Мы достаточно часто приводим в пример европейских кровельщиков и их объединения для демонстрации самого технологически выверенного подхода к вопросам обустройства кровли. Однако, чтобы выработать все методы и техники работы с кровельными материалами, необходимо пройти множество этапов. В том числе всевозможные сравнения и испытания материалов. Ниже приведено описание комплекса испытаний, которые проводились для крыш, выполняемых в технике фальца.
Рекомендации на основе практических испытаний на герметичность, несущую способность и уровень шума металлических кровель, выполненных в технике стоячего фальца. Отчет Технической комиссии расчётно-технического отдела SSIV
В 1984 г. Швейцарский Союз кровельщиков по металлу (SSIV) провел уникальную интенсивную кампанию по продвижению металлических покрытий и металлических кровельных материалов. В рамках кампании были проведены следующие наиболее значительные мероприятия: съезд в Веттингене (Wettingen), подготовка и распространение слайд-фильма, а также информационной брошюры для архитекторов и застройщиков, профессиональные публикации в газетах, постоянный обмен опытом в специализированных отраслевых изданиях Haustechnik и SSIZ.
С тех пор в международных архитектурных тенденциях можно констатировать прорыв в области применения металлических покрытий.
Однако в ходе реализации этих мероприятий SSIV были выявлены пробелы в технических знаниях архитекторов и застройщиков, которые влекут за собой следующие последствия:
• Возникновение затруднений при предоставлении технических консультаций в части техники и расчетов;
• Риски при реализации определённых архитектурных решений;
• Препятствия на пути поиска инновативных, экономически более выгодных способов монтажа фальцевой кровли и реализации конструктивных решений;
• Скептическое отношение к металлическим кровельным покрытиям из-за якобы высокого уровня шумообразования металлических кровель во время дождя.
Постановка задачи
Техническая комиссия SSIV поставила перед собой задачу восполнения пробелов в знаниях посредством проведения практических испытаний:
1. Испытание продольных и поперечных фальцев на герметичность.
2. Определение несущей способности фальцевой кровли (двойной и г-образный стоячий фальц) на различных настилах и при разных углах наклона кровли.
3. Измерение уровня шума металлических кровель, выполненных в технике фальца, по сравнению с другими типами кровельных материалов.
Краткий обзор важнейших результатов
Финансовые и временные ограничения позволили провести лишь практические испытания, которые не могут претендовать на научную достоверность; соответственно должны оцениваться и результаты измерений. Во-первых, очень сложно определить правильные параметры для имитации критических природных условий, во-вторых, большую трудность представляет их реализация и создание условий испытаний, максимально приближенных к действительности. Точное моделирование дождя и ветра возможно лишь весьма условно, так как географические, топологические и строительные предпосылки повсюду различны.
Полученные результаты не принесли особенных неожиданностей. Накопленная до этого эмпирическая база очень значительна. Однако испытания отчётливо показали, что г-образные фальцы в эксплуатации гораздо более проблематичны, чем это может показаться на первый взгляд. Также было показано, что кажущиеся беспроблемными двойные фальцы при небрежном их исполнении в области установки кляммеров также могут приводить к возникновению течей. Простой поперечный фальц, ставший основным объектом испытаний на герметичность, как и ожидалось, не может быть использован при очень малых углах наклона кровли. Значительно лучших показателей здесь достигли компенсационные поперечные швы с дополнительной планкой. По итогам испытаний были получены следующие результаты, в полной мере оправдавшие все трудовые и финансовые затраты. Не стоит оставлять без внимания старый опыт и правила проведения жестяных работ. Движение на границе возможного, вероятно, может принести некоторое ценовое преимущество, однако никогда – безопасность. Вновь и вновь возникают в прекрасной, но одновременно трудной и требующей очень много мастерства и опыта профессии кровельщика по металлу непредвиденные обстоятельства. В связи с этим необходимо всегда обеспечивать достаточный уровень безопасности. До сих пор кровельщики по металлу могли использовать в качестве контраргумента только свой положительный опыт, но не научные данные. Поэтому была использована возможность провести сравнительные измерения уровня шума на опытной установке. Полученные результаты очень показательны и могут быть использованы для борьбы с этим несправедливым предубеждением. Что касается проблемы шумообразования, то здесь большое значение имеют все изолирующие элементы конструкции: уложенная теплоизоляция и слой защиты от ветра, специальные звукоизолирующие покрытия, сплошной настил или обрешетка. Использование современной конструкции кровли уже само по себе закладывает фундамент в области защиты от шума. В итоге результаты измерений подтвердили эмпирический опыт всех европейских стран, в которых часто применяемое металлическое кровельное покрытие (двойной стоячий фальц/г-образный фальц) не приводит к проблемам с шумообразованием.
ПЕРВАЯ ЧАСТЬ ИСПЫТАНИЙ: герметичность и несущая способность
1. Испытания на герметичность продольных и поперечных фальцевых соединений
Для проведения испытаний на герметичность была создана опытная установка (рис. 1) с подвижной крышей размером 2,0х4,0 м, угол установки которой мог меняться. Герметичность проверялась в условиях штормового дождя. Положенное в основу количество осадков составило V = 0,031 л/с м2 = 1,8 л/мин м2.
Для создания ветра использовался компрессор. При мощности около 11 кВ (15 л. с.) и объёме воздуха около 420 м3/мин, скорость воздуха составляла 100 км/ч, что соответствует 10 баллам по шкале Бофорта, или «сильному шторму». Эта максимальная сила ветра была принята в качестве пикового показателя порыва ветра. Порывы ветра были примерно в 1,2-2,0 раза мощнее ветра средней силы.
Рис. 2.
Максимальная сила ветра, соответственно, должна была быть снижена и приведена к средней скорости в 55 км/ч или 7 баллов по шкале Бофорта (крепкий ветер) при помощи перфорированного металлического листа. Простая подвижная конструкция, на которой был подвешен этот лист, позволяла – посредством кратковременного его поднятия – моделировать порывы ветра максимальной силы. Измерения проводились ручным анемометром (рис. 2). Моделирование дождя первоначально было реализовано следующим образом: орошение нижней части опытной модели кровли осуществлялось непосредственно из установленных над ней разбрызгивателей. Дополнительные, гораздо более значительные объем воды подавались из закреплённой в верхней части крыши перфорированной трубы. Однако результат такого расположения не был реалистичным. Создаваемый разбрызгивателями дождь подхватывался и уносился сильным ветром в виде пены. Наилучшее и наиболее соответствующее действительности решение было реализовано за счет расположения трубы с отверстиями у сопла компрессора. Посредством прямой подачи воды в поток воздуха была воссоздана настоящая смесь воды и ветра. Подача требуемых объёмов воды была установлена на распределительном узле при помощи расходомера (рис. 3).
Рис.3.
Полученные таким образом условия проведения испытаний были оценены как очень жёсткие и соответствующие реальным природным условиям, или как более суровые.
Ход испытаний
Каждая из серий испытаний начиналась с максимального значения угла наклона кровли, установленного для этого испытания, который постепенно снижался до достижения критического наклона.
Для каждого показателя угла наклона устанавливались различные параметры:
• ветер средней силы – около 55 км/ч, 7 баллов по шкале Бофорта;
• максимальные значения порывов ветра – около 95 км/ч, 10 баллов по шкале Бофорта.
Подаваемые объемы воды составили:
• 28 л/мин на кровельную картину длиной 10 м (или площадь кровли 16 м2);
• 40 л/мин на кровельную картину длиной 15 м (или площадь кровли 24 м2);
• 56 л/мин на кровельную картину длиной 20 м (или площадь кровли 32 м2).
Технические параметры для наблюдений приведены на рис. 5-7.
Критерии оценки
Нижняя конструкция опытной модели кровли была расположена таким образом, что за проверяемыми соединениями можно было наблюдать во время испытания. Для оценки герметичности (или степеней течи) должна была быть подобрана система, позволяющая дать однозначную оценку. Эти критерии были установлены следующим образом:
O – воды не видно вообще;
Z – вода просачивается, вода становится видна;
T – капает;
R – течет.
Результаты, полученные согласно вышеуказанным критериям, заносились в специально подготовленные для этого протоколы. Данные оценивали посредством их графического представления, отображающего поведение конкретного соединения при различных параметрах. Совокупность этих графиков даёт общую картину, характеризующую герметичность стоячих и поперечных фальцев (рис. 8). Принимая во внимание уже имеющиеся рекомендации и предписания, а также, и далеко не в последнюю очередь, мнения и опыт членов Технической комиссии SSIV и опытных сотрудников компании Rheinzink GmbH, были выработаны следующие рекомендуемые к применению на практике минимальные показатели наклона:
• двойной стоячий фальц – 3° (5%);
• угловой фальц – 25° (47%);
• простой поперечный фальц – 17° (30%);
• поперечный фальц с дополнительной планкой – 10° (18%).
2. Испытания на несущую способность плоских кровель из листовой стали
Постановка задачи
Обычно металлические кровли выполняются из рулонного металла в технике двойного или г-образного фальца на сплошном настиле. Переменам в области укладки на сплошной настил способствуют две причины:
а) Снижение издержек благодаря укладке досок обрешётки с большим или меньшим шагом между ними.
б) Упрощение монтажа на крутых скатах. Уложенные с соответствующими интервалами доски обрешетки могут одновременно служить в качестве лестницы для укладки кровельных картин. В отличие от самонесущих профильных кровель выполненные в технике стоячего фальца кровли требуют, до определенного угла наклона, сплошного основания, то есть сплошного настила. Целью испытаний было установление зависимости между типом обрешетки (сплошная или разреженная) и наклоном кровли.
Схема опытной установки
Смонтированные на обрешетке фальцевые кровли должны противостоять не только снеговой и ветровой нагрузке, но и выдерживать нагрузки, возникающие вследствие передвижения по ним людей. Временные нагрузки моделировались следующим образом. Снеговая нагрузка воспроизводилась при помощи мешка с песком весом 35 кг, что соответствует нагрузке 194 кг/м2. Это соответствует расчётной снеговой нагрузке на высоте 680 м над уровнем моря при наклоне кровли в 5° или 750 м при наклоне в 30°. Для наклона кровли от 45° и выше снеговая нагрузка не принимается во внимание, так как снег сходит под тяжестью собственного веса. Мешок с песком несколько раз поднимался и стягивался с крыши. Передвижение по кровле людей было реализовано следующим образом: трое мужчин, носящих различную обувь, проходили каждую кровельную картину 10 раз вверх и вниз. Нагрузка от веса человека несравнимо выше, чем снеговая нагрузка. Воспроизвести постоянную снеговую нагрузку, однако, не удалось (рис. 9).
Результаты испытаний
Целью было измерить возникшие в результате нагрузок вмятины и углубления в листовом ме талле и представить результаты измерений в табличной форме. Однако подобный ана лиз оказался слишком сложен, так что была произведена чисто визуа льная оценка. Здесь также нельзя было ожида ть научных результатов; были проведены исключительно сравнительные оценки для подтверждения, накопленного на практике опыта. Полученные результаты ясно показывают, что расстояние между досками обрешетки можно увеличивать только с возрастающим наклоном кровли. На отвесных кровлях установленные с отступом друг от друга доски могут быть использованы – для облегчения работы – в качестве лестницы.
Оценка результатов и рекомендации
Выработанные на основе полученных результатов и имеющегося опыта минимальные требования выглядят следующим образом:
• сплошная обрешетка с пазом и гребнем или небольшими промежутками от 0 до 25° (приблизительно от 0% до 46%);
• обрезная доска (со снятой кромкой) с отступом от 50 мм – от 26 до 35° (приблизительно от 47% до 70%);
• обрезная доска (со снятой кромкой) с отступом от 100 мм – от 36 до 45° (приблизительно от 71% до 100%);
• обрезная доска (со снятой кромкой) с отступом от 200 мм – от 46 до 70°;
• обрезная доска (со снятой кромкой) с отступом от 300 мм – от 71 до 90°.
Так, например, для арочной кровли расстояние между брусьями обрешётки в вертикальной области составило бы 300 мм и непрерывно сокращалось бы до состояния сплошной обрешетки на вершине.
3. Дальнейшие наблюдения и выводы
Помимо представленных результатов из проведённых исследований были получены дополнительные сведения. Так, было получено доказательство, что даже при самых экстремальных условиях в двойные стоячие и г-образные фальцы на участке карниза кровли не проникла вода. Вода также никогда не была зафиксирована при устройстве карнизного элемента с расширенным/удлиненным «носиком» (т.е. – в ситуации, когда подводка/загиб на карнизный элемент как бы выносится дальше в подвесной желоб). Это означает, что в случае, когда продольные фальцы в зоне карниза не «заваливаются», можно отказаться от компенсации поперечного расширения в виде отдельных узлов, при условии, что зона конька будет выполнена в варианте «бюнднер фальца»/ угол со складкой или же вариант, когда складка фальца будет выведена в заднюю зону (рис. 11). Интересным также оказалось наблюдение за стоком воды на участке карниза кровли. Обратил на себя внимание тот факт, что даже при большом наклоне кровли существует тенденция обратного движения воды (затягивания/подсоса). Этот феномен подтверждает целесообразность использования удлиненного «носика» картины на карнизном элементе при применении стоячего фальца (рис. 12).
Испытания также показали, что в остальном многократно зарекомендовавшие себя двойные стоячие фальцы тоже могут иметь слабые места в зоне установки кляммеров. Причины того, что в определенных местах двойные стоячие фальцы проявляли признаки течи, возможно, лежат в экстремальных условиях, в которых проводились испытания. Более детальное обследование показало, что эти места всегда находились в области установки кляммеров. Это означает, что и двойные стоячие фальцы должны закрываться с особой тщательностью. То же можно было наблюдать и у г-образного фальца. Однако в данном случае это обстоятельство играет второстепенную роль, так как эти фальцы могут применяться только при наклоне кровли от 25°, или 47%. В случае старых кровель с двойным и угловым стоячим фальцем вода, из-за искривления полотна, стекает не по всей поверхности, а сосредоточивается вдоль продольных и угловых стоячих фальцев. По этой причине здесь, скорее всего, отлично подошел бы поперечный фальц (с «язычками» у продольных фальцев (рис. 13), который, к сожалению, не был протестирован по причине нехватки времени.
Кроме того, вполне можно использовать также не протестированные, но зарекомендовавшие себя двойные поперечные фальцы. Полученные в результате проведения этих испытаний данные, наконец, могут быть использованы и для планирования и реализации кровель из металлов в варианте «реечного фальца».
Прочие замечания
• Металлические покрытия обычно укладываются на вентилируемых кровельных конструкциях (холодных крышах) на деревянную обрешётку. Благодаря достаточной вентиляции между теплоизоляционным слоем и обрешеткой внутренних конструкции кровли и фасадов удаётся предотвратить вредные воздействия, обусловленные температурными факторами и влажностью. Вентиляционные отверстия должны размещаться в нижней и верхней точках кровельной конструкции и конструкции стен.
• В качестве основания, в зависимости от угла наклона кровли, рекомендуется применять сплошную или разреженную обрешетку со следующими качественными характеристиками: Необработанная деревянная обрешетка из высушенного на воздухе строительного дерева (то есть ель/пихта, приблизительно 12-15% влажности, тип распила – только средняя часть, (при том, что сам «сердечник» удален) толщиной 27 или 30 мм, шириной от 80 до 120 мм, причем предпочтение должно отдаваться узким брусьям (усадка и разбухание); укладка – гребень-паз, встык или с промежутками. Крепление брусьев к стропилам осуществляется локально двумя гвоздями в каждом месте крепления.
