Разработка кровельных конструкций на основании из ребристых плит
Побединский Владимир Викторович, доктор техн. наук, профессор кафедры сервиса и технической эксплуатации Уральского государственного лесотехнического университета (620100, Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37), e-mail: pobed@e1.ru тел. раб. (343) 2614-614, моб. +7912-041-12-95.
Попов Алексей Игоревич, директор ООО «Строительная компания «Флатирон»
Введение
Верхняя часть здания или, в терминологии [1], покрытие, является ответственной конструкцией, от которой при эксплуатации в значительной степени зависит техническое состояние всего здания. Для учета многообразия типов зданий, условий эксплуатации созданы различные кровельные конструкции, являющиеся основной частью покрытия. При этом из множества марок различных по характеристикам кровельных и дополнительных материалов могут быть сконструировано большое количество исполнений покрытий. В этой связи внимание некоторых исследователей [2-5] обращалось к этой проблеме и в ряде работ приведены рекомендуемые [2-7] и нормативные [1] конструктивные решения. Однако нигде не приводятся облегченные конструкции, предназначенные для устройства покрытий на ребристых плитах с механическим креплением кровли.
Таким образом, анализ проработанности темы показывает, что, несмотря на большое разнообразие конструктивных решений покрытий, конструкция, предназначенная для устройства на основаниях их ребристых плит, соответствующая всем требованиям, не создана, что указывает на актуальность исследовательских работ в этом направлении.
Целью исследований, некоторые результаты которых приведены в настоящей статье, являлась разработка кровельной конструкции, предназначенной преимущественно для капитального ремонта или реконструкции покрытий c ребристыми плитами, которая обеспечит:
1) заданную прочность крепления кровли к несущему основанию;
2) не снижение несущей способности плит при механическом креплении кровли;
3) выполнение заданного уклона кровли без устройства растворных (бетонных) уклонообразующих слоев;
4) снижение массы кровельной конструкции в сравнении с существующей;
5) увеличение несущей способности покрытия из ребристых плит;
6) снижение затрат на капитальный ремонт или реконструкцию покрытия.
Для реализации цели был решен ряд задач в следующей последовательности:
1) выполнить анализ существующих конструктивных решений покрытий зданий, определить недостатки и необходимые требования, выполнение которых обеспечит совершенствование;
2) с учетом определенных требований по совершенствованию разработать кровельную конструкцию;
3) апробировать на практике предлагаемую конструкцию;
4) обеспечить правоохранными документами предлагаемое решение.
Анализ существующих конструктивных решений.
В настоящее время с использованием рулонных или мастичных материалов существует несколько типов кровельных конструкций. Рулонные материалы, в свою очередь, подразделяются на битумно-полимерные и полимерные мембраны. Их принципиальное различие заключается в технологии устройства конструкции. Битумно-полимерные и мастичные материалы укладываются на бетонные или сборные стяжки, что значительно увеличивает массу конструкции. Кровли из полимерных мембран позволяют выполнять облегченные кровельные конструкции на несущих основаниях с ограниченной несущей способностью, так как крепятся механически к несущему основанию и не требуют использования дополнительных стяжек под кровельное покрытие. При этом они имеют большое количество механических креплений (порядка 6-14 шт/м2 ), обеспечивающих расчетное сопротивление ветровому отрыву мембраны.
Для кровли из полимерных мембран используется два типа крепления к бетонным основаниям. Известное [1] конструктивное решение покрытий с кровлей из битумно-полимерных материалов на железобетонном (плиты многопустотные или монолитные) основании приведено на иллюстрации 1.
Из полимерных мембран конструкции приведены в руководствах, например, фирм «Protan» [7] (Иллюстрация 2), «Технониколь» [6] др. Но и в этих источниках не показаны конструкции на ребристых плитах с кровлей из полимерных мембран, поскольку рассматриваются только железобетонные основания из монолитных или многопустотных плит значительно большей толщины.
Проблема особенно остро встает в случае капитального ремонта или реконструкции старых покрытий, в первую очередь из-за значительного повреждения ребристых плит. Полки плит в исходном состоянии толщиной 40 мм из-за поверхностных сколов в процессе многолетней эксплуатации имеют толщину от 10 до 25 мм и прочность в месте крепления ниже нормативно необходимой. Поверхность плит становится неровной, на которую по нормативам недопустимо укладывать плитную теплоизоляцию. В этом случае необходим ремонт плит с выравниванием поверхности. Качественно восстановить поверхности цементными растворами практически невозможно, а решить эту задачу можно с использованием сухих строительных смесей. Учитывая, что покрытия на основаниях их ребристых плит преимущественно используются в зданиях промышленного назначения и имеют большие площади, то ремонт с использованием сухих строительных смесей приведет к огромным затратам и на практике не применяется.
Анализируя известные конструктивные решения покрытий, можно отметить следующие их особенности и недостатки.
1. Крепление полимерной мембраны к бетонным основаниям могут выполняться с помощью следующих элементов:
а) телескопического крепежа с самонарезающими винтами, которые крепятся в полиамидные дюбели, устанавливаемые в отверстия в бетонном основании;
б) телескопического крепежа с гвоздь-дюбелями, забиваемыми в бетонное основание;
в) самонарезающими винтами, которые крепятся в полиамидные дюбели, устанавливаемые в отверстия в бетонном основании;
г) самонарезающими винтами по бетону, устанавливаемые в отверстия в бетонном основании.
Общей конструктивной особенностью всех типов и исполнений креплений является обязательное выполнение отверстия в бетонном основании глубиной не менее 45 мм [7]. В ряде документов эта величина рекомендуется еще большей и составляет 50 мм. Характеристики бетонного основания при таком типе креплений должны соответствовать марке М150 (В12,5). Если следовать этим данным, то устройство кровли из полимерных мембран с механическим креплением на ребристых плитах становится недопустимым.
Полимерные мембраны крепятся по боковым сторонам полотнищ, как правило, шириной 1 м, что определяет шаг рядов креплений. Расстояние между саморезами в рядах может составлять, в зависимости от расчетной ветровой нагрузки, порядка 20-40 см. В результате на квадратном метре площади будет от 6 до 14 элементов крепления. При таком количестве отверстий с неизбежными сколами с обратной стороны плит (Иллюстрация 3), еще больше уменьшается толщина полки в месте крепления и снижается несущая способность плит. В результате при ремонтах зданий в подавляющем большинстве случаев такое конструктивное решение является неприемлемым.
Разработка кровельной конструкции. Для реализации решения с заданными характеристиками за прототип принимается кровельная конструкция с водоизолирующим слоем из полимерной мембраны, так как для нее не используются стяжки, и она имеет минимальную массу.
Для решения задачи сокращения количества отверстий, на плиты укладываются деревянные бруски (доски) сечением около 60´150 (широкой стороной на плиты) и крепятся к плитам основными крепежными элементами в продольные ребра плит и, при необходимости, дополнительными крепежными элементами в полки, которые в свою очередь при недостаточной толщине полки могут выполняться болтами (Иллюстрация 4).
Бруски могут устанавливаться с заданным уклоном. Полимерная мембрана через теплоизоляционные плиты крепится общепринятым телескопическим крепежом к брускам (Иллюстрации 4,5). Полости между брусками заполняются любым теплоизоляционным материалом. Но при неровной поверхности основания, а также по экономическим соображениям теплоизоляция выбирается насыпного типа, например, керамзитового гравия).
Деревянные бруски в конструкции выполняют следующие функции:
- являются несущим основанием (обрешеткой) для кровельной конструкции;
- обеспечивают механическое (саморезами) крепление полимерной мембраны к основанию;
- обеспечивают заданный уклон для кровли;
- повышают несущую способность плит перекрытий;
- с теплоизоляционным материалом, заполняющим полости между брусками, создают теплоизоляционный слой.
Апробация на практике предлагаемой конструкции. Реализация предлагаемой конструкции в проектном решении и в технологической последовательности на строительном объекте изображена на иллюстрациях 5,6.
Обеспечение правоохранными документами. Предлагаемое конструктивное решение является патентоспособным [8], имеет следующие технологические особенности и отличия от известных прототипов:
1) к ребристым плитам крепятся бруски, как промежуточный элемент для крепления теплоизоляции и кровли (полимерной мембраны). Они укладываются поперек ребристых плит и крепятся основными крепежными элементами в местах продольных ребер плит. При необходимости предусматриваются дополнительные элементы, например, сквозные болтовые соединения в полках плит.
2) для теплоизоляционных плит в качестве несущего основания используется обрешетка из брусков и поверхность теплоизоляции, расположенной между брусками.
3) полости между брусками заполняются теплоизоляционным материалом, например, насыпным керамзитом, что обеспечивает базирование плит на бруски и одновременно на поверхность из насыпной теплоизоляции. Последующие конструкционные слои (пароизоляция, теплоизоляция, полимерная мембрана) укладываются на подготовленное таким образом основание.
4. Заданный уклон обеспечивает наклон брусков к плитам и слой теплоизоляции, уложенный между брусками.
5. Пароизоляция укладывается на ребристые плиты или может укладываться на бруски и поверхность теплоизоляции, расположенной между брусками, что более предпочтительно с теплофизической точки зрения.
Заключение
По результатам разработки кровельной конструкции можно заключить:
1. При использовании предлагаемого решения вместо известных покрытий с битумно-полимерными материалами обеспечивается снижение массы кровельной конструкции, расположенной на ребристых плитах за счет применения кровли из полимерных мембран, укладываемой на теплоизоляцию без растворной стяжки.
2. Значительно (в 4-6 раз) снижается количество отверстий в полках ребристых плит.
3. Увеличивается несущая способность покрытия из ребристых плит за счет дополнительных деревянных брусков.
4. Появляется возможность выполнения заданного уклона кровли без устройства дополнительных уклонообразующих слоев.
5. При расположении пароизоляции на бруски (утепленное основание) улучшаются термовлажностные режимы. В этом случае снижается разность парциальных давлений до и после пароизоляционного слоя и, следовательно, интенсивность диффузии влаги.
6. Снижаются затраты на ремонт покрытий зданий, так как появляется возможность не проводить мероприятий по устранению повреждений и усилению ребристых плит.
Список использованной литературы
1. СП 17.13330.2011. Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76. – М.: ЦНИИПромзданий, 2011. - 69 с.
2. Гликин С.М. Энергоэкономичность зданий, прогрессивные ограждающие конструкции, методы их расчета и устройства: монография / С.М. Гликин. – М.: ЦНИИПромзданий, 2008. – 376 с.
3. Савельев А. А. Современные кровли: устройство и монтаж: [материалы, утепление крыш, гидроизоляция, водоотводы] / А. А. Савельев. – М.: Аделант, 2010. -158 с.
4. Еропов Л.А. Покрытия и кровли гражданских и промышленных зданий. В 5 ч. Ч.3: учеб. пособие / Л. А. Еропов. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. – 82 с.
5. Кунгурцев А.К. и др. Покрытия, крыши и кровли / А.К. Кунгурцев, В.М.Лещев. – СПб.: ВИТУ, 1998.-228 с.
6. СТО 72746455-4.1.1-2014. Изоляционные системы Технониколь. КРЫШИ С ВОДОИЗОЛЯЦИОННЫМ КОВРОМ ИЗ РУЛОННЫХ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Техническое описание. Требования к проектированию, материалам и конструкциям. - М.: Технониколь, 2014. – 134 с.
7. Руководство по применению в кровлях полимерных гидроизоляционных материалов “ПРОТАН” на основе ПВХ. Проектирование и устройство / Изд. 2-е перераб.– М.: ЦНИИПромзданий, 2011. - 64с.
8. Пат. 132466 Российская Федерация, МПК E04D 11/02 (2006.01). Кровельная конструкция / В.В. Побединский, Ф.Л. Капустин, А.И. Попов, Н.Н. Подгайский, И.Л. Подвойский; заявл. 12.03.13, опубл. 20.09.13, Бюл. № 26.
