Помоги проекту - поделись книгой:
z = h2/12r
(Рис. 28) Расчетная схема к определению напряжений в криволинейной части гнутоклееных рам.
Свод – пространственная конструкция, перекрытие или покрытие сооружений, имеющее геометрическую форму, образованную выпуклой криволинейной поверхностью. Под нагрузкой свод подобно арке работает преимущественно на сжатие, передавая на опоры вертикальные усилия, а также во многих типах свода и горизонтальные (распор) усилия. Простейшим и наиболее распространенным является цилиндрический свод, опирающийся на параллельно расположенные опоры (стены, ряды столбов, аркады и т. п.). В поперечном сечении он представляет собой часть окружности эллипса, параболы и др. Два цилиндрических свода одинаковой высоты, пересекающиеся под прямым углом, образуют крестовый свод, который может опираться на свободностоящие опоры (столбы) на углах. Части цилиндрического свода – лотки, или щёки, опирающиеся по всему периметру перекрываемого сооружения на стены (или арки, балки), образуют сомкнутый свод. Зеркальный свод отличается от сомкнутого тем, что его верхняя часть (плафон) представляет собой плоскую плиту. Производной от свода конструкцией является купол. Отсечением вертикальными плоскостями частей сферической поверхности купола образуется купольный (парусный) свод (свод на парусах). Многочисленные разновидности основных конфигураций свода определяются различием кривых их сечений, количеством и формой распалубок и пр. (своды стрельчатые, ползучие, бочарные, сотовые и др.). Древнейшими являются так называемые ложные своды, в которых горизонтальные ряды кладки, нависая один над другим, не передают усилий распора. В IV–III тыс. до н. э. в Египте и Месопотамии появились цилиндрические своды, заимствованные архитектурой Древнего Рима, где также возводились сомкнутые и крестовые своды. В Византии применялись цилиндрические, парусные, крестовые своды, в частности при строительстве крестово-купольных храмов. В архитектуре Азербайджана, Индии, Китая, Средней Азии и Ближнего Востока обычно использовались стрельчатые своды. В Западной и Северной Европе в Средние века получили распространение крестовые своды, которые в готическом зодчестве приобрели стрельчатый характер и основной конструктивный элемент – нервюру. С древности своды выполнялись преимущественно из природного камня и кирпича. Величина прочности камня на изгиб ограничивала ширину пролета в стоечно-балочной конструкции примерно на 5 м. Применение сводов (в которых камень, работая не на изгиб, а на сжатие, обнаруживает более высокую прочность) позволило значительно увеличить размер пролетов. Со второй половины XIX в. своды нередко создавались на основе металлических конструкций. В XX в. появились различные типы монолитных и сборных железобетонных тонкостенных сводов-оболочек сложной конструкции, предназначенных для покрытий зданий и сооружений с большими пролетами. С середины XX в. распространяются также деревянные клееные сводчатые конструкции.
Для обеспечения отвода атмосферных осадков крыши всех типов выполняются циклонами. В зависимости от уклона крыши называются скатными или плоскими. Плоскими считаются крыши уклоном менее 15. Обычно их используют для устройства террас, открытых площадок, веранд, эксплуатируемых крыш (солярий, сад на крыше и т. п.), то есть при устройстве бесчердачных крыш.
При скатных крышах с уклоном более 35 градусов пространство между крышей (обрешеткой) и чердачным перекрытием имеет достаточную высоту, чтобы использовать это пространство как проходной чердак (для обслуживания и ремонта конструкций крыши) или для устройства мансарды.
При пересечении скатов крыши между собой образуются ребра (выпуклые) или ендовы (разжелобки), которые являются наиболее уязвимыми для дождевых и талых вод, наиболее труднозаделываемыми местами крыши, особенно ендовы. Поэтому всегда следует стремиться к наиболее простой форме крыши, с минимальным числом скатов. Уклоны всех скатов целесообразно делать одинаковыми.
Односкатные, опирающиеся на две наружные стены разной высоты. Чаще всего она используется на вспомогательных зданиях, сооружениях простой конструкции, производственных или складских корпусах. Скат крыши, как правило, обращают к наветренной стороне, защищая тем самым здание от ветра, дождя и снега. Эти крыши относятся к разряду самых экономичных и удобных. Они позволяют максимально использовать внутреннее пространство здания и могут служить потолком в хозяйственных постройках (гаражах, сараях, банях и т. д.), не требующих его строгой горизонтальности. Основная область применения данного типа крыши – вспомогательные здания, сооружения простой конструкции, производственные или складские корпуса.
(Рис. 29) Односкатная крыша.
Двухскатные, опирающиеся на две наружные стены равной высоты, крыши. Двухскатная крыша состоит из двух скатов, направленных в противоположные стороны. Треугольные торцовые стены, образующиеся при этой форме, называются щипцами и фронтонами. Этот вид является самой распространенной классической конструкцией крыши. Существуют варианты крыш с висячими стропильными формами или с наклонными стропилами. К многочисленным вариантам этого типа надо отнести крыши с равномерным или неравномерным углом наклона или же размером карнизного свеса.
(Рис. 30) Двускатная крыша.
Вальмовая крыша – четырехскатная крыша с треугольными скатами (вальмами) от конька до карниза по торцовым сторонам. Если вальма не доходит до карниза, крыша называется полувальмовой. Характерные черты вальмовой крыши акцентируются наличием слуховых окон. Иногда четырехскатные кровли выполняются в виде полувальмовых. В этом случае боковые скаты (полувальмы) срезаются и имеют по линии уклона меньшую длину, чем основные скаты. Полувальмовые крыши применяют там, где существует необходимость защиты фронтона от неблагоприятных внешних воздействий. Вальмовая крыша лучше, чем все остальные, выдерживает ветровые нагрузки, но она очень трудоемка, и ее строительство требует определенных профессиональных навыков. Вальмовая крыша подчеркивает защитную функцию крыши и придает зданию представительный вид.
(Рис. 31) Вальмовая крыша.
Шатровые – это крыши, четыре ската которых выполнены в виде одинаковых треугольников, сходящихся в одной точке. Шатер, шатровое покрытие – завершение центрических построек (храмов, колоколен, башен, крылец) в виде высокой четырехгранной, восьмигранной или многогранной пирамиды. Этот архитектурный элемент распространен в русском каменном зодчестве с XVI в. Кирпичные шатры складывались из наклонных рядов или горизонтальных рядов кирпича с напуском, деревянные – напуском венцов с уменьшающимися длинами сторон. В культовых сооружениях шатер обычно увенчивался луковичной главой, в гражданской и военной – дозорной вышкой, флюгером. Симметричность является определяющим элементом этого вида крыши, она обеспечивается чистыми и однозначными фермами и линиями, объединяющимися на вершине (фермой называется решетчатая конструкция, состоящая из отдельных стержней, соединенных в узлах, и работающая в основном на изгиб).
(Рис. 32) Шатровая крыша.
Ломаные (мансардные), двухскатные – это крыши, каждая плоскость которых представляет собой два прямоугольника, соединенных между собой под тупым углом. При необходимости использования чердачного помещения для сушки белья, хранения домашней утвари или устройства мансарды крышу жилого дома делают двухскатной или ломаной. Мансардная крыша является результатом стремления превратить чердачное пространство в полноценный жилой этаж. Данный тип конструкции крыши очень популярен при современном строительстве, т. к. обеспечивается эффективное использование жилой площади мансардного этажа.
(Рис. 33) Мансардная крыша.
Перечисленные формы крыш подвергаются модификации за счет применения различных элементов, как в устройстве самого покрытия, так и в конструкции кровли. Дополнительные элементы служат для внешнего оформления крыши и повышают функциональность жилых помещений, обеспечивая освещение и вентиляцию.
(Рис. 34) Мансардное окно, монтируемое в крыше.
Одним из этих элементов является мансардное окно, монтируемое в крыше и представляющее собой экономичное решение использования чердачного пространства.
(Рис. 35) Четырехугольное слуховое окно.
Отдельные виды слуховых окон отличаются повышенной сложностью конструкции. Четырехугольное слуховое окно принадлежит к самым традиционным элементам, вертикальные боковые стенки которого, как правило, покрываются малоформатными кровельными материалами.
(Рис. 36) Слуховое окно с двускатной крышей.
Слуховые окна с двускатной крышей представляют собой интересный архитектурный вариант конструктивного оформления крыши.
(Рис. 37) Слуховое окно с круглой крышей.
В большинстве случаев следует отдавать предпочтение высокой крыше. Она те только придает зданию более красивый внешний вид, но и позволяет использовать чердачное пространство для устройства мансарды.
Кроме того, на крутых скатах такой крыши не задерживается снег, уменьшаются нагрузки на стропила от веса снега. Но возрастают ветровые нагрузки и их необходимо учитывать при расчете конструкций.
При устройстве под крышей мансардного помещения ограждающие конструкции отапливаемой мансарды, в том числе и крыша, должны быть утеплены с целью сохранения тепла в помещении. В этом случае кровля является защитой здания от атмосферных воздействий, поэтому весь объем чердака утепляется и он используется как обычные жилые помещения. Если же чердачные помещения не используются как жилые, то они и не требуют для эксплуатации в зимнее время создания в них положительных температур. В домах с холодными чердачными крышами утепляется только чердачное перекрытие являющееся полом чердака и потолком жилых помещений. Если чердак или мансарда используются в качестве жилых (или рабочих) помещений, то по скатам крыши прокладывается теплоизоляционный материал. Дома с плоскими крышами, не имеющие чердаков, или имеющие скатные крыши, где жилые или служебные помещения расположены непосредственно под крышей (так называемые совмещенные покрытия), обязательно имеют теплоизолированные крыши, чтобы не допустить слишком больших теплопотерь, т. к. через потолки помещение может терять до 50% тепла. При установке изоляции следует придерживаться основного правила: теплоизоляторы устанавливаются на любой поверхности, отделяющей жилые помещения от необогреваемых комнат и внешнего пространства. Следует также использовать изоляцию для предотвращения перегрева тех помещений, которые находятся летом под прямым воздействием солнечных лучей.
Теплоизоляция крыши широко используемая в жилых домах, осуществляется следующими способами. «Невентилируемая (теплая) крыша»: крыша покрывается плитами ППС (пенополистирола) толщиной около 70 мм, на поверхность которого укладывается водостойкий битумный слой. «Вентилируемая (холодная) крыша»: плиты ППС устанавливаются на тыльную сторону крыши, при этом оставляется вентилируемая полость, предотвращающая конденсацию водяных паров.
Благодаря такой теплоизоляции из чердачного помещения можно сделать отличную жилую комнату. Теплоизоляция двухскатной крыши при сравнительно небольших расходах приносит большую пользу. Для этого необходимо вмонтировать в промежутки между стропилами один или несколько слоев пенополистирольных плит общей толщиной, равной толщине стропил.
Чердачное перекрытие (чердачные полы) утепляются изнутри чердака. В качестве утеплителя как уже было сказано используют в большинстве случаев пенополистирольные плиты или плиты, маты на основе стекловолокнистых материалов (изовер, роквул и т. п.). Наиболее удобны в работе минераловатные плиты прямоугольной или клиновидной формы, которые легко укладываются и плотно состыкуются между собой. Крепятся плиты различными способами: при помощи гвоздей или шурупов, посредством мастики или клея, за счет силы трения (враспор), а плиты небольшой толщины могут укладываться на планки, прибитые к внутренним сторонам стропильных ног (черепные бруски).
В соответствии с ГОСТ-16381-77 теплоизоляционные материалы классифицируются по следующим основным признакам: форма и внешний вид; структура; вид исходного сырья; средняя плотность; жесткость; теплопроводность; горючесть.
В отличие от ряда других строительных материалов марка теплоизоляционного материала устанавливается не по показателю прочности, а по величине средней плотности, которая выражается в кг/м3 (р). По этому показателю теплоизоляционные материалы имеют следующие марки: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500. Марка теплоизоляционного материала представляет собой верхний предел его средней плотности. (Так, изделия марки 100 могут иметь р=75-100 кг/м3). За последние годы в нашей стране отмечается резкое ужесточение требований к теплотехническим характеристикам ограждений и это не случайно.
Минимальная толщина теплоизоляционного материала составляет 25 мм. Для основательного утепления помещения лучше использовать материалы толщиной 100 мм. Толщина слоя утеплителя определяется теплотехническим расчетом и зависит в основном от таких факторов, как:
– климатические параметры в районе строительства;
– требуемая температура внутри помещения;
– сопротивление теплопередачи материала для утепления.
Так как теплотехнические достаточно сложны, громоздки и трудоемки, приведем пример ориентировочного упрощенного расчета требуемой толщины утеплителя крыши жилой мансарды в условиях города Саратова.
По СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» определяет климатические параметры: продолжительность отопительного периода 196 суток, средняя температура отопительного периода – 4,3 градуса. Требуемая температура внутри жилого помещения +20 градусов.
Находим градусосутки отопительного периода: (20+4,3 градуса) х 196 сут = гр. сут. По СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» находит требуемое сопротивление теплопередаче покрытия (крыши) по таблице 4 (при Д = 4763 гр. сут): R = 4,5 кв. м гр/Вт. В качестве утеплителя примем маты стекловатные типа «изовер» с расчетным коэффициентом теплопроводности L = 0,043 Вт/м. град. Так как в тепловой защите мансарды создается преимущественно за счет утеплителя и пренебрегая в запас работой прочих элементов покрытия (крыши) над мансардой вследствие их незначительности, определим упрощенно ориентировочную требуемую толщину слоя утеплителя: S = R х L = 4, 5 кв. м х гр/Вт х 0, 043 Вт/м х гр = 0, 194 м = 19,4 см.
Таким образом, требуемая толщина, утеплителя из матов «изовер» составляет около 20 см.
Утеплитель хорошо справляется со своей задачей сохранять тепло в помещении, не допуская его чрезмерной утечки, до тех пор, пока он остается сухим. Но сохранить его сухим без специальных мероприятий невозможно. Уже к середине первой зимы утеплитель будет настолько мокрым, что его теплозащитные свойства снизятся на порядок. Почему это произойдет?
Дело в том, что теплый воздух внутри помещения содержит определенное количество воды в виде пара, растворенного в воздухе. Проникая в толщу утеплителя, воздух достигает холодной зоны утеплителя и там происходит конденсация влаги из воздуха, утеплитель намокает. Кроме того, пар конденсируется на холодной поверхности деревянных элементов крыши, вызывая их увлажнение, а затем гниение. Конденсируясь на нижней поверхности кровли, влага капает на нижележащие элементы крыши (обрешетку, прогоны, стропила, утеплитель и т. д.) и увлажняет их. В результате образуется плесень, грибок, происходит гниение деревянных конструкций и коррозия (ржавление) металлических конструкций, особенно тонколистовой стальной кровли, приводя к преждевременному разрушению указанных конструкций и резкому сокращению срока их службы. Увлажнение утеплителя всего лишь на 5% приводит к увеличению его теплопроводности на 15%.
Чтобы не допустить таких явлений, необходимо защитить конструкции крыши от увлажнения.
Прежде всего необходимо под утеплителем со стороны отапливаемого помещения (см. рис. 1) укладывать пароизоляционный слой, который будет препятствовать проникновению пара из отапливаемого помещения к конструкциям крыши. Пароизоляция обеспечивается несколькими путями, во-первых, зазором между кровельным покрытием и теплоизоляционным слоем, а во-вторых, наличием особого пароизоляционного слоя (полиэтиленовой пленки или фольги). Некоторые теплоизоляционные материалы в готовом виде на внутренней поверхности имеют основание из фольги, специально предназначенное для обеспечения пароизоляции крыши. Слишком большая разница в температуре снаружи здания и внутри него без наличия слоя пароизоляции и вентиляционных отверстий в кровле может привести к образованию сырости в кровельном ковре и под ним. Последствия этого очень неприятны: загнивание несущей конструкции, выпадение росы в теплоизоляционном слое, подтеки на потолке и т. п., то есть преждевременное разрушение здания.
Наибольшим сопротивлением паропроницанию обладает полиэтиленовая пленка и может служить надежной защитой конструкций от увлажнения. Специальные пароизоляционные пленки обычно изготовляют трехслойными: средний слой из полипропиленовой сетки и два внешних слоя из полиэтилена. Полипропиленовый слой является армирующим и обеспечивает необходимую прочность на разрыв.
Для надежной пароизоляции пленка укладывается с достаточным нахлестом и проклейкой на стыках. Но достичь 100% пароизоляции все же не удается. Частично пар проникает через пароизоляционную пленку. Чтобы удалить проникший пар, предусматривают зазор между кровлей и утеплителем для вентиляций и высушивание утеплителя. Этот зазор сообщается с внешних воздухом у карниза внизу и у конька вверху. За счет перепада высот от карниза к коньку возникает движение воздуха по подкровельному зазору от карниза к коньку. При большом уклоне и длинном скате поток воздуха может достигать такой большой скорости, что удаляет не только влагу с поверхности утеплителя, но и частички утеплителя, особенно стекловатного. Кроме того, поток воздух может уносить с собой в атмосферу 15–20% тепла, охлаждая утеплитель.
Для ограничения, указанных отрицательных явлений вентилируемо кровли, под кровлей предусматривается специальная ветрозащитная пленка. Ветрозащитная пленка должна отвечать следующим требованиям. Во-первых, она должна быть непродуваемой, чтобы не допустить срыва с поверхности утеплителя отдельных волокн уноса тепла. Во-вторых, пленка должна пропускать пар, проникший в утеплитель. В-третьих, пленка не должна пропускать воду, проникшую через дефекты кровли или образовавшуюся от конденсации на нижней поверхности кровли проникшего пара, который не удалось убрать при помощи вентиляции.
Ветрозащитные пленки обеспечивают паропроницаемость в большинстве случаев за счет микроперфорации. Они укладываются с зазором со стороны утеплителя около 20 мм для вентиляции утеплителя. Их нельзя укладывать на поверхность утеплителя, так как их паропроницаемость недостаточна для эффективного удаления паров воды из утеплителя.
Но в последнее время появились принципиально новые ветрозащитные пленки (производства концерна Дюпон) с паропроницаемостью свыше 300–350 граммов воды на 1 кв. м в сутки. Такую пленку можно укладывать непосредственно на поверхность утеплителя. Эта пленка имеет пористую структуру, отлично пропускает пар, но непроницаем для воды и воздуха. Марка пленки Tyvek (Тувек). Она представляет собой легкое нетканое полотно белого цвета, имеет вес 60 г/кв. м и более. Крепится к деревянным конструкциям с помощью гвоздей, степлера, монтажной ленты и мастики, т. е. не требует для монтажа специального оборудования.
Усилить эффект пароизоляции, гидроизоляции и теплоизоляции поможет вентиляция кровли. В устройстве кровли должны быть предусмотрены следующие виды вентиляции:
– вентиляция пространства между покрытием и гидроизоляцией, охватывающая все плоскости, независимо от степени сложности крыши;
– вентиляция пространства между утеплителем и гидроизоляцией, исключающая наличие «застойных» зон;
– вентиляция подкровельного пространства, являющаяся частью системы вентиляции дома.
При устройстве вентиляции необходимо помнить:
– пар стремится вверх;
– вода стремится вниз.
Следовательно:
– при монтаже пароизоляции помимо технологии укладки полотен кровельных материалов друг на друга, на стены и элементы конструкции; места стыков необходимо проклеивать специальной лентой;
– при отсутствии вентиляции внутреннего пространства дома даже проклеивание специальной лентой полностью не предотвращает попадание влаги в утеплитель при высоком давлении пара. Например, при пропускной способности пароизоляции 1 грамм на 1 м2 поверхности в сутки, за 100 дней через 100 м2 пароизоляции, находящейся под воздействием давления пара, вверх в виде пара проникнет ведро воды;
– стены не должны пропускать воздух и влагу, так как задержавшаяся во внешних слоях стены влага может привести к расслоениям при замерзании;
– пароизоляция должна быть смонтирована как можно ближе к внутреннему пространству дома.
Прежде чем приступать к проведению изоляционных работ, необходимо выполнить некоторые профилактические мероприятия. А именно необходимо тщательно осмотреть несущие конструкции крыши на предмет выявления гнили, плесени, мха, паразитов и отсыревших балок. Если таковые обнаружены, то прежде чем приступать к теплоизоляции, необходимо отремонтировать стропильный каркас, привести его в надлежащий вид. Если вы это не сделаете заранее, то впоследствии при признаках разрушения и протекания крыши, вам придется разбирать недавно уложенные пароизоляционный и теплоизоляционный слои. Кроме того, необходимо также проверить не повреждены ли электрические провода, проложенные на чердаке.
Рассмотрим основные варианты утеплении плоской крыши. Первый вариант – это утепление крыши снаружи. Для этого используются жесткие теплоизоляционные плиты. На рисунке 38 показаны основные элементы данной теплоизоляции. 2 – это несущая конструкция, поверх брусьев которой укладывается сплошное основание из панелей 3. Основание из панелей служит опорой для теплоизоляционных плит 5. Чтобы плиты были надежно зафиксированы и плотно прижаты, их придавливают тротуарными плитками 6 или галькой.
Поделиться книгой: