силни ветрове), могат да проникнат под покривното покритие. В такива случаи под покрива се поставя 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 (снежен товар). 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 снежни райони наклонът обикновено се увеличава, така че снегът да не се задържи на покрива. В същото време върху скатни покриви е препоръчително да се монтират снегозадържащи елементи, които не позволяват на снега да падне като лавина, като по този начин заплашват здравето на минувачите, често деформират фасадата на сградата и деактивират външната дренажна система.

Фиг. 1

Един от съществените проблеми в снежните райони е образуването на лед и ледени бузи по покривите. Ледът често се превръща в бариера, която не позволява на водата да попадне в улука, водната фуния или просто да се стича надолу. При използване на негерметични покриви (метални покриви, всички видове херпес зостер) водата може да проникне през покрива, образувайки течове. Механизмът на образуването на лед и методите за борба с това явление са разгледани подробно в раздела Противоледни системи за покриви..

Вятър

Вятърни потоци, срещащи препятствие под формата на сграда по пътя, я заобикалят, в резултат на това около сградата се образуват области с положително и отрицателно налягане (фиг. 2).

фиг. 2

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

фиг. 3

Силата на разкъсване на вятъра може да бъде достатъчна да повреди покрива (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 силата на разкъсване на вятъра се определя от два компонента: отрицателно налягане над покрива 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 прави допълнително механично закрепване на покривния материал към основата..

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. Така например слънчевата радиация практически няма ефект върху керамичните и циментови пясъчни плочки, както и върху металните покриви без полимерни покрития, нанесени върху тях..

Материалите на основата на битум са силно чувствителни към слънчевата радиация: излагането на ултравиолетово лъчение ускорява процеса на стареене. Следователно, като правило, те имат горен защитен слой от минерална превръзка. За да се предпазят съвременните материали от стареене, в състава на битума 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 лъчева енергия, падаща върху покрива, частично се поглъща от покривните материали. В същото време горните слоеве на покрива могат да се нагряват значително (понякога до 100 ° C), което също се отразява на тяхното поведение. Така например материалите на базата на битум омекват при достатъчно високи температури и в някои случаи могат да се плъзгат от наклонени покривни повърхности. Чувствителни към топлината и метални покривни материали с някои видове покрития. Ето защо, когато избирате покривен материал за използване в южните райони, трябва да се уверите, че той има достатъчна топлинна устойчивост..

Температурни колебания

Като обвивка на сградата покривът работи в доста тежък температурен режим, изпитвайки както пространствени, така и времеви температурни колебания. По правило долната му повърхност (таван) има температура, близка до тази на стаята. В същото време температурата на външната повърхност варира в доста широк диапазон – от много значителни отрицателни стойности (през зимата, мразовита нощ) до стойности, близки до 100 0С (през летен, слънчев ден). Температурата на външната повърхност на покрива, в същото време, 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 срещу топлинни натоварвания, се използват и редица технически решения. По-специално, при плоски покриви, за да се ограничи ефектът от хоризонтални движения и прекомерни вътрешни напрежения, се полагат специални деформационни възли.

Сериозна опасност за почти всички покривни материали (с изключение на металните покрития) е представена от чести, понякога дневни спадове на температурата от плюс до минус. Това се наблюдава в райони с меки и влажни зими. Ето защо в такива климатични зони е необходимо да се обърне голямо внимание на такава важна характеристика за покривните материали като абсорбция на вода. При високо абсорбиране на вода влагата при положителни температури прониква и се натрупва в порите на материала, а при отрицателни температури замръзва и, разширявайки се, деформира самата структура на материала. Резултатът е прогресивно разрушаване на материала, което води до образуването на пукнатини.

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

Водна пара

Водната пара постоянно се генерира във вътрешността на сградата в резултат на човешки дейности (готвене, миене, къпане, миене на подове и др.). Влажността е особено висока в новопостроените или ремонтирани сгради. В процеса на дифузия и конвективен пренос водната пара се повишава и, охлаждайки се до температура под точката на оросяване, се кондензира в пространството под покрива (фиг. 5). Количеството на генерираната влага е колкото по-голямо, толкова по-голяма е разликата в температурите навън и вътре в сградата, следователно през зимата влагата се натрупва доста интензивно в подпокривното пространство.

фиг.5

Влагата влияе неблагоприятно както на дървени, така и на метални покривни конструкции. С излишък той започва да се оттича в интериора, образувайки течове по тавана. Най-неприятните последици са натрупването на влага в топлоизолационния материал, което, както вече беше споменато, рязко намалява топлоизолационните му свойства..

Значителна бариера за проникването на пара в пространството под покрива е специален филм с ниска паропропускливост, който се поставя в покривната конструкция директно под топлоизолацията. Въпреки това, никой материал за пароизолация не е в състояние напълно да изключи потока пара от вътрешната страна на сградата в пространството под покрива. Ето защо, за да не покрива покривът от година на година топлоизолационната си способност, е необходимо цялата влага, натрупана 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.

Специални вентилационни пропуски са подредени в скатни покриви (фиг. 6). По правило има два от тях – горната пропаст и долната. Чрез горната междина (между покрива и хидроизолацията) се отстранява атмосферната влага, задържана под покрива. Благодарение на вентилацията, дървените конструкции (контра-решетки и стругове) се проветряват постоянно, което гарантира тяхната издръжливост. Чрез долната вентилационна междина се отстранява влагата, прониквайки в изолацията от вътрешността. Висококачественото подреждане на пароизолацията от страната на вътрешността и наличието на достатъчна долна вентилационна междина, изключва замърсяването на покривната конструкция.

фиг. 6

Обърнете внимание, че когато дишащите мембрани се използват като хидроизолационни материали, няма нужда от по-ниска вентилационна междина..

За да осигурят добра циркулация на въздуха, много компании, които произвеждат покривни материали за скатни покриви, като правило предлагат редица вентилационни елементи като допълнителни елементи: надвесни аератори, гребен аератори, 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 стаи, болници, някои промишлени помещения и др. Защитата от пара също трябва да се обърне специално внимание, когато се строи в райони с изключително студен климат, дори с нормална влажност на закрито. Когато анализирате условията на околната среда и условията на температура и влажност вътре в помещенията, може да се направят предположения за възможността за кондензация на влага и нейното натрупване и, използвайки различни комбинации от компоненти на покрива, да се опитате да предотвратите тези явления.

Химически агресивни вещества във въздуха

По 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. Ето защо за всички конструктивни елементи на покриви и особено за покриви в такива зони е необходимо да се използват материали, устойчиви на химикали, присъстващи във въздуха..

Жизнената активност на насекомите и микроорганизмите

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

Механични натоварвания

Покривната конструкция трябва да издържа на механични натоварвания, както постоянни (статични) – от елементи за пълнене и монтаж, така и временни – сняг, от движението на хора и оборудване и т.н. Натоварванията, свързани с възможни движения между покривните и строителните възли, също са временни..

Така че, за да може покривът надеждно да изпълнява функциите си и да е 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):

фиг. 7

• покривен материал, върху който се нанася допълнителен слой, ако е необходимо (облицовка, баласт и др.);
• хидроизолационен слой (на наклонени покриви) – допълнително изолира вътрешните слоеве на покрива от проникване на атмосферна влага;
• топлоизолация – осигурява доста стабилна температура на въздуха в помещенията;
• пароизолация – предотвратява навлизането на водна пара в покривната конструкция отвътре в сградата;
• база.

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

Необходимостта от определени слоеве и тяхното местоположение зависи от вида на сградата и ефектите, на които тя ще бъде изложена. При избора е необходимо да се вземат предвид и техническите характеристики на използваните материали: коефициенти на топлинно разширение и компресия; крайна якост на опън, натиск и срязване; характеристики на паропропускливостта и абсорбцията на влага; характеристики на стареене, вкл. повишена чупливост и загуба на термична устойчивост; еластичност; огнеустойчивост. Значението на всички горепосочени технически характеристики се определя от всеки конкретен случай.