Katusefüüsika

Hoone välispiirena puutub katus kokku paljude teguritega, mis on tihedalt seotud protsessidega, mis toimuvad nii väljaspool hoonet kui ka selle sees. Need tegurid hõlmavad eelkõige:

• sademed;
• tuul;
• päikesekiirgus;
• temperatuuri kõikumised;
• hoone siseõhus sisalduv veeaur;
• keemiliselt agressiivsed ained õhus;
• putukate ja mikroorganismide elutähtis tegevus;
• mehaanilised koormused.

Sademeid

Hoone atmosfääri sademete eest kaitsmise funktsioon omistatakse katuse ülemisele osale – katusele. Vihmavee ärajuhtimiseks on katuse pind kaldus. Katuse ülesanne on mitte lasta vett aluskihtidesse.

Pehmed katusekattematerjalid, mis moodustavad katusepinnale pideva suletud vaiba (rull- ja mastiksimaterjalid, polümeermembraanid), teevad selle ülesandega head tööd. Muude materjalide kasutamisel võivad katusekatte alla tungida väikeste katusekaldega sademed, eriti ebasoodsates ilmastikutingimustes (vihm või lumi, millega kaasneb tugev tuul). Sellistel juhtudel on katuse alla paigutatud täiendav hüdroisolatsioonikiht, mis on teine ​​kaitseliin atmosfääri sademete eest..

Oluline ülesanne on drenaažisüsteemi korraldamine – sisemine või välimine.

Lumi paneb katusele täiendava staatilise koormuse (lumekoormus). See võib olla üsna suur, nii et katusekonstruktsiooni kogukoormuse arvutamisel tuleb seda arvestada. See koormus sõltub katuse kaldest. Lumistes kohtades suurendatakse kalle tavaliselt nii, et lumi ei kattuks. Samal ajal on kaldkatustele soovitatav paigaldada lumekindlad elemendid, mis ei lase lumel kukkuda nagu laviin, ohustades sellega möödujate tervist, deformeerides sageli hoone fassaadi ja blokeerides välise kanalisatsioonisüsteemi.

joonis 1

Lumisel alal on oluliseks probleemiks jää ja jääpurikate teke katustele. Jää muutub sageli tõkkeks, mis takistab vee sisenemist vihmaveerennidesse, vesilehtrisse või lihtsalt allavoolu. Mittehermeetilise katusekatte (metallkatused, igat tüüpi katusesindlid) kasutamisel võib vesi tungida katusele ja moodustada lekkeid. Jäätumise tekkimise mehhanismi ja selle nähtuse vastu võitlemise viise käsitletakse üksikasjalikult jaotises katuste jäätumisvastased süsteemid.

Tuul

Tuulevoolud, mis vastavad teel oleva ehitise kujul olevale takistusele, mööduge sellest, selle tagajärjel moodustuvad hoone ümber positiivse ja negatiivse rõhu alad (joonis 2).

joonis 2

Katusele rebenemise avaldava negatiivse rõhu suurus sõltub paljudest teguritest. Kõige ebasoodsam on selles suhtes tuul, mis puhub hoonel 45-kraadise nurga all⁰. Hoone katuseplaan, mis näitab alarõhu jaotust tuule suunaga 450, on näidatud joonisel fig. 3.

joonis 3

Tuule rebimisjõud võib olla piisav katuse kahjustamiseks (villide moodustumine, osa katete rebenemine jne). See suureneb eriti siis, kui rõhk hoones (katuse aluse all) suureneb, kuna õhk tungib läbi avatud uste ja akende allapoole jäävast küljest või pragude kaudu konstruktsioonis. Tuule rebimisjõud määratakse sel juhul kahe komponendi abil: nii negatiivne rõhk katuse kohal kui ka positiivne rõhk hoones. Seetõttu tehakse katuse kahjustamise ohu vältimiseks selle alus võimalikult tihedaks (joonis 4). Katusekattematerjali täiendav mehaaniline kinnitamine aluse külge tehakse sageli..

joonis 4

Alarõhu vähendamiseks kasutatakse parapete. Siiski tuleb meeles pidada, et need ei saa mitte ainult vähendada, vaid ka suurendada negatiivset survet. Kui parapetid on liiga madalad, võib alarõhk olla isegi suurem kui ilma nendeta..

Päikesekiirgus

Erinevatel katusematerjalidel on erinev päikesekiirguse tundlikkus. Nii ei ole näiteks päikesekiirgusel praktiliselt mingit mõju keraamilistele ja tsement-liivakividele, samuti metallkatustele, millel pole nende peale kantud polümeerkatteid..

Bituumenipõhised materjalid on päikesekiirguse suhtes väga tundlikud: kokkupuude ultraviolettkiirgusega kiirendab vananemisprotsessi. Seetõttu on neil reeglina mineraalide pealmine kaitsekiht. Kaasaegsete materjalide kaitsmiseks vananemise eest viiakse bituumeni koostisse spetsiaalsed lisandid (modifikaatorid).

Mitmed materjalid kaotavad ultraviolettkiirguse mõjul aja jooksul oma algse värvuse (tuhmuma). Selle kiirguse suhtes on eriti tundlikud metallkatused, millel on teatud tüüpi polümeerkatted..

Katusele sisenev päikesekiirguse energia neelab osaliselt katusematerjalid. Samal ajal saab katuse ülemisi kihte märkimisväärselt kuumutada (mõnikord kuni 100 ° C), mis mõjutab ka nende käitumist. Nii näiteks pehmenevad bituumenil põhinevad materjalid piisavalt kõrgetel temperatuuridel ja võivad mõnel juhul libiseda kaldus katusepinnalt. Teatud tüüpi kattega metallist katusematerjalid on samuti kuumutundlikud. Seetõttu peaksite lõunapoolsetes piirkondades kasutamiseks mõeldud katusekattematerjali valimisel veenduma, et sellel on piisav kuumuskindlus..

Temperatuuri kõikumine

Katusekihina töötab katus üsna rängas temperatuurirežiimis, kogedes nii ruumilisi kui ka ajalisi temperatuuri muutusi. Selle alumise pinna (lagi) temperatuur on reeglina ruumi temperatuuriga sarnane. Samal ajal varieerub välispinna temperatuur üsna laias vahemikus – väga olulistest negatiivsetest väärtustest (talvel, härmas öösel) kuni väärtusteni 100 0С lähedal (suvel, päikesepaistelisel päeval). Katuse välispinna temperatuur võib samal ajal olla selle eri osade ebaühtlase päikesevalguse tõttu heterogeenne..

Kuid nagu teate, alluvad kõik materjalid termilisele venitamisele ja kokkusurumisele ühel või teisel määral. Seetõttu on deformatsiooni ja hävimise vältimiseks väga oluline, et ühes struktuuris töötavatel materjalidel oleksid sarnased soojuspaisumistegurid. Katuse vastupidavuse suurendamiseks soojuskoormustele kasutatakse ka mitmeid tehnilisi lahendusi. Horisontaalsete liikumiste ja liigsete sisemiste pingete piiramiseks paigaldatakse lamekatustele spetsiaalsed deformatsioonisõlmed.

Peaaegu kõigi katusematerjalide (välja arvatud metallkatted) tõsist ohtu kujutab sagedane, mõnikord igapäevane temperatuuri langus plussist miinuseni. See kipub ilmnema kergete ja niiskete talvedega piirkondades. Seetõttu on sellistes kliimavööndites vaja pöörata suurt tähelepanu katusematerjalide olulisele omadusele nagu veeimavus. Suure veeimavuse korral imendub ja koguneb niiskus positiivsetel temperatuuridel materjali pooridesse, negatiivsetel temperatuuridel see külmub ja deformeerub materjali enda struktuuri. Selle tulemuseks on materjali järkjärguline hävitamine, mis põhjustab pragude tekkimist.

Katus ei peaks olema vastupidav mitte ainult olulistele temperatuurimuutustele, vaid peaks hoone sisemust usaldusväärselt kaitsma ka nende eest, kaitstes seda talvel külma ja suvel kuuma eest. Soojusbarjääri roll katusekonstruktsioonis kuulub soojusisolatsioonikihile. Selleks, et soojusisolatsioonimaterjal saaks oma funktsiooni täita, peab see olema võimalikult kuiv. Niiskuse suurenemisega ainult 5% võrra väheneb materjali soojusisolatsiooni võime peaaegu poole võrra.

Veeaur

Inimese tegevuse (toiduvalmistamine, pesemine, vannitamine, põrandate pesemine jne) tagajärjel tekivad hoone siseruumides pidevalt veeaurud. Niiskus on eriti kõrge vastvalminud või renoveeritud hoonetes. Difusiooni ja konvektiivse ülekande protsessis tõuseb veeaur ja kondenseerub katusealuses ruumis jahutades temperatuurini alla kastepunkti (joonis 5). Tekkiva niiskuse hulk on seda suurem, mida suurem on temperatuuride erinevus hoone välis- ja siseruumides, seetõttu koguneb talvel katusealuses ruumis niiskus üsna intensiivselt.

joonis 5

Niiskus mõjutab negatiivselt nii puit- kui ka metallkatusekonstruktsioone. Liigse kogusega hakkab see siseruumidesse kanaliseeruma, moodustades lakke lekkeid. Kõige ebameeldivamateks tagajärgedeks on niiskuse kogunemine soojusisolatsioonimaterjali, mis, nagu juba mainitud, vähendab järsult selle soojusisolatsiooniomadusi..

Märkimisväärne takistus auru tungimisel katusealusesse ruumi on madala aurude läbilaskvusega spetsiaalne kile, mis asetatakse katusekonstruktsiooni otse soojusisolatsiooni alla. Ükski aurutõkkematerjal ei suuda aga täielikult välistada auru voolamist hoone seest katusealusesse ruumi. Seetõttu on selleks, et katus ei kaotaks aastast aastasse oma soojusisolatsioonivõimet, on vajalik, et kogu niiskus, mis talvel soojusisolatsioonimaterjali koguneb, peaks suvel välja minema..

See ülesanne lahendatakse konstruktiivsete meetmete abil. Eriti lamekatuste puhul on soovitatav katusematerjalide mitte pidev, vaid osaline liimimine aluse külge..

Kaldkatustesse on paigutatud spetsiaalsed ventilatsioonivahed (joonis 6). Reeglina on neid kaks – ülemine vahe ja alumine. Ülemise tühimiku (katusekatte ja hüdroisolatsiooni vahel) kaudu eemaldatakse katusealuse lõksu jäänud atmosfääri niiskus. Tänu ventilatsioonile ventileeritakse puitkonstruktsioone (vastuvõred ja treid) pidevalt, mis tagab nende vastupidavuse. Niiskus eemaldatakse läbi alumise ventilatsioonilõigu, mis tungib siseruumist isolatsiooni. Kvaliteetne aurutõkke paigutus siseküljelt ja piisava madalama ventilatsioonivälja olemasolu välistavad katusekonstruktsiooni veestumise.

joonis 6

Pange tähele, et kui hüdroisolatsioonimaterjalina kasutatakse hingavaid membraane, pole madalamat ventilatsioonivälja vaja..

Hea õhuringluse tagamiseks pakuvad paljud kaldkatuste katusematerjale tootvad ettevõtted reeglina lisaelementidena mitmeid ventilatsioonielemente: üleulatuvad aeraatorid, katuseharja aeraatorid, ventilatsioonivõred ja plaatkatuste jaoks – spetsiaalsed ventilatsiooniplaadid.

Kõige usaldusväärsem kaitse veeauru eest on vajalik eriti kõrge õhuniiskusega ruumide katustel: basseinid, muuseumid, arvutiruumid, haiglad, mõned tööstusruumid jne. Äärmiselt külma kliimaga aladel, isegi normaalse siseruumide niiskuse korral, tuleb aurutõrjele pöörata erilist tähelepanu. Ruumide keskkonnatingimuste ning temperatuuri ja niiskuse tingimuste analüüsimisel võib teha eeldusi niiskuse kondenseerumise ja selle kogunemise võimalikkuse kohta ning proovida katusekomponentide erinevate kombinatsioonide abil neid nähtusi ära hoida..

Keemiliselt agressiivsed ained õhus

Reeglina on suurtes linnades või suurte ettevõtete lähedal atmosfääris keemiliselt agressiivsete ainete, näiteks vesiniksulfiidi ja süsinikdioksiidi, kontsentratsioon üsna kõrge. Seetõttu on kõigi katuste konstruktsioonielementide ja eriti selliste alade katuste jaoks vaja kasutada õhus esinevatele kemikaalidele vastupidavaid materjale..

Putukate ja mikroorganismide elujõuline aktiivsus

Erinevad putukad ja mikroorganismid võivad põhjustada olulist kahju katusekonstruktsioonile, eriti puidust elementidele. Suur õhuniiskus on nende eluks eriti soodne keskkond. Puitkonstruktsioonide kaitsmiseks kasutatakse spetsiaalseid immutusi, mis kaitsevad materjali mikroorganismide eest.

Mehaanilised koormused

Katusekonstruktsioon peab vastu pidama mehaanilistele koormustele, nii pidevatele (staatilistele) – täite- ja paigalduselementidelt kui ka ajutistele – lumele, inimeste ja seadmete liikumisele jne. Katuse ja ehitussõlmede vahel võimaliku liikumisega seotud koormused on samuti ajutised..

Niisiis, selleks, et katus saaks oma ülesandeid usaldusväärselt täita ja oleks vastupidav mitmesugustele mõjutustele (ülalpool loetletud), on vaja: esiteks piisab kandeosa korrektsest arvutamisest; teiseks leidke parim kujundusvõimalus; ja lõpuks, kolmandaks, ehitusmaterjalide optimaalse kombinatsiooni tagamiseks.

Kõigist öeldutest järeldub, et katusekonstruktsioonis võivad esineda järgmised põhikihid (joonis 7):

joonis 7

• katusekattematerjal, millele vajadusel kantakse lisakiht (kaste, ballast jms);
• hüdroisolatsioonikiht (kaldkatustel) – lisaks isoleerib katuse sisemised kihid atmosfääri niiskuse läbitungimisest;
• soojusisolatsioon – tagab ruumides üsna stabiilse õhutemperatuuri;
• aurutõke – takistab veeauru tungimist hoone seest katusekonstruktsiooni;
• alus.

Katuse konstruktsioon peab olema varustatud meetmetega õhu vabaks ringluseks (ventilatsioon).

Teatud kihtide vajadus ja nende asukoht sõltuvad hoone tüübist ja selle mõjudest. Valides peate arvestama ka kasutatud materjalide tehnilisi omadusi: soojuspaisumise ja kokkusurumise koefitsiendid; maksimaalne tõmbe-, surve- ja nihketugevus; auru läbilaskvuse ja niiskuse neeldumise omadused; vananemisomadused, sh suurenenud haprus ja soojustakistuse kadu; elastsus; tulekindlus. Kõigi ülalnimetatud tehniliste omaduste olulisus määratakse kindlaks igal konkreetsel juhul.