Fyzika strechy

Ako plášť budovy je strecha vystavená množstvu faktorov úzko súvisiacich s procesmi prebiehajúcimi mimo budovy, ako aj vnútri budovy. Medzi tieto faktory patria najmä:

• zrážanie;
• vietor;
• slnečné žiarenie;
• zmeny teploty;
• vodná para obsiahnutá vo vnútornom vzduchu budovy;
• chemicky agresívne látky vo vzduchu;
• životne dôležitá aktivita hmyzu a mikroorganizmov;
• mechanické zaťaženie.

zrážky

Funkcia ochrany budovy pred atmosférickými zrážkami je priradená najvyššiemu prvku strechy – streche. Na odvedenie dažďovej vody je povrch strechy sklonený. Úlohou strechy nie je prepúšťať vodu do spodných vrstiev.

Mäkké strešné materiály, ktoré tvoria súvislý utesnený koberec na povrchu strechy (kotúčové a tmeliace materiály, polymérne membrány), odvádzajú pri tejto úlohe dobrú prácu. Pri použití iných materiálov môžu zrážky s malým sklonom strechy, najmä v nepriaznivých poveternostných podmienkach (dážď alebo sneh sprevádzaný silným vetrom) preniknúť pod strešné krytiny. V takýchto prípadoch je pod strechou usporiadaná ďalšia hydroizolačná vrstva, ktorá je druhou líniou ochrany pred atmosférickými zrážkami..

Dôležitou úlohou je organizácia drenážneho systému – vnútorná alebo vonkajšia.

Sneh spôsobuje ďalšie statické zaťaženie strechy (zaťaženie snehom). Môže byť pomerne veľká, preto sa musí zohľadniť pri výpočte celkového zaťaženia strešnej konštrukcie. Toto zaťaženie závisí od sklonu strechy. V zasnežených oblastiach sa sklon zväčšuje tak, že sneh nebude trvať na streche. Zároveň na šikmé strechy je vhodné inštalovať prvky zadržiavajúce sneh, ktoré nedovoľujú padať sneh ako lavína, čím ohrozujú zdravie okoloidúcich, často deformujú fasádu budovy a znemožňujú vonkajší odvodňovací systém..

obr

Jedným z významných problémov v zasnežených oblastiach je tvorba ľadu a cencúľ na strechách. Ľad sa často stáva bariérou, ktorá bráni vode vniknúť do odkvapu, lievika alebo jednoducho stekať. Pri použití nehermetickej strešnej krytiny (kovové strechy, všetky druhy šindľov) môže voda preniknúť cez strechu a vytvárať netesnosti. Mechanizmus tvorby námrazy a spôsoby, ako bojovať proti tomuto javu, sa podrobne rozoberajú v časti Proti námrazové systémy pre strechy.

vietor

Prúdenie vetra, ktoré na ceste naráža na prekážku vo forme budovy, obíde ju, v dôsledku toho sa okolo budovy vytvárajú oblasti pozitívneho a podtlaku (obr. 2)..

obr. 2

Veľkosť výsledného podtlaku pôsobiaceho na trhanie na strechu závisí od mnohých faktorov. Najnepriaznivejším v tomto ohľade je vietor fúkajúci na budovu pod uhlom 45 °⁰. Schéma strechy budovy, ktorá ukazuje rozdelenie podtlaku v smere vetra 450, je znázornená na obr. 3.

obr

Trhacia sila vetra môže byť dostatočná na poškodenie strechy (tvorba pľuzgierov, odtrhnutie časti krytiny atď.). Zvyšuje sa najmä vtedy, keď sa zvyšuje tlak vo vnútri budovy (pod základňou strechy) v dôsledku prenikania vzduchu cez otvorené dvere a okná zo záveternej strany alebo cez praskliny v konštrukcii. V tomto prípade je trhacia sila vetra určená dvoma komponentmi: podtlakom nad strechou a podtlakom vo vnútri budovy. Preto, aby sa vylúčilo riziko poškodenia strechy, je jej základňa čo najtesnejšia (obr. 4). Často sa vykonáva ďalšie mechanické pripevnenie strešnej krytiny k podkladu..

obr. 4

Parapety sa používajú na zníženie podtlaku. Malo by sa však pamätať na to, že môžu nielen znižovať, ale aj zvyšovať negatívny tlak. Ak sú parapety príliš nízke, podtlak môže byť dokonca vyšší ako bez nich..

Slnečné žiarenie

Rôzne strešné materiály majú rôznu citlivosť na slnečné žiarenie. Napríklad slnečné žiarenie nemá prakticky žiadny účinok na keramické a cementovo-pieskové dlaždice, ani na kovové strechy bez nanesenia polymérnych povlakov..

Materiály na báze bitúmenu sú veľmi citlivé na slnečné žiarenie: vystavenie ultrafialovému žiareniu urýchľuje proces starnutia. Preto majú spravidla hornú ochrannú vrstvu z minerálneho obväzu. Na ochranu moderných materiálov pred starnutím sa do bitúmenovej zmesi zavádzajú špeciálne prísady (modifikátory).

Mnohé materiály, pod vplyvom ultrafialového žiarenia, v priebehu času strácajú svoju pôvodnú farbu (vyblednutie). Kovové strechy s niektorými typmi polymérnych povlakov sú na toto žiarenie zvlášť citlivé..

Solárna sálavá energia vstupujúca do strechy je čiastočne absorbovaná materiálmi strechy. Súčasne je možné horné vrstvy strechy výrazne zahriať (niekedy až na 100 ° C), čo tiež ovplyvňuje ich správanie. Napríklad materiály na báze bitúmenu zmäknú pri dostatočne vysokých teplotách a v niektorých prípadoch môžu skĺznuť zo sklonených povrchov strechy. Kovové strešné materiály s niektorými druhmi náterov sú tiež citlivé na teplo. Preto pri výbere strešného materiálu na použitie v južných oblastiach by ste sa mali uistiť, že má dostatočnú tepelnú odolnosť..

Zmeny teploty

Ako plášť budovy funguje strecha v dosť tvrdom teplotnom režime, pričom dochádza k priestorovým aj časovým zmenám teploty. Jeho spodná plocha (strop) má spravidla teplotu blízku teplote miestnosti. Teplota vonkajšieho povrchu sa zároveň pohybuje v pomerne širokom rozmedzí – od veľmi významných negatívnych hodnôt (v zime, mrazivej noci) po hodnoty blízke 100 0С (v lete, slnečný deň). Teplota vonkajšieho povrchu strechy môže byť súčasne heterogénna v dôsledku nerovnomerného osvetlenia jej rôznych častí..

Ako však viete, všetky materiály sú predmetom tepelného rozťahovania a kompresie do tej istej miery. Preto, aby sa zabránilo deformácii a deštrukcii, je veľmi dôležité, aby materiály pracujúce v jednej štruktúre mali podobné koeficienty tepelnej rozťažnosti. Na zvýšenie odolnosti strechy proti tepelným zaťaženiam sa tiež používa množstvo technických riešení. Najmä v prípade plochých striech sa kladú špeciálne deformačné uzly, aby sa obmedzil účinok horizontálnych pohybov a nadmerného vnútorného namáhania.

Vážne nebezpečenstvo pre takmer všetky strešné materiály (s výnimkou kovových náterov) predstavuje časté, niekedy denné zníženie teploty z plusu na mínus. Toto sa zvyčajne vyskytuje v oblastiach s miernymi a vlhkými zimami. Preto je v takýchto klimatických zónach potrebné venovať veľkú pozornosť takej dôležitej charakteristike strešných materiálov, ako je absorpcia vody. Pri vysokej absorpcii vody vlhkosť pri pozitívnych teplotách preniká a akumuluje sa v póroch materiálu a pri negatívnych teplotách zamrzne a rozširuje sa, deformuje samotnú štruktúru materiálu. Výsledkom je postupné ničenie materiálu, ktoré vedie k tvorbe trhlín.

Strecha by mala byť nielen odolná proti výrazným teplotným výkyvom, ale aj spoľahlivo chrániť interiér budovy pred nimi, chrániť ju pred chladom v zime a pred horúčavou v lete. Úloha tepelnej bariéry v strešnej konštrukcii patrí do tepelnoizolačnej vrstvy. Aby mohol tepelnoizolačný materiál plniť svoju funkciu, musí byť čo najsuchší. Pri zvýšení vlhkosti len o 5% je tepelná izolácia materiálu takmer polovičná.

Vodná para

Vodná para sa neustále vytvára vo vnútri budovy v dôsledku ľudskej činnosti (varenie, umývanie, kúpanie, umývanie podláh atď.). Vlhkosť je obzvlášť vysoká v novostavbách alebo renovovaných budovách. V procese difúzie a konvekčného prenosu stúpa vodná para a po ochladení na teplotu pod rosným bodom kondenzuje v priestore pod strechou (obrázok 5). Množstvo generovanej vlhkosti je vyššie, tým väčší je rozdiel teplôt vonku a vo vnútri budovy, preto sa v zimnom období pomerne hlboko akumuluje vlhkosť v priestore pod strechou..

obr. 5

Vlhkosť má negatívny vplyv na drevené aj kovové strešné konštrukcie. Pri prebytku začína do vnútorného priestoru stekať a na strope vytvára netesnosti. Najnepriaznivejšími dôsledkami sú hromadenie vlhkosti v tepelne izolačnom materiáli, ktorý, ako už bolo uvedené, výrazne znižuje jeho tepelnoizolačné vlastnosti..

Významnou prekážkou prieniku pary do priestoru pod strechou je špeciálna fólia s nízkou priepustnosťou pre pary, ktorá je umiestnená v strešnej konštrukcii priamo pod tepelnú izoláciu. Žiadny materiál proti parám však nemôže úplne vylúčiť prúdenie pary z vnútra budovy do priestoru pod strechou. Preto, aby strecha nestrácala svoju tepelnoizolačnú schopnosť z roka na rok, je potrebné, aby všetka vlhkosť, ktorá sa hromadí v zatepľovacom materiáli v zime, mala ísť von v lete..

Túto úlohu riešia konštruktívne opatrenia. Najmä pre ploché strechy sa neodporúča nepretržité, ale čiastočné lepenie strešných materiálov k podkladu..

V šikmých strechách sú usporiadané špeciálne vetracie štrbiny (obr. 6). Spravidla existujú dve z nich – horná medzera a dolná medzera. Hornou medzerou (medzi krytinou a hydroizoláciou) sa odstráni atmosférická vlhkosť zachytená pod krytinou. Vďaka vetraniu sú drevené konštrukcie (protiľahlá mriežka a sústruženie) neustále vetrané, čo zaisťuje ich životnosť. Vlhkosť sa odstraňuje spodnou ventilačnou medzerou, ktorá preniká do izolácie z interiéru. Kvalitné usporiadanie parotesnej zábrany zo strany interiéru a prítomnosť dostatočnej dolnej vetracej medzery vylučujú zamokrenie strešnej konštrukcie..

obr. 6

Všimnite si, že ak sa priedušné membrány použijú ako hydroizolačné materiály, nie je potrebná spodná ventilačná medzera..

Aby sa zabezpečila dobrá cirkulácia vzduchu, mnoho spoločností, ktoré vyrábajú strešné materiály pre šikmé strechy, spravidla ponúka niekoľko vetracích prvkov ako doplnkové prvky: prevzdušňovače prevýšenia, prevzdušňovače hrebeňov, vetracie mriežky a pre kachľové strechy – špeciálne vetracie dlaždice..

Najspoľahlivejšia ochrana proti vodnej pare je potrebná najmä na strechách nad miestnosťami s vysokou vlhkosťou: bazény, múzeá, počítačové miestnosti, nemocnice, niektoré priemyselné priestory atď. Osobitná pozornosť sa musí venovať ochrane pary aj pri stavbe v oblastiach s extrémne chladným podnebím, a to aj pri normálnej vnútornej vlhkosti. Pri analýze podmienok prostredia, teploty a vlhkosti vo vnútri budovy je možné predpokladať možnosť kondenzácie vlhkosti a jej akumulácie a pomocou rôznych kombinácií komponentov strechy sa snažiť týmto javom predchádzať..

Chemicky agresívne látky vo vzduchu

Vo veľkých mestách alebo v blízkosti veľkých podnikov v atmosfére je spravidla pomerne vysoká koncentrácia chemicky agresívnych látok, napríklad sírovodíka a oxidu uhličitého. Preto je pre všetky konštrukčné prvky striech, a najmä pre strechy v takýchto oblastiach, potrebné používať materiály odolné voči chemikáliám prítomným vo vzduchu..

Vitálna aktivita hmyzu a mikroorganizmov

Rôzne druhy hmyzu a mikroorganizmy môžu spôsobiť značné poškodenie strešnej konštrukcie, najmä drevených prvkov. Vysoká vlhkosť je obzvlášť priaznivým prostredím pre ich život. Na ochranu drevených štruktúr sa používajú špeciálne impregnácie, ktoré chránia materiál pred mikroorganizmami.

Mechanické zaťaženie

Konštrukcia strechy musí odolávať mechanickým zaťaženiam, ako stálym (statickým) – z výplňových a inštalačných prvkov a dočasného – snehu, z pohybu ľudí a zariadení atď. Zaťaženia spojené s možnými pohybmi medzi strešnými a stavebnými uzlami sú tiež dočasné..

Aby strecha spoľahlivo plnila svoje funkcie a bola odolná voči rôznym druhom vplyvov (uvedených vyššie), je potrebné: po prvé, stačí správne vypočítať ložiskovú časť; po druhé, nájdite najlepšiu možnosť dizajnu; a nakoniec, po tretie, na zabezpečenie optimálnej kombinácie stavebných materiálov.

Zo všetkého, čo už bolo povedané, vyplýva, že v strešnej konštrukcii môžu byť prítomné nasledujúce hlavné vrstvy (obr. 7):

obr. 7

• strešný materiál, na ktorý sa v prípade potreby nanesie ďalšia vrstva (obväz, štrk atď.);
• hydroizolačná vrstva (na šikmých strechách) – dodatočne izoluje vnútorné vrstvy strechy od prenikania atmosférickej vlhkosti;
• tepelná izolácia – poskytuje pomerne stabilnú teplotu vzduchu v priestoroch;
• parozábrana – zabraňuje prenikaniu vodnej pary z vnútra budovy do strešnej konštrukcie;
• základňa.

Konštrukcia strechy musí byť vybavená opatreniami na voľnú cirkuláciu vzduchu (vetranie)..

Potreba určitých vrstiev a ich umiestnenie závisí od typu budovy a účinkov, ktorým bude vystavená. Pri výbere musíte zohľadniť aj technické vlastnosti použitých materiálov: koeficienty tepelnej rozťažnosti a kompresie; medza pevnosti v ťahu, tlaku a strihu; charakteristiky priepustnosti pár a absorpcie vlhkosti; charakteristiky starnutia, vč. zvýšená krehkosť a strata tepelného odporu; pružnosť; požiarna odolnosť. Dôležitosť všetkých vyššie uvedených technických charakteristík určuje každý konkrétny prípad.