О применении полимерных мембран в конструкциях плоских кровель рассказывает
Латышев С.А., руководитель направления «Полимерные мембраны»
Службы технической поддержки корпорации ТехноНИКОЛЬ.
Службы технической поддержки корпорации ТехноНИКОЛЬ.
Крепление кровельного пирога
Определение нагрузок и воздействий, расчет количества крепежных элементов осуществляются проектной организацией с учетом данных инженерно-гидрометеорологических и инженерно-экологических изысканий на площадке строительства в соответствии с действующим порядком.
При расчете крепления мембраны к основанию необходимо учитывать ветровые нагрузки. Вокруг труб малого сечения должно устанавливаться не менее четырех крепежных элементов. В местах ендов устанавливается дополнительный крепеж, если угол наклона скатов более 2 %. Шаг установки крепежа не более 200 мм.
Рекомендуется рассчитывать количество механического крепежа в соответствии с методикой Норвежского стандарта NS 3479, как самого строгого в Европе. Требования этого стандарта превосходят требования СНиП 2.01.07-85 и гарантируют надежность крепления кровельной системы. Ниже приведена методика, соответствующая этому документу.
Кровля условно делится на 3 зоны: угловую, парапетную и центральную. Размеры зон зависят от геометрии здания: от его высоты (h), ширины (b) и длины (L).
Создаваемое ветром разряжение периодически поднимает мембрану между креплениями и вызывает удлинение мембраны и вздымание. Сила ветряного всасывания и эластичные свойства мембраны определяют степень вздымания. Каждый компонент крыши создает сопротивление подъемной силе ветра. Все связи в цепочке сопротивления должны оставаться целыми. Разрушение происходит тогда, когда сила подъема ветра больше, чем сопротивление любой из этих связей. При обдувании в аэродинамической трубе макета здания размером 3х3 метра, высотой 90 см и парапетом 5 см были получены следующие диаграммы для силы ветрового отсоса на кровельном покрытии. Максимальная нагрузка приходится на угол кровли, где сила подъема в 4 раза превосходит значения в парапетной зоне.
Нагрузки в пределах каждой зоны считаются одинаковыми, крепеж равномерно распределяется по всей площади зоны. Расчет ветровой нагрузки на отдельные участки крыши может быть произведен по формуле:
Pd =1,6 • 0,9 • q (f3 • mu + f4 • mi ),
где Pd – рассчитываемая нагрузка;
1,6 – коэффициент надежности ветровой нагрузки (СНиП 2.01.07-85 предусматривает значение 1,4);
0,9 – коэффициент продолжительности срока действия в циклическом периоде 20–50 лет;
q – динамическое давление, кН/м2, по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
mu – коэффициент давления внешней нагрузки (табл. 2);
mi – коэффициент давления внутренней нагрузки;
f3 – коэффициент внешней нагрузки;
f4 – коэффициент внутренней нагрузки.
Рис. 59. Деление кровли на зоны ветровой нагрузки
Рис. 60. Схемы определения высоты здания
В случае, если кровля расположена на здании, стоящем на возвышении: холме, бугре или склоне, со скатом более 40°, то за высоту здания h принимают его истинную высоту, сложенную с высотой возвышения h1+h2. Коэффициенты давления для внешних нагрузок зависят от формы кровли и ее участков (табл. 2).
Коэффициент внешней нагрузки f3 принимается равным 0,8 в случае непроницаемого основания и 1,0 в случае проницаемого основания.
Все основания считаются проницаемыми, за исключением: старых непроницаемых кровельных материалов, бетонных элементов с герметичными стыками, монолитного . Непроницаемое основание должно также герметизироваться в местах механического крепления и вдоль парапета.
Коэффициент давления внутренней нагрузки полностью зависит от степени непроницаемости здания. mi = 0,2 для непроницаемых зданий, mi=0,7 для постоянно открытых или проницаемых зданий, к примеру, склады, навесы, тенты и т.д. А также для конструкций с постоянно открытыми воротами, независимо от ветровых воздействий, например, гаражи для машин скорой помощи, пожарной и др. неотложных служб. В таких конструкциях потоки воздуха, просачиваясь вдоль парапета, могут оказывать на здания динамическое давление, передаваемое внутрь (под мембрану) и, тем самым, оказывать внутреннюю нагрузку на мембрану.
Коэффициент действия внутренней нагрузки f4 принимается равным 0,0 для непроницаемых оснований и равным 1,0 для проницаемых оснований.
Таблица 2
Коэффициенты давления внешней нагрузки на плоскую кровлю, b>6°
Коэффициент внешней нагрузки f3 принимается равным 0,8 в случае непроницаемого основания и 1,0 в случае проницаемого основания.
Все основания считаются проницаемыми, за исключением: старых непроницаемых кровельных материалов, бетонных элементов с герметичными стыками, монолитного . Непроницаемое основание должно также герметизироваться в местах механического крепления и вдоль парапета.
Коэффициент давления внутренней нагрузки полностью зависит от степени непроницаемости здания. mi = 0,2 для непроницаемых зданий, mi=0,7 для постоянно открытых или проницаемых зданий, к примеру, склады, навесы, тенты и т.д. А также для конструкций с постоянно открытыми воротами, независимо от ветровых воздействий, например, гаражи для машин скорой помощи, пожарной и др. неотложных служб. В таких конструкциях потоки воздуха, просачиваясь вдоль парапета, могут оказывать на здания динамическое давление, передаваемое внутрь (под мембрану) и, тем самым, оказывать внутреннюю нагрузку на мембрану.
Коэффициент действия внутренней нагрузки f4 принимается равным 0,0 для непроницаемых оснований и равным 1,0 для проницаемых оснований.
Таблица 2
Коэффициенты давления внешней нагрузки на плоскую кровлю, b>6°
Рис. 61. Схема сопротивления подъемной силе ветра
При расчете ветрового воздействия на м2 полимерной мембраны необходимо учитывать значение нагрузки, которую может выдержать одна пара «мембрана–крепежный элемент» в зависимости от основания (см. табл. 3).
Таблица 3
Допускаемое сопротивление выдергиванию
В системах с механическим креплением, в случае, если плитный является основанием под укладку мембран, он должен быть закреплен к несущему основанию при помощи механического крепежа, либо приклеен к нему. Минимальное количество крепежей 3 шт./м2. В случае многослойного утепления нет необходимости крепить каждый слой отдельно.
Плиты ТЕХНОНИКОЛЬ XPS рекомендуется укладывать надписью вниз. Крепеж рекомендуется устанавливать только в один край, где L-кромка закрепляемой плиты будет прижимать предыдущую плиту.
При механической системе крепления кровельного ковра механический крепеж устанавливается в боковом перехлесте смежных полотнищ мембраны. Размер бокового перехлеста должен составлять не менее 120 мм при радиусе телескопического элемента 50 мм. Требование к расстоянию в 60 мм между краем верхнего полотнища и телескопическим крепежом обуславливается конструктивными особенностями сварочного автомата. В нем расстояние от «гусеницы» аппарата, которая создает «воздушный карман» для недопущения ухода горячего воздуха под кровельный ковер мембраны, до прикаточного ролика равно 60мм. При меньшем значении расстояния автомат будет наезжать на крепеж, образуя на поверхности шва дефекты в виде волн. Надежность установки крепежа в неизвестное основание (стяжка, старый бетон) может быть проверена визуально при помощи экспресс-метода непосредственно на объекте. Для этого к закрепленной полосе мембраны прилагается вертикальное усилие. При этом должен произойти разрыв мембраны, а не вырыв крепежа из основания. Метод основан на разнице между усилием разрыва мембраны (1100 Н) и усилием на вырыв самореза из основания (і1300 Н).
Рис. 62. Крепление плитной теплоизоляции: А – схемы крепления; Б – раскладка плит Знаком «Х» и цветом показаны места установки крепежных элементов
Рис. 63. Ширина рабочей поверхности LEISTER VARIMAT РАВНА 60 мм
Для механического крепления кровельного ковра при его укладке непосредственно на несущее основание необходимо предусмотреть разделительный слой из термообработанного геотекстиля развесом не менее 300 г/м2. Нахлесты геотекстиля свариваются между собой горячим воздухом за один проход. Термофиксация волокон геотекстиля позволяет легко засверливаться через разделительный слой или закручивать саморезы без наматывания волокон, что характерно для иглопробивного геотекстиля. Для крепления в несущее основание (например стяжку из тяжелого бетона), применяется анкерный элемент, подбираемый в соответствии с основанием для механического крепления, и металлический тарельчатый прижимной держатель.
При устройстве мягкой кровли с механическим креплением (при укладке мембраны непосредственно на жесткий минераловатный утеплитель) применяются только пластиковые телескопические крепежные элементы, скрывающие внутри себя головку самореза. Применение металлических тарельчатых держателей не рекомендуется по трем причинам: поскольку саморез в этом случае проходит кровельный пирог насквозь, возникают опасности образования мостиков холода, повреждения мембраны шляпкой самореза при приложении механической нагрузки сверху.
Рис. 64. Механическое крепление кровельного ковра
Рис. 65. Дефекты сварного шва
Рис. 66. Визуальный метод определения надежности установки крепежа
Рис. 67. Распределители нагрузки для механического крепления: А – пластиковые тарельчатые телескопические элементы; Б – металлические тарельчатые прижимные детали; В – линейные прижимные держатели
При устройстве мягкой кровли с механическим креплением (при укладке мембраны непосредственно на жесткий минераловатный утеплитель) применяются только пластиковые телескопические крепежные элементы, скрывающие внутри себя головку самореза. Применение металлических тарельчатых держателей не рекомендуется по трем причинам: поскольку саморез в этом случае проходит кровельный пирог насквозь, возникают опасности образования мостиков холода, повреждения мембраны шляпкой самореза при приложении механической нагрузки сверху.
Рис. 64. Механическое крепление кровельного ковра
Рис. 65. Дефекты сварного шва
Рис. 66. Визуальный метод определения надежности установки крепежа
Рис. 67. Распределители нагрузки для механического крепления: А – пластиковые тарельчатые телескопические элементы; Б – металлические тарельчатые прижимные детали; В – линейные прижимные держатели
При уклонах кровли более 10 % применение телескопического крепежа недопустимо, в этом случае применяются металлические круглые тарельчатые держатели. Длина телескопического элемента должна быть меньше толщины слоя теплоизоляции не менее чем на 15 %. Это значение обусловлено деформацией утеплителя при приложении к нему механической нагрузки. К примеру, если разделить средний вес человека на среднюю площадь ступни, получится около 30 кПа. Таким образом, под весом человека минераловатный утеплитель с прочностью на сжатие при 10%-ной деформации 25 кПа сожмется более, чем на 10 %.
Рекомендации по выбору длины самореза и телескопического элемента приведены в табл. 4. Для крепления мембраны в основание из оцинкованного профлиста применяются кровельные сверлоконечные саморезы Ж 4,8 мм, длина которых подбирается по таблице.
Рекомендации по выбору длины самореза и телескопического элемента приведены в табл. 4. Для крепления мембраны в основание из оцинкованного профлиста применяются кровельные сверлоконечные саморезы Ж 4,8 мм, длина которых подбирается по таблице.
Таблица 4
Рекомендуемая длина крепежных элементов в зависимости от толщины утеплителя
Рекомендуемая длина крепежных элементов в зависимости от толщины утеплителя
Для крепления мембраны в основание из бетона класса B15–B25 или цементно-песчаную стяжку толщиной не менее 50 мм из раствора не ниже М150 применяется кровельный остроконечный винт Ж 4,8 мм в сочетании с полиамидной анкерной гильзой длиной 45 или 60 мм. Для крепления мембраны в основание из бетона класса B25 применяется забивной анкер. Для крепления мембраны в основание из сборной стяжки либо фанеры применяется сверлоконечный саморез Ж 5,5 мм длиной 45 мм с уменьшенным сверлом.
Для крепления гидроизоляционной мембраны и теплоизоляции в старый битумный кровельный пирог необходимо использовать специальный тарельчатый крепеж, тип R28/(70-170 мм), из высококачественного полиамида, упрочненного стекловолокном. В случае, когда в качестве несущего основания выступают железобетонные ребристые плиты, механический крепеж должен устанавливаться в ребро плиты. В этом случае для крепления кровельного ковра из полимерной мембраны могут быть применены линейные прижимные держатели (металлические рейки), которые, комплектуясь соответствующими анкерными элементами, устанавливаются поверх мембранного ковра, а сверху закрываются полосой мембраны, которая должна перекрывать рейку в каждую сторону не менее, чем на 80 мм и привариваться к основному кровельному ковру швом не менее 30 мм. Если несущая способность конструкции из ребристых железобетонных плит позволяет выдержать устройство выравнивающей цементно-песчаной стяжки из раствора не ниже М150, то для крепления мембраны применяется остроконечный винт 4,8 мм в сочетании с полиамидной анкерной гильзой длиной 45 мм. Линейные прижимные держатели обязательно должны иметь ребро жесткости, в противном случае существует опасность повреждения мембраны шляпкой самореза из-за пролета.
Рис. 68. Повреждение мембраны шляпкой самореза при применении тарельчатого механического держателя по минераловатному утеплителю
Для крепления гидроизоляционной мембраны и теплоизоляции в старый битумный кровельный пирог необходимо использовать специальный тарельчатый крепеж, тип R28/(70-170 мм), из высококачественного полиамида, упрочненного стекловолокном. В случае, когда в качестве несущего основания выступают железобетонные ребристые плиты, механический крепеж должен устанавливаться в ребро плиты. В этом случае для крепления кровельного ковра из полимерной мембраны могут быть применены линейные прижимные держатели (металлические рейки), которые, комплектуясь соответствующими анкерными элементами, устанавливаются поверх мембранного ковра, а сверху закрываются полосой мембраны, которая должна перекрывать рейку в каждую сторону не менее, чем на 80 мм и привариваться к основному кровельному ковру швом не менее 30 мм. Если несущая способность конструкции из ребристых железобетонных плит позволяет выдержать устройство выравнивающей цементно-песчаной стяжки из раствора не ниже М150, то для крепления мембраны применяется остроконечный винт 4,8 мм в сочетании с полиамидной анкерной гильзой длиной 45 мм. Линейные прижимные держатели обязательно должны иметь ребро жесткости, в противном случае существует опасность повреждения мембраны шляпкой самореза из-за пролета.
Рис. 68. Повреждение мембраны шляпкой самореза при применении тарельчатого механического держателя по минераловатному утеплителю
Требуемую ширину рулона и шаг крепежа можно определить в зависимости от количества механических крепежных элементов на 1м2. При механическом креплении мембраны в несущее основание из оцинкованного профлиста шаг крепежа должен быть кратным шагу волны, а мембрана должна раскатываться поперек волн.
Рис. 69. Кровельные саморезы: А, Б – сверлоконечные диаметрами соотвественно 4,8 и 5,5 мм; В – остроконечный в сочетании с полиамидной гильзой
Рис. 70. Тарельчатый крепеж тип R28
Рис. 71. Механическое крепление мембраны в ребристые плиты: 1 – несущая ребристая плита; 2 – защитный слой – геотекстиль; 3 – пароизоляция; 4 – теплоизоляция; 5 – крепление теплоизоляции; 6 – разделительный слой; 7 – полимерная мембрана; 8,9 – линейный прижимной держатель; 10 – сварной шов 30 мм; 11 – боковой перехлест полотнищ мембраны
Рис. 72. Распределение нагрузки при ветровом давлении. Двойной шов
Рис. 69. Кровельные саморезы: А, Б – сверлоконечные диаметрами соотвественно 4,8 и 5,5 мм; В – остроконечный в сочетании с полиамидной гильзой
Рис. 70. Тарельчатый крепеж тип R28
Рис. 71. Механическое крепление мембраны в ребристые плиты: 1 – несущая ребристая плита; 2 – защитный слой – геотекстиль; 3 – пароизоляция; 4 – теплоизоляция; 5 – крепление теплоизоляции; 6 – разделительный слой; 7 – полимерная мембрана; 8,9 – линейный прижимной держатель; 10 – сварной шов 30 мм; 11 – боковой перехлест полотнищ мембраны
Рис. 72. Распределение нагрузки при ветровом давлении. Двойной шов
Шаг установки крепежа определяется расстоянием между полками профлиста. Соответственно, в погонный метр мембраны можно установить ограниченное количество креплений. Обычно 5 штук. Если используется мембрана шириной 2 метра, то в 1 м2 устанавливают 2,5 крепежа. Если по расчету необходимо большее количество крепежа (чаще всего это встречается в парапетных зонах), то необходимо уменьшить ширину полотна, либо установить дополнительные крепежи в его середину и заварить их полосой материала шириной 25 см. В первом случае расход материала будет меньше (дополнительный нахлест 12 см), поэтому чаще применяют мембрану меньшей ширины.
Рис. 73. Раскладка и крепление полотнищ по профлисту
Рис. 74. Раскладка и крепление полотнищ по бетонному основанию
При механическом креплении в цементно-песчаную стяжку в угловой и парапетной зоне шаг установки крепежа уменьшается. В этом случае не обязательно уменьшать ширину рулонов, либо устанавливать дополнительный крепеж в их середину.
На объектах, где требуется высокая устойчивость к ветровым нагрузкам, применяется система «рейка в шве». Листы механически закрепляются с помощью реек, которые помещаются в середину швов примыкающих друг к другу полотнищ мембраны. Для сварки мембраны используется специальная насадка для автоматического сварочного аппарата, которая создает двойной шов (Dual Weld). Такой шов еще больше повышает надежность и прочность соединения полотнищ мембраны. Двойной шов рекомендуется использовать в регионах, где часто бывают сильные ветры и смерчи. При сварке двойным швом нагрузка распределяется вокруг крепежа, поэтому, чем сильнее давление ветра, проникающего под кровлю, тем больше разница между нагрузкой на одинарный и двойной шов (нагрузка сокращается больше, чем вдвое). В данной системе плиты теплоизоляции необходимо крепить к основанию кровли отдельно от мембраны.
На объектах, где требуется высокая устойчивость к ветровым нагрузкам, применяется система «рейка в шве». Листы механически закрепляются с помощью реек, которые помещаются в середину швов примыкающих друг к другу полотнищ мембраны. Для сварки мембраны используется специальная насадка для автоматического сварочного аппарата, которая создает двойной шов (Dual Weld). Такой шов еще больше повышает надежность и прочность соединения полотнищ мембраны. Двойной шов рекомендуется использовать в регионах, где часто бывают сильные ветры и смерчи. При сварке двойным швом нагрузка распределяется вокруг крепежа, поэтому, чем сильнее давление ветра, проникающего под кровлю, тем больше разница между нагрузкой на одинарный и двойной шов (нагрузка сокращается больше, чем вдвое). В данной системе плиты теплоизоляции необходимо крепить к основанию кровли отдельно от мембраны.
