Tetőfizika

2023 Szerző: Douglas Hoggarth | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-24 11:23

Az épület burkolataként a tető számos olyan tényezőnek van kitéve, amelyek szorosan kapcsolódnak az épületen kívül és belül zajló folyamatokhoz. Ezek a tényezők különösen:

• csapadék;
• szél;
• napsugárzás;
• hