Stogo fizika

Kaip pastato apvalkalas, stogas yra veikiamas daugelio veiksnių, glaudžiai susijusių su procesais, vykstančiais tiek pastato išorėje, tiek jo viduje. Šie veiksniai visų pirma apima:

• krituliai;
• vėjas;
• saulės radiacija;
• temperatūros svyravimai;
• vandens garai, esantys vidiniame pastato ore;
• chemiškai agresyvios medžiagos ore;
• gyvybinė vabzdžių ir mikroorganizmų veikla;
• mechaninės apkrovos.

Krituliai

Pastato apsaugos nuo atmosferos kritulių funkcija priskiriama viršutiniam stogo elementui – stogui. Norint nutekėti lietaus vandeniui, stogo paviršius yra nuožulnus. Stogo užduotis yra neleisti vandens į apatinius sluoksnius.

Minkštos stogo dangos medžiagos, sudarančios ištisinį sandarų kilimą ant stogo paviršiaus (ritininės ir mastikos medžiagos, polimerinės membranos), gerai atlieka šią užduotį. Naudojant kitas medžiagas, po stogo danga gali patekti krituliai su nedideliais stogo šlaitais, ypač esant nepalankioms oro sąlygoms (lietaus ar sniego, lydimo stipraus vėjo). Tokiais atvejais po stogu yra įrengtas papildomas hidroizoliacinis sluoksnis, kuris yra antroji apsaugos nuo atmosferos kritulių linija..

Svarbi užduotis yra drenažo sistemos organizavimas – vidinis ar išorinis.

Sniegas sukelia papildomą statinę apkrovą ant stogo (sniego apkrova). Jis gali būti gana didelis, todėl į jį reikia atsižvelgti apskaičiuojant bendrą stogo konstrukcijos apkrovą. Ši apkrova priklauso nuo stogo nuolydžio. Snieguotose vietose nuolydis paprastai padidinamas, kad sniegas nesiliestų ant stogo. Tuo pačiu metu ant šlaitinių stogų patartina įrengti sniegą sulaikančius elementus, kurie neleidžia sniegui kristi kaip lavina, taip keliant pavojų praeivių sveikatai, dažnai deformuojant pastato fasadą ir išjungiant išorinę kanalizacijos sistemą..

1 pav

Viena iš reikšmingų snieguotų problemų yra ledo ir varveklių susidarymas ant stogų. Ledas dažnai tampa kliūtimi, neleidžiančia vandeniui patekti į lataką, vandens piltuvą ar tiesiog tekėti žemyn. Naudojant nehermetiškas stogo dangas (metalinius stogus, visų tipų čerpes), vanduo gali prasiskverbti pro stogą ir susidaryti nutekėjimams. Apledėjimo susidarymo mechanizmas ir kovos su šiuo reiškiniu būdai išsamiai aptariami skyriuje Apsaugos nuo apledėjimo sistemos.

Vėjas

Vėjo srautai, įvykdę pakeliui esančią kliūtį pastato pavidalu, apeik ją, todėl aplink pastatą susidaro teigiamo ir neigiamo slėgio zonos (2 pav.).

2 pav

Dėl to atsirandantis neigiamas slėgis, dėl kurio stogas atitraukiamas, priklauso nuo daugelio veiksnių. Nepalankiausias šiuo atžvilgiu yra vėjas, pučiantis pastatui 45 kampu⁰. Pastato stogo planas, kuriame parodytas neigiamo slėgio pasiskirstymas esant 450 vėjo krypčiai, parodytas fig. 3.

3 pav

Vėjo nuplėšimo jėgos gali pakakti, kad būtų galima pažeisti stogą (susidaro pūslelės, nuplėšiama dalis dangų ir pan.). Tai ypač padidėja, kai slėgis padidėja pastato viduje (po stogo pagrindu) dėl oro prasiskverbimo pro praviras duris ir langus iš šoninės pusės arba dėl įtrūkimų konstrukcijoje. Šiuo atveju vėjo nuplėšiamąją jėgą lemia du komponentai: tiek neigiamas slėgis virš stogo, tiek teigiamas slėgis pastato viduje. Todėl, siekiant pašalinti stogo apgadinimo riziką, jo pagrindas pagamintas kuo sandaresnis (4 pav.). Dažnai atliekamas papildomas mechaninis stogo dangos medžiagos tvirtinimas prie pagrindo..

4 pav

Neigiamam slėgiui sumažinti naudojami parapetai. Tačiau reikia nepamiršti, kad jie gali ne tik sumažėti, bet ir padidinti neigiamą slėgį. Jei parapetų yra per mažai, neigiamas slėgis gali būti dar didesnis nei be jų..

Saulės radiacija

Skirtingos stogo dangos medžiagos turi skirtingą jautrumą saulės spinduliams. Taigi, pavyzdžiui, saulės spinduliuotė praktiškai neturi jokios įtakos keraminėms ir cemento-smėlio plytelėms, taip pat metaliniams stogams be jų padengtos polimerinėmis dangomis..

Bitumo pagrindu pagamintos medžiagos yra labai jautrios saulės spinduliuotei: ultravioletinių spindulių poveikis pagreitina senėjimo procesą. Todėl paprastai jie turi viršutinį apsauginį mineralinio tvarsčio sluoksnį. Siekiant apsaugoti šiuolaikines medžiagas nuo senėjimo, į bitumo kompoziciją įvedami specialūs priedai (modifikatoriai).

Daugybė medžiagų, veikiamos ultravioletinių spindulių, laikui bėgant praranda savo pradinę spalvą (išblukimą). Metaliniai stogai su kai kuriomis polimerinėmis dangomis yra ypač jautrūs šiai radiacijai..

Į stogą patenkančios saulės spinduliuotės energiją iš dalies absorbuoja stogo dangos medžiagos. Tuo pačiu metu viršutiniai stogo sluoksniai gali būti žymiai šildomi (kartais iki 100 ° C), o tai taip pat daro įtaką jų elgesiui. Pavyzdžiui, bitumo pagrindu pagamintos medžiagos minkštėja esant pakankamai aukštai temperatūrai ir kai kuriais atvejais gali nuslysti nuo nuožulnaus stogo paviršiaus. Metalinės stogo dangos su kai kuriomis dangų rūšimis taip pat yra jautrios šilumai. Todėl, renkantis stogo dangos medžiagą, skirtą naudoti pietiniuose regionuose, turėtumėte įsitikinti, kad ji turi pakankamai atsparumą karščiui..

Temperatūros svyravimai

Kaip pastato apvalkalas, stogas veikia gana griežtu temperatūros režimu, patirdamas tiek erdvės, tiek laiko temperatūros svyravimus. Paprastai jo apatinio paviršiaus (lubų) temperatūra yra artima kambario temperatūrai. Tuo pačiu metu išorinio paviršiaus temperatūra kinta gana plačiame diapazone – nuo labai reikšmingų neigiamų verčių (žiemą, šerkšno naktį) iki reikšmių, artimų 100 0С (vasarą, saulėtą dieną). Tuo pačiu metu stogo išorinio paviršiaus temperatūra gali būti nevienalytė dėl nevienodo jo skirtingų dalių saulės apšvietimo..

Bet, kaip žinote, visos medžiagos yra termiškai ištemptos ir suspaudžiamos vienu ar kitu laipsniu. Todėl, norint išvengti deformacijų ir sunaikinimo, labai svarbu, kad medžiagos, veikiančios vienoje struktūroje, turėtų panašius šiluminio plėtimosi koeficientus. Norint padidinti stogo atsparumą šiluminėms apkrovoms, taip pat naudojama daugybė techninių sprendimų. Visų pirma plokščiuose stoguose, siekiant apriboti horizontalių judesių ir per didelių vidinių įtempių poveikį, klojami specialūs deformacijos mazgai.

Didelį pavojų beveik visoms stogo dangų medžiagoms (išskyrus metalines dangas) kelia dažni, kartais paros temperatūros kritimai nuo pliuso iki minuso. Paprastai tai būna vietovėse, kur žiemos švelnios ir drėgnos. Todėl tokiose klimato zonose būtina atidžiai atkreipti dėmesį į tokią svarbią stogo dangų medžiagų savybę kaip vandens absorbcija. Esant didelei vandens absorbcijai, esant teigiamoms temperatūroms drėgmė prasiskverbia ir kaupiasi medžiagos porose, o esant neigiamoms temperatūroms ji užšąla ir, plečiantis, deformuoja pačią medžiagos struktūrą. Rezultatas yra laipsniškas medžiagos sunaikinimas, dėl kurio susidaro įtrūkimai.

Stogas turėtų būti ne tik atsparus dideliems temperatūros svyravimams, bet ir patikimai apsaugoti pastato vidų nuo jų, apsaugodamas jį nuo šalčio žiemą ir nuo karščio vasarą. Šilumos barjero vaidmuo stogo konstrukcijoje priklauso nuo šilumos izoliacijos sluoksnio. Kad šilumos izoliacinė medžiaga atliktų savo funkciją, ji turi būti kuo sausa. Padidėjus drėgmei tik 5%, medžiagos šilumos izoliacija yra beveik perpus mažesnė.

Vandens garai

Dėl žmogaus veiklos (maisto gaminimas, plovimas, maudymasis, grindų plovimas ir kt.) Pastato interjere nuolat susidaro vandens garai. Ypač didelė drėgmė yra naujai pastatytuose ar renovuotuose pastatuose. Difuzijos ir konvekcinio perdavimo metu vandens garai pakyla ir, atvėsus iki temperatūros, žemesnės už rasos tašką, kondensuojasi po stogu esančioje erdvėje (5 pav.). Kuo didesnis drėgmės kiekis, tuo didesnis temperatūros skirtumas pastato išorėje ir viduje, todėl žiemą drėgmė gana intensyviai kaupiasi po stogu esančioje erdvėje..

5 pav

Drėgmė neigiamai veikia tiek medines, tiek metalines stogo konstrukcijas. Su pertekliumi jis pradeda nutekėti į vidų, susidarant nutekėjimams ant lubų. Nemaloniausios pasekmės yra drėgmės kaupimasis šilumą izoliuojančioje medžiagoje, kuri, kaip jau minėta, smarkiai sumažina jos šilumą izoliuojančias savybes..

Didelė garų prasiskverbimo į erdvę po stogu kliūtis yra speciali, mažo garų pralaidumo plėvelė, dedama į stogo konstrukciją tiesiai po šilumos izoliacija. Tačiau jokia garų barjerinė medžiaga negali visiškai atmesti garų srauto iš pastato vidaus į erdvę po stogu. Todėl norint, kad stogas neprarastų savo šilumos izoliacijos savybių metai iš metų, būtina, kad visa drėgmė, kuri žiemą kaupiasi šilumą izoliuojančioje medžiagoje, vasarą išeitų lauke..

Ši užduotis išspręsta konstruktyviomis priemonėmis. Visų pirma, plokščiams stogams rekomenduojama ne ištisinį, o dalinį stogo dangų medžiagų klijavimą prie pagrindo..

Specialūs vėdinimo tarpai yra išdėstyti šlaitiniais stogais (6 pav.). Paprastai yra du iš jų – viršutinis tarpas ir apatinis. Per viršutinį tarpą (tarp stogo dangos ir hidroizoliacijos) pašalinama atmosferos drėgmė, įstrigusi po stogo danga. Ventiliacijos dėka medinės konstrukcijos (priešpriešinės grotelės ir juostos) yra nuolat vėdinamos, o tai užtikrina jų patvarumą. Drėgmė pašalinama per apatinį ventiliacijos tarpą, kuris iš vidaus prasiskverbia į izoliaciją. Kokybiškas garų barjero išdėstymas iš vidaus pusės ir pakankamas apatinis vėdinimo tarpas turi neleisti vandeniui nutekėti ant stogo konstrukcijos.

6 pav

Atminkite, kad kai kvėpuojančios membranos naudojamos kaip hidroizoliacinės medžiagos, nereikia mažesnio vėdinimo tarpo..

Norėdami užtikrinti gerą oro cirkuliaciją, daugelis įmonių, gaminančių šlaitinių stogų stogų medžiagas, paprastai siūlo daugybę vėdinimo elementų kaip papildomus elementus: perdengimo aeratorius, kraigo aeratorius, ventiliacijos groteles, o čerpiniams stogams – specialias ventiliacijos čerpes..

Patikimiausia apsauga nuo vandens garų ypač reikalinga stogams virš patalpų, kuriose yra daug drėgmės: baseinuose, muziejuose, kompiuterių salėse, ligoninėse, kai kuriose pramoninėse patalpose ir kt. Apsaugai nuo garų taip pat turi būti skiriamas ypatingas dėmesys, kai statote vietose, kuriose yra ypač šaltas klimatas, net esant normaliai vidaus oro drėgmei. Analizuojant aplinkos ir temperatūros bei drėgmės sąlygas patalpų viduje, galima daryti prielaidas apie drėgmės kondensacijos ir jos kaupimosi galimybę ir, naudojant įvairius stogo komponentų derinius, pabandyti užkirsti kelią šiems reiškiniams..

Chemiškai agresyvios medžiagos ore

Paprastai dideliuose miestuose ar šalia didelių įmonių atmosferoje yra gana didelė chemiškai agresyvių medžiagų, pavyzdžiui, vandenilio sulfido ir anglies dioksido, koncentracija. Todėl visiems stogų konstrukciniams elementams, ypač stogams tokiose vietose, būtina naudoti medžiagas, atsparias ore esančioms cheminėms medžiagoms..

Vabzdžių ir mikroorganizmų gyvybinis aktyvumas

Įvairūs vabzdžiai ir mikroorganizmai gali padaryti didelę žalą stogo konstrukcijai, ypač mediniams elementams. Didelė drėgmė yra ypač palanki aplinka jų gyvenimui. Medinėms konstrukcijoms apsaugoti naudojamos specialios impregnacijos, kurios apsaugo medžiagą nuo mikroorganizmų.

Mechaninės apkrovos

Stogo konstrukcija turi atlaikyti mechanines apkrovas, nuolatines (statines) – nuo užpildymo ir montavimo elementų, ir laikiną – sniegą, nuo žmonių ir įrangos judėjimo ir kt. Apkrovos, susijusios su galimu judėjimu tarp stogo ir pastato mazgų, taip pat yra laikinos..

Taigi, norint, kad stogas patikimai atliktų savo funkcijas ir būtų atsparus įvairiems poveikiams (išvardytiems aukščiau), būtina: pirma, pakanka teisingai apskaičiuoti guolio dalį; antra, suraskite geriausią dizaino variantą; ir galiausiai, trečia, užtikrinti optimalų statybinių medžiagų derinį.

Iš to, kas buvo pasakyta, darytina išvada, kad stogo konstrukcijoje gali būti šie pagrindiniai sluoksniai (7 pav.):

7 pav

• stogo danga, ant kurios, jei reikia, dedamas papildomas sluoksnis (tvarstis, balastas ir kt.);
• hidroizoliacinis sluoksnis (ant nuožulnių stogų) – papildomai izoliuoja vidinius stogo sluoksnius nuo atmosferos drėgmės įsiskverbimo;
• šilumos izoliacija – užtikrina gana stabilią oro temperatūrą patalpose;
• garų barjeras – neleidžia vandens garams prasiskverbti iš pastato vidaus į stogo konstrukciją;
• bazė.

Stogo konstrukcijoje turi būti numatytos priemonės, užtikrinančios laisvą oro cirkuliaciją (vėdinimą)..

Tam tikrų sluoksnių poreikis ir jų vieta priklauso nuo pastato tipo ir poveikio, kuriam jis bus veikiamas. Renkantis taip pat turite atsižvelgti į naudojamų medžiagų technines charakteristikas: šiluminio plėtimosi ir suspaudimo koeficientai; didžiausias tempiamasis, gniuždomasis ir šlyties stipris; garų pralaidumo ir drėgmės sugerties savybės; senėjimo savybės, įskaitant padidėjęs trapumas ir šiluminės varžos praradimas; elastingumas; atsparumas ugniai. Visų aukščiau išvardytų techninių charakteristikų svarba nustatoma kiekvienu konkrečiu atveju.