• Обрешетка кровли должна быть защищена кровельщиком сразу после монтажа гидроизоляционным материалом до укладки кровельных картин. Если для защиты обрешетки будет уложен битумный гидроизоляционный материал, в случае применения на кровлях с небольшим углом наклона, в нем перед укладкой кровельных картин должны быть сделаны прорези, чтобы влага могла отводиться через вентиляционный уровень.
• С целью рационализации монтажа в местах скрепления могут применяться пневматические молотки или степлеры. Используемые крепления должны соответствовать рекомендованным для кровельных материалов значениям сопротивления вытягиванию.
ВТОРАЯ ЧАСТЬ ИСПЫТАНИЙ: измерения уровня шума
Зачастую у дилетантов, а иногда и среди специалистов, возникают сложности с реалистичной оценкой шумовой нагрузки, которая, как предполагается, проявляется во время дождя и обозначается не иначе как «барабанная дробь». Эти сомнения относительно опасности возникновения «барабанных» шумов восходит своими корнями к опыту ранее довольно распространённой «пустотелой» укладки подоконников, которые из-за наличия получавшегося в таком случае резонатора действительно производили звуки барабанной дроби во время дождя. Испытания должны были доказать, что уложенная на сплошном настиле с изолирующим слоем фальцевая кровля в отношении уровня шума сравнима с другими кровельными покрытиями. Проводило сравнительные измерения автотехническое подразделение Инженерной школы HTL Biel. Целью испытаний было проведение при помощи доступных средств сравнительного анализа уровня шумообразования и передачи шумов наиболее распространенных кровельных конструкций. Главным требованием к проведению испытаний, соответственно, стало соблюдение абсолютно идентичных условий проведения испытаний, например, интенсивности звука, а также методики проведения измерений. Здесь нужно особенно подчеркнуть, что целью проведения измерений не было получение абсолютных значений и высказываний следующего рода: «для этого покрытия уровень шума составит X дБ». Для практикующих жестянщиков (кровельщиков по металлу) и архитекторов подобные высказывания не представляют ценности, так как каждая кровельная конструкция устроена по-разному.
Проведение испытаний
На протяжении одного дня сравнивались друг с другом результаты измерений уровня шума трех видов кровельного покрытия (керамическая черепица, волоконно-цементное покрытие и оцинкованный лист) вместе с типичным или необходимым для них типом настила (стропильная система, обрешетка и т. д.). Опытная модель — односкатная кровля размером 2,40 x 2,0 м с углом наклона кровли 9°. Стены и пол были покрыты типичным облицовочным материалом с целью поглощения возможных случайных шумов. Шум создавался с помощью, установленной на расстоянии 1 м параллельно поверхности кровли дождевой установки с шестью распылителями, через которые на кровлю подавалось постоянное количество воды (60 л/мин). Сгенерированные таким образом шумы улавливались четырьмя откалиброванными конденсаторными микрофонами, передавались на измерительную установку (рис 14) – мультиплексор, анализатор частот, компьютер HP 85 – в диапазоне от 31,5 до 16 кГц, сохранялись и анализировались.
Результаты
Благодаря выбранному типу опытной установки были получены легко воспроизводимые результаты. Отклонения по результатам двух испытаний на одной установке всегда находились в области допустимой погрешности измерений – +/- 1 дБ. Таким образом, в помещении, в котором проводились измерения, не были зафиксированы оказывающие влияние на точность измерения феномены (например, резонанс). Измеренные разными микрофонами диапазоны частот показали значения уровня шума, различающиеся до 2 дБ. Отклонения под микрофонами объясняются их позиционированием относительно дождевой установки. Это следует из того, что одними и теми же микрофонами всегда удавалось измерить самый низкий и самый высокий уровни шума. Результатом измерений можно считать показательную разницу в уровне шума между различными материалами. Так, между металлической фальцевой кровлей на сплошном настиле и волоконно-цементном кровельном покрытии разница шума составляет всего 3 дБ. По сравнению с черепичной кровлей – около 4,3 дБ. То есть показатели находятся на уровне, едва ли воспринимаемом человеческим ухом.
Источник – BauMetall