УДК 692.4

В.В. ПОБЕДИНСКИЙ, доктор техн. наук, профессор, кафедра сервиса и технической эксплуатации, Уральский государственный лесотехнический университет, А.И. ПОПОВ, директор ООО «Строительная компания «Флатирон», г. Екатеринбург

Ключевые слова: покрытия зданий, кровельная конструкция, кровля, полимерная мембрана
Keywords: buildings cover, roof construction, roofing, polymer membrane

Статья посвящена проблемам проектирования и устройства покрытий на основании из ребристых плит. Выполнен анализ существующих кровельных конструкций, показаны недостатки, особенности и определены принципиальные требования к новому конструктивному решению. Разработана схема конструкции с необходимыми узлами и технология устройства кровли.

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 различных по характеристикам кровельных и дополнительных материалов может быть сконструировано большое количество исполнений покрытий. В этой связи внимание некоторых исследователей [2-5] обращено к этой проблеме, и в ряде работ приведены рекомендуемые [2-7] и нормативные [1] конструктивные решения. Однако вне поля зрения оказались облегченные конструкции, предназначенные для устройства покрытий на ребристых плитах с механическим креплением кровли. Таким образом, анализ данной 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) неснижение 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 конструкции;
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 существует несколько типов кровельных конструкций с использованием рулонных или мастичных материалов. 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).

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 рис. 1.

Рис. 1. Конструктивное решение покрытий с кровлей из битумно-полимерных материалов на железобетонном основании: 1 – кровля из битумно-полимерных материалов; 2 – кровля из цементно-песчаной стяжки; 3 – разделительный слой; 4 – верхний слой теплоизоляции; 5 – нижний слой теплоизоляции; 6 – слой пароизоляции; 7 – выравнивающий слой (стяжка); 8 – железобетонная плита основания

Конструкции из полимерных мембран приведены в руководствах, например, фирм Protan [7] (рис. 2), «ТехноНИКОЛЬ» [6] и 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.

Рисунок 2. Узел крепления полимерной мембраны к основанию из железобетонных плит [2]: 1 – железобетонная плита основания; 2 – крепежный элемент (саморез с телескопической втулкой); 3 – кровля (полимерная мембрана); 4 – теплоизоляция; 5 – пароизоляция

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 из ребристых плит преимущественно используются в зданиях промышленного назначения и имеют большие площади, ремонт с использованием ССС 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 может 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, которые забиваются в бетонное основание;
в) самонарезающими винтами, которые крепятся в полиамидные дюбели, устанавливаемые в отверстия в бетонном основании;
г) самонарезающими винтами по бетону, устанавливаемыми в отверстия в бетонном основании.

Общей конструктивной особенностью всех типов и исполнений креплений является обязательность отверстий 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 (рис. 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.

Рисунок 3. Нижняя сторона ребристых плит с механическим креплением кровли: а) – дюбель с нижней стороны, б) – потолочная поверхность после монтажа кровли с механическим креплением; 1 – полка ребристой железобетонной плиты; 2 – дюбель; 3 – самонарезающий винт; 4 – место скола после сверления

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 сокращения количества отверстий на плиты укладываются деревянные бруски (доски) сечением около 60×150 мм (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 (рис. 4).

Рисунок 4. Предлагаемое конструктивное решение: а) – монтаж брусков на плиты, б) – исполнение конструкции; 1 – кровля из полимерной мембраны; 2 – верхний слой теплоизоляции; 3 – нижний слой теплоизоляции (при использовании теплоизоляционных плит должно быть не менее двух слоев); 4 – теплоизоляция между брусками; 5 – пароизоляция; 6 – болтовые крепления брусков; 7 – бруски деревянные; 8 – основание из ребристых плит; 9 – крепление кровельной мембраны на телескопический крепеж

Бруски могут устанавливаться с заданным уклоном. Полимерная мембрана через теплоизоляционные плиты крепится общепринятым телескопическим крепежом к брускам (рис. 4, 5). Полости между брусками заполняются любым теплоизоляционным материалом. Но при неровной поверхности основания, а также по экономическим соображениям теплоизоляция выбирается насыпного типа – например, из керамзитового гравия.

Рисунок 5. Исполнение и узлы предложенной конструкции: а) – узел сопряжения кровли с парапетом, б) – фрагмент I рисунка а); 1 – крепежный элемент кровли (саморез с телескопической втулкой); 2 – болтовое крепление бруса; 3 – брус деревянный 60х150 мм; 4 – ребристая плита основания; 5 – теплоизоляция насыпная (керамзитовый гравий); 6 – нижний теплоизоляционный слой (минераловатные плиты); 7 – кровля (полимерная мембрана марки Protan SE 1,2); 9 – пароизоляционная пленка «Изоспан»; 10 – верхний слой теплоизоляции (плиты из ЭППС)

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 рис. 5, 6.

Рисунок 6. Реализация предложенной кровельной конструкции на строительном объекте (г. Богданович Свердловской области): а), б) – укладка пароизоляции и деревянных брусков; в) – крепление брусков на болты; г – засыпка брусков керамзитовым гравием (белой бечевкой отмечено расположение брусков); д) – укладка первого слоя теплоизоляции (минераловатные плиты); е – укладка верхнего слоя теплоизоляции (плиты из ЭППС)

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.

Выводы:

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 мероприятия по устранению повреждений и усилению ребристых плит.

Библиографический список

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 Владимирского госуниверситета, 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 Protan на основе ПВХ. Проектирование и устройство / Изд. 2-е перераб.– М.: ЦНИИПромзданий, 2011. – 64 с.
8. Патент 132466 РФ, 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, бюлл. № 26.

Данная статья представлена на проводимом Национальным кровельным союзом конкурсе публикаций, посвященных кровельным и теплоизоляционным материалам.