УСТРОЙСТВО КРЫШИ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений и может быть использовано для предотвращения образования на кромках крыши наледи и сосулек.
Известно покрытие, которое включает в себя неполярные каучуки и может быть нанесено на поверхность, предотвращаемую от нарастания льда (описание изобретения к патенту РФ №2086601 по Кл. 6 G 09 К 3/18). Покрытие снижает вероятность нарастания льда. Однако для защиты крыши от наледи и сосулек использование известного покрытия дорого и не всегда эффективно. Так, на отлогих крышах возможно смерзание льда по всей поверхности крыши, разрушение которого может произойти лишь при нарастании больших сосулек, угрожающих безопасности населения.
Известно устройство для удаления льда с крыш зданий и сооружений (см. описание к патенту РФ на изобретение №2169245 по кл. 7 Е 04 D 13/00, опубл. 20.06.2001 г., бюл. №17). Известное устройство включает источник механических импульсов с узлом крепления на здании или сооружении и упругий элемент, расположенный вдоль карниза крыши, связанный с источником механических импульсов. Устройство дополнительно снабжено подпружиненными в противоположном направлении действию механических импульсов штоками, с одной стороны связанными с упругим элементом, выполненным в виде линейного волновода, механически развязанного с карнизом крыши, а с другой стороны - с источником механических импульсов. Кроме того, известное устройство содержит ряд дополнительных
признаков, улучшающих его технические и эксплуатационные характеристики. В известном устройстве за счет подпружиненных штоков обеспечивается концентрация импульса силы от источника его возмущения на линейный волновод, увеличивая тем самым амплитуду силового возмущения, передаваемого на сосульки. Чем обеспечивается отрыв их от крыши и сброс под действием собственной силы тяжести вниз на землю. В данном устройстве также, при отрыве сосулек от крыши неизбежны различного рода повреждения кровли крыши.
Известно также устройство для удаления сосулек со свесов кровли зданий, включающее систему блоков и двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на углах стен здания, к концам которых прикреплены тросы, натянутые вдоль кровли, причем короткие концы рычагов соединены дополнительными тросами с источником колебания, например, дверями; к концам рычагов прикреплена проволока. Авторское свидетельство №775268 по кл. Е 04 D 13/06, опубл. 30.10.80 г., бюл. №40. В этом устройстве за счет системы рычагов, блоков и тросов механические усилия при открывании дверей передаются на сосульки, за счет чего и обеспечивается их удаление. Известное устройство обеспечивает отрыв и сброс с крыши уже сформированных сосулек за счет механической энергии. Однако, при отрыве сосулек от крыши неизбежны различного рода повреждения кровли крыши, что ограничивает использование известных устройств.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является устройство крыши здания и сооружения, представленное в заявке на выдачу патента на изобретение №2003106171 с положительным решением. Известное устройство включает в себя кровлю с нанесенным вдоль нижней кромки кровли противообледенительным покрытием шириной полосы, определяемой в зависимости от климатической зоны и наклона крыши в диапазоне от 0,1 м до 2,5 м., и напуском относительно кровли на величину не менее 2 см вниз, под углом не более 180° относительно кровли.
Целью предлагаемого изобретения является снижение нагрузок на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи.
4
2
Для достижения поставленной цели в известном устройстве крыши здания и сооружения, включающем кровлю, нижняя часть кровли выполнена в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности, модуль упругости которой составляет значение не более 10 кГ/см;
ширина полосы нижней части кровли определяется в зависимости от угла наклона крыши и составляет значение не менее 0,1 м.
Как показал анализ процесса нарастания наледи и образования сосулек на крышах зданий и сооружений, формирование наледи начинает осуществляться у нижней кромки крыши. При благоприятных условиях под слоем снега, лежащего на крыше, появляются талые воды, которые скатываются вниз. При похолодании вначале замерзает вода у нижней кромки крыши. Выше к коньку вода защищена от заморозка слоем снега, и стекает вниз. А так как внизу вода уже замерзла, у кромки образуется застойная зона, что и является причиной образования наледи и, как следствие сосулек.
Как показали экспериментальные исследования, проведенные авторами прелагаемого технического решения, значения требуемых усилий для отрыва льда от поверхности определяется не только характеристиками поверхности, на которой происходит замерзание влаги, но и ее жесткостью. Это обстоятельство в значительной степени объясняется физико-механическими свойствами льда. Лед практически не выдерживает изгибных нагрузок. При деформации поверхности, к которой произошло примерзание льда, происходит его разрушение и как следствие отслаивание. Таким образом, для отслоения льда от упругой поверхности достаточно незначительных усилий, при которых деформация поверхности льда превысит его прочностные свойства. По экспериментальным данным нарушение прочности наледи, образуемой на крышах домов, существенно проявляется при деформациях, абсолютное значение которых составляет не менее
4
2
4
2
0,1 мм и зависит от толщины наледи и температуры. Как известно, см. Н.М.Беляев, Сопротивление материалов, изд. Физматгиз, 1959, стр.34-35, значение деформации при прочих равных условиях определяется модулем упругости. И, чем меньше модуль упругости, тем легче деформируется материал. Облегчение процесса удаления льда наблюдается уже у деревянных поверхностей, модуль упругости которых составляет ~10 кГ/см. Таким образом, выполнение нижней части кровли в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности, модуль упругости которой составляет значение не более 10 кГ/см позволит облегчить процесс отделения льда от поверхности крыши и следовательно снизить нагрузки на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи.
Определение ширины полосы нижней части кровли в зависимости от угла наклона крыши в диапазоне от 0,1 до 3,0 м обусловлен допустимыми размерами сбрасываемых сосулек и шириной примерзания наледи на поверхности крыши.
4
2
2
На фиг.1 представлено предлагаемое устройство. Устройство включает в себя кровлю 1, выполненную из гидроизоляционного материала, уложенного на подстилающую поверхность крыши 2, смонтированную на силовой конструкции крыши 3. Нижняя часть кровли 4, выполненная также из гидроизоляционного материала, уложенного на упругой подложке 5, закрепленной на опорной поверхности 6, смонтированной на силовой конструкции крыши 3. В качестве гидроизоляционного материала нижней части кровли могут использоваться любые известные материалы, используемые в производстве кровли, например, кровелон, производства научно-производственной компании «Гидрол-Руфинг» (WWW.GIDROL.RU), кровельное железо и пр., которые совместно с упругой подложкой обеспечат заданные условия жесткости конструкции, соответствующие модулю упругости всей конструкции (гидроизоляционный материал + упругая подложка) - ~10 кГ/см. То есть при толщине упругой подложки 5 равной 3 мм, приложение нормальной к поверхности кровли нагрузки на гидроизолирующий материал давлением 0,1 кГ/см вызовет деформацию
2
-5
лирующий материал давлением 0,1 кГ/см вызовет деформацию кровли, составляющую значение не менее 3*10 мм. Изготовление нижней части кровли в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности может быть обеспечено и с использованием в качестве гидроизолирующего материала любого упругого тонколистового материала, например, ленты, выполненной из пружинной стали, без использования упругой подложки (на рис. не показано). При этом, должны быть обеспечены вышеизложенные требования по упругой деформации конструкции при воздействии нормальной к поверхности кровли нагрузке.
Ширина полосы нижней части кровли определяется в зависимости от угла наклона крыши и составляет значение от 0,1 до 3,0 м.
Устройство работает следующим образом. Образуемая в результате оттепели вода скатывается по поверхности крыши вниз и падает на землю. При похолодании вода у нижней кромки начинает замерзать. Образуется на поверхности крыши наледь, к которой примерзают сосульки. Однако вследствие выполнения нижней части кровли упругой, вследствие ветровых нагрузок, а также нагрузок от снежного покрова на поверхности наледи происходит деформации поверхности кровли. Что приводит к разрушению поверхности наледи, потери сцепления ее с поверхностью крыши. Образовавшаяся наледь скатывается вниз и падает на землю вместе с сосульками. Выбор размера нижней части кровли и степени ее упругости определяют на основе экспериментальных данных в зависимости от угла наклона крыши, климатических особенностей района, а также адгезийных ко льду свойств гидроизоляционных материалов и допустимой толщине наледи, разрушающейся самостоятельно от воздействия климатических факторов и допустимых размеров падающих сосулек. В случае невозможности достичь требований по ограничению размеров самостоятельно падающих сосулек в предлагаемом устройстве также допустимо использование известных способов механического удаления образуемых сосулек. При этом, значение нагрузок, передаваемых на поверхность крыши при удалении сосулек
будет значительно ниже, чем при использовании известных устройств крыш. В известных устройствах отрыв наледи происходит при нарушении прочности сцепления наледи с поверхностью крыши, которая определяется силами адгезии льда по всей поверхности примерзания. В предлагаемом же устройстве крыши отрыв наледи от поверхности предваряется ее разрушением вследствие упругих деформациями крыши, при которых отрыв наледи от поверхности происходит не одновременно по всей поверхности примерзания, а по отдельным ее участкам в процессе деформации поверхности и изломе наледи. Что позволяет значительно снизить нагрузки на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи и достичь цели предполагаемого изобретения.
Таким образом, выявленные сравнительно с прототипов новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют снизить нагрузки на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи.