Устройство крыши здания

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации зданий, в том числе к области жилищно-коммунального хозяйства, в частности, к устройствам, предназначенным для уменьшения образования на свесах скатной кровли наледи и сосулек, накопление которых на кромке свеса представляет высокую опасность для пешеходов и транспорта.
В настоящее время для удаления образовавшихся на свесах кровли сосулек и наледи используются разнообразные устройства: термические, пневматические, устройства, непосредственно скалывающие со свеса ледяные образования, и многие другие.
Известны устройства, обеспечивающие создание деформаций кровельной поверхности, при которых в результате упругих колебаний или вибраций происходит разрушение образовавшихся сосулек и наледи.
Известно изобретение «Способ утилизации наледей и сосулек с крыш зданий и устройство для его реализации» (патент РФ №2555722, МПК E04D 13/076, опубл. 10.07.2015). Известное устройство для удаления наледей и сосулек содержит измельчитель, например, шнекового типа, обрушиватель и улавливающий короб. Работа известного устройства заключается в том, что одновременно с обрушением сосулек и наледей происходит их измельчение (дробление) в мелкую фракцию и просеивание ее через отверстия в корпусе измельчителя, с последующим осаждением мелкой фракции на землю под действием гравитационных сил. В данном случае с карниза крыши на землю удаляются не сосульки и наледи, а их мелкая фракция, что не вызывает никаких рисков для людей и имущества. В качестве недостатка известного устройства необходимо отметить сложность конструкции, а также незащищенность от внешних неблагоприятных воздействий элементов устройства, обеспечивающих его перемещение вдоль карниза. Воздействие внешних факторов, таких как налипание мокрого снега, обледенение при переходе с плюсовых на минусовые температуры и т.п., могут привести к выходу из строя устройства. В целом указанные выше факторы обуславливают низкую эксплуатационную надежность известного устройства. Кроме того, небезопасным (с учетом возможного воздействия ветровых нагрузок) является крепление и перемещение обрушивателя и измельчителя под свесом кровли, что также негативно сказывается на эксплуатационной надежности устройства в целом.
Известна полезная модель «Устройство для сброса снега с кровли» (патент РФ №156031, МПК E04D 13/076, опубл. 27.10.2015). Известное устройство для сброса снега с кровли включает скатную кровлю здания и взаимодействующие с ней вибраторы, размещенные под кровлей. Исполнительные органы вибраторов выполнены в виде пьезоэлектрических преобразователей, причем, по крайней мере, во время выполнения операции сброса твердых осадков преобразователи выполнены с возможностью постоянного контакта с внутренней поверхностью кровли. Исполнительные органы вибраторов размещены на рейках, выполненных с возможностью перемещения исполнительных органов внутри чердаков зданий. При использовании известного технического решения рейки с размещенными на них вибраторами перемещаются под кровельной поверхностью внутри чердачного помещения. При этом исполнительные органы вибраторов, находясь в постоянном контакте с внутренней поверхностью кровли, оказывают на нее вибрационное воздействие, в результате которого хрупкий ледяной слой и снежный покров, образовавшиеся на наружной поверхности кровли, разрушаются или отслаиваются и скатываются с наклонной поверхности кровли. Однако в качестве недостатка известного устройства следует отметить его невысокую эффективность, т.к. для того, чтобы, воздействуя изнутри чердачного помещения по внутренней поверхности кровли, создать вибрационное усилие, достаточное для разрушения снежного или ледяного слоя на наружной поверхности кровли, требуется высокая мощность ударного воздействия. Также следует отметить, что перемещение вибраторов на рейках внутри чердаков зданий дополнительно усложняет конструкцию устройства, что также негативно влияет на эксплуатационную надежность устройства в целом.
Известно изобретение «Устройство крыши здания и сооружения» (патент РФ №2338853, МПК E04D 13/076, опубл. 20.11.2008). Известное устройство содержит кровлю с расположенным в нижней ее части водосточным желобом, антиобледенительное покрытие, выполненное в виде тонкостенной оболочки, перекрывающей пространство между верхней кромкой водосточного желоба и нижней кромкой кровельной поверхности (кровли) с напуском относительно нижней кромки кровельной поверхности. Водосточный желоб установлен на удалении не менее 0,4 м от нижней кромки кровельной поверхности. Антиобледенительное покрытие установлено с зазором относительно нижней кромки кровельной поверхности и закреплено на упругих опорах, установленных вдоль нижней кромки кровельной поверхности с шагом не менее 0,3 м. В известном техническом решении соединение антиобледенительного покрытия с кровлей выполнено посредством закрепления антиобледенительного покрытия на упругих опорах, что обеспечивает подвижность антиобледенительного покрытия относительно нижней кромки кровли, при этом обеспечена возможность затекания воздушных масс под антиобледенительное покрытие вследствие наличия гарантированного зазора. Указанные факторы обеспечивают возможность колебаний антиобледенительного покрытия под действием ветровых нагрузок. Образовавшиеся на наружной поверхности антиобледенительного покрытия снежные массы и наледь в результате колебаний антиобледенительного покрытия не могут удерживаться на поверхности и скатываются вниз, что снижает вероятность образования наледи и сосулек на нижней кромке кровельной поверхности. Однако достижение указанного результата непосредственно зависит от природного процесса - ветра (движения воздушных масс), который должен иметь достаточно высокую скорость и прерывистый характер, чтобы обеспечить необходимую интенсивность ветровых колебаний антиобледенительного покрытия. Зачастую скорость ветра может быть незначительна либо нулевая (штиль). В таких условиях, особенно при снегопаде и переходных температурах, либо в условиях низких температур при наличии тепловых потоков на поверхность кровли с обогреваемых чердачных помещений, будет происходить образование наледи на наружной поверхности антиобледенительного покрытия и сосулек по нижней кромке кровли. Указанные факторы отрицательно влияют на эксплуатационную надежность известного устройства.
В качестве технического решения (прототипа), являющегося наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели, предлагается устройство крыши здания, известное из патента на изобретение «Устройство крыши здания и сооружения» (патент РФ №2283930, МПК E04D 13/00, опубл. 20.09.2006). Известное устройство крыши здания содержит кровлю с антиобледенительным покрытием, при этом устройство снабжено смонтированными в нижней части кровли водоотводяшими (водосточными) желобами, на поверхности которых установлен верхний край антиобледенительного покрытия, а нижний край антиобледенительного покрытия опирается на нижнюю кромку кровли, таким образом перекрывая пространство между верхней кромкой водосточного желоба и нижней кромкой кровли. Нижний край антиобледенительного покрытия свисает вниз не менее чем на 2 см. В пространстве между антиобледенительными покрытиями и кровлей для обеспечения освобождения антиобледенительных покрытий от снега и наледи в предложенном устройстве установлены источники генерации колебаний, связанные с антиобледенительными покрытиями. Внутренняя поверхность водоотводящих желобов и прилегающая к ним поверхность кровли на расстоянии не менее чем 10 см вверх покрыта антиобледенительным материалом. Установка в пространстве между антиобледенительными покрытиями и кровлей источников генерации колебаний, связанных с антиобледенительными покрытиями создает условия для колебания антиобледенительного покрытия, что позволяет разрушать хрупкие ледяные образования и слой снежного покрова на наружной поверхности антиобледенительного покрытия. Однако следует отметить, что в прототипе применено жесткое опирание антиобледенительного покрытия на нижнюю кромку кровли и свисание его вниз не менее чем на 2 см, при этом нижний край антиобледенительного покрытия плотно, без зазора огибает нижнюю кромку кровли. Как показали результаты расчетно-экспериментальных исследований, при жестком опирании нижнего края антиобледенительного покрытия на нижнюю кромку кровли имеет место значительное снижение амплитуды колебаний поверхности антиобледенительного покрытия, распространяемых от источника генерации колебаний, что препятствует полному удалению наледи и сосулек с поверхности антиобледенительного покрытия в зоне вдоль нижней кромки крыши, а также со свисающего вниз нижнего края антиобледенительного покрытия. Кроме того, плотное огибание антиобледенительным покрытием края свеса кровли, повышающее жесткость крепления, также препятствует разрушению образовавшихся сосулек по нижнему краю антиобледенительного покрытия и способствует их нарастанию по краю свеса крыши, что представляет высокую опасность для пешеходов и транспорта. Указанные факторы увеличивают вероятность образования наледи и сосулек на нижней кромке свеса крыши, что существенно снижает эксплуатационную надежность устройства.
Техническим результатом, достижение которого обеспечивается заявляемой полезной моделью, является повышение эксплуатационной надежности устройства.
Для достижения указанного технического результата предлагается устройство крыши здания, которое содержит скатную кровлю с расположенным в ее нижней части, по меньшей мере, одним водосточным желобом, листовое антиобледенительное покрытие, выполненное, по меньшей мере, из одного листа, и, по меньшей мере, один источник генерации колебаний. Антиобледенительное покрытие перекрывает пространство между верхней кромкой водосточного желоба и нижней кромкой кровли. При этом, согласно заявляемой полезной модели, антиобледенительное покрытие имеет напуск относительно нижней кромки кровли. Антиобледенительное покрытие соединено с кровлей с обеспечением подвижности относительно нижней кромки кровли посредством, по меньшей мере, одного соединительного элемента, установленного вдоль нижней кромки кровли. На внутренней поверхности антиобледенительного покрытия закреплен источник генерации колебаний.
Благодаря тому, что, в отличие от прототипа, антиобледенительное покрытие выполнено с напуском относительно нижней кромки кровли и соединено с кровлей с обеспечением подвижности относительно нижней кромки кровли посредством, по меньшей мере, одного соединительного элемента, установленного вдоль нижней кромки кровли, обеспечивается повышение эксплуатационной надежности устройства. Соединение антиобледенительного покрытия с кровлей посредством соединительных элементов с обеспечением подвижности (возможности колебаний) антиобледенительного покрытия в точках соединения вдоль нижней кромки кровли не препятствует распространению упругих колебаний по всей поверхности антиобледенительного покрытия, формируемых источником генерации колебаний, закрепленном на внутренней поверхности антиобледенительного покрытия. Обеспечение распространения колебаний вдоль нижнего края антиобледенительного покрытия, в том числе в зоне напуска, предотвращает образование наледи на поверхности антиобледенительного покрытия и сосулек на нижней кромке кровли вследствие того, что образующиеся слои наледи и небольшие сосульки разрушаются в результате упругих деформаций поверхности антиобледенительного покрытия.
Выполнение антиобледенительного покрытия из листового материала, обеспечивает снижение силы сцепления сосулек с кромкой антиобледенительного покрытия в зоне напуска, что, в свою очередь, обеспечивает беспрепятственное отделение сосулек при работе устройства под воздействием источника генерации колебаний.
Наиболее простым и удобным в эксплуатации является выполнение источника генерации колебаний в виде электрического двигателя с установленным на выходном конце вала эксцентриком. Такое выполнение источника генерации колебаний обеспечивает создание вибрационных воздействий на внутреннюю поверхность антиобледенительного покрытия и удаление с наружной поверхности антиобледенительного покрытия снега и наледи.
Соединительные элементы, посредством которых антиобледенительное покрытие соединено с кровлей могут быть выполнены в любом варианте, обеспечивающим подвижность антиобледенительного покрытия относительно нижней кромки кровли (т.е. возможности колебания антиобледенительного покрытия относительно нижней кромки кровли).
Предлагаемая полезная модель поясняется графическими материалами: на фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства с выполнением соединительного элемента в виде S-образного элемента. На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства с выполнением соединительного элемента в виде ]-образного элемента. На фиг. 3 показано распространение колебаний по поверхности антиобледенительного покрытия и направления перемещения на примере выполнения соединительного элемента в виде ]-образного элемента.
Устройство скатной крыши здания содержит кровлю 1, водосточный желоб 2, выполненный в нижней части кровли 1 и предназначенный для сбора воды, стекающей по наружной поверхности кровли 1. Водосточный желоб 2 традиционно выполняется из кровельного листа, загнутого вертикально вверх относительно кровельного свеса и закрепленного, например, с помощью кровельных костылей 3. Водосточный желоб 2 выполнен с уклоном относительно нижней кромки кровли для сообщения с воронкой наружной водосточной трубы (на фиг. не показана). Пространство между верхней кромкой 4 водосточного желоба 2 и нижней кромкой 5 свеса кровли 1 перекрыто листовым антиобледенительным покрытием 6.
Антиобледенительное покрытие 6 может быть выполнено, по меньшей мере, из одного листа или состоять из нескольких листов, скрепленных между собой или располагаемых друг относительно друга с нахлестом.
Антиобледенительное покрытие 6 может быть выполнено из металла или металлических сплавов, которые обладают упругими свойствами.
На наружной поверхности антиобледенительного покрытия 6 может быть закреплено покрытие 7 (показано условно), выполненное из материала, обладающего адгезией ко льду менее 0,5 МПа, что позволяет дополнительно существенно уменьшить налипание снега и образование наледи на антиобледенительном покрытии 6. Примеры материалов, имеющих адгезию ко льду менее 0,5 МПа, приведены в журнале «Строительство и техногенная безопасность», выпуск 9, 2004 г., стр. 6. В качестве таких материалов могут быть использованы полиэтилен, фторопласт, полиамид, полипропилен, резина, ацетилцеллюлоза, полистирол, тефлон, эпоксидные эмали и другие. Покрытие 7 может быть закреплено на наружной поверхности антиобледенительного покрытия 6, выполненного из металла, с помощью крепежных элементов, например, заклепок, а также напылено, осаждено или нанесено другими доступными способами.
Крепление антиобледенительного покрытия 6 по кромке 4 водосточного желоба 2 может быть выполнено традиционным способом, например, огибанием антиобледенительным покрытием 6 кромки 4 водосточного желоба 2 с последующим закреплением болтовым или заклепочным соединением 8.
Со стороны нижней кромки 5 кровли 1 антиобледенительное покрытие 6 выполнено с напуском 9 и установлено на соединительных элементах, обеспечивающих подвижность (возможность колебаний) антиобледенительного покрытия 6 относительно нижней кромки 5 кровли 1.
На внутренней поверхности листового антиобледенительного покрытия 6 закреплен источник генерации механических колебаний 10.
Источник генерации колебаний 10 может быть выполнен в виде электрического двигателя, на выходном валу которого закреплен эксцентрик. Электрический двигатель закрепляют на внутренней поверхности антиобледенительного покрытия 6, например, с помощью закладных трубчатых заклепок, болтового соединения и т.д.
В предлагаемом устройстве соединительные элементы могут быть выполнены, например, в виде, по меньшей мере, одного металлического тонкостенного упругого S-образного элемента 11 (фиг. 1), при этом к верхней части S-образного элемента 11 закреплено антиобледенительное покрытие 6, а нижняя часть S-образного элемента 11 огибает нижнюю кромку 5 с заходом под свес кровли 1. Соединительный S-образный элемент 11 может быть выполнен из металлического профиля прокаткой, прессованием или формовкой (гибкой) между валками. S-образный элемент 11 может огибать капельник 12, имеющийся в конструкции крыши. Выполнение соединительного элемента в виде S-образного элемента 11 позволяет обеспечить подвижность антиобледенительного покрытия 6 относительно нижней кромки 5 кровли 1 благодаря образованию соединения по типу подвижного шарнира, что позволяет обеспечить беспрепятственное распространение колебаний антиобледенительного покрытия 6 за счет свободы в точке соединения, тем самым обеспечивая интенсивное разрушение образовавшейся наледи и сосулек, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности устройства. Кроме того, S-образный элемент 11 обеспечивает перекрытие с внешней стороны пространства между антиобледенительным покрытием 6 и нижним участком кровли 1. Таким образом, исключается попадание снега и посторонних объектов под внутреннюю поверхность антиобледенительного покрытия 6, что обеспечивает дополнительное повышение эксплуатационной надежности устройства крыши здания.
Соединительные элементы могут быть выполнены, например, в виде, по меньшей мере, одного металлического тонкостенного ]-образного элемента 13 (элемент выполнен в виде квадратной скобки, обращенной к свесу кровли, фиг.2), к верхней части которого закреплено антиобледенительное покрытие 6, а нижняя часть ]-образного элемента 13 огибает нижнюю кромку 5 с заходом под свес кровли 1, при этом между свесом кровли 1 и заведенным под него ]-образным элементом 13 имеется зазор 14. В этом случае подвижность антиобледенительного покрытия 6 относительно нижней кромки 5 кровли 1 обеспечивается благодаря наличию зазора 14 между свесом кровли 1 и заведенным под него ]-образным элементом 13. Процесс распространения колебаний с применением ]-образного элемента 13 показан на фиг. 3. Соединительный ]-образный элемент 13 может быть выполнен из металлического профиля прокаткой, прессованием или формовкой (гибкой) между валками. Соединительный ]-образный элемент 13 может огибать капельник 12, имеющийся в конструкции крыши.
Соединительные элементы могут быть выполнены, например, в виде упругих опор, выполненных в виде пружинных элементов (патент РФ №2338853).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Выпадающие осадки в виде воды или снега, который за счет суточного перепада температуры, а также солнечной радиации или нагрева кровли 1 от тепловых потоков, идущих от чердачных помещений, меняет агрегатное состояние, попадает на водосточный желоб 2, который за счет уклона и сообщения с воронкой наружной водосточной трубы, выводит воду через водосточную трубу на тротуар или предусмотренные для этого водоотводные системы. При значительном выпадении снега либо переполнении водосточных желобов 2 происходит попадание осадков на антиоблединительное покрытие 6, с которого они скатываются вниз за счет увеличенного угла наклона антиобледенительного покрытия 6 и не задерживаются на напуске 9 за счет выполнения антиобледенительного покрытия из листового материала. В случае примерзания выпадающих осадков и талой воды к антиобледенительному покрытию 6 на непродолжительное время активируется источник генерации колебаний 10, установленный на внутренней поверхности антиобледенительного покрытия 6 и выполненный в виде электрического двигателя с установленным на выходном конце вала эксцентриком. За счет циклически меняющегося направления центробежной силы эксцентрик передает усилие на антиобледенительное покрытие 6 через элементы конструкции электрического двигателя, который закреплен на внутренней поверхности антиобледенительного покрытия 6. Антиобледенительное покрытие 6 соединено с кровлей 1 с обеспечением подвижности относительно нижней кромки кровли 1 посредством соединительных элементов, установленных вдоль нижней кромки кровли 1. Соединительные элементы обеспечивают подвижность (возможность колебаний) относительно нижней кромки кровли антиобледенительного покрытия 6. Подвижность соединения антиобледенительного покрытия 6 обеспечивает необходимую свободу колебательной системе, что приводит к увеличению амплитуды колебаний антиобледенительного покрытия 6 на участке между верхней кромкой 4 водосточного желоба 2 и нижней кромкой 5 кровли 1, а также на напуске 9 антиобледенительного покрытия 6 относительно нижней кромки 5 кровли 1. Возникающие при этом вибрации приводят к деформациям (изменению геометрии) поверхности антиобледенительного покрытия 6, разрушению слоя наледи, образовавшейся на поверхности антиобледенительного покрытия 6, и закрепившегося на нем снежного покрова. В результате снег и наледь за счет накапливающихся внутренних деформаций отслаиваются от антиобледенительного покрытия 6, фрагментируются, и, под действием собственного веса, а также вибрационных колебаний антиобледенительного покрытия 6 скатываются вниз. Кроме того, вибрации, охватывающие антиобледенительное покрытие 6, достигают напуска 9, причем, за счет минимизации площади контакта сосулек с краем напуска, не происходит образования сосулек, представляющих опасность, а отрыв образовавшихся сосулек при работе устройства происходит с высокой надежностью. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить эксплуатационную надежность крыши здания за счет предотвращения образования снежных массивов, наледи и сосулек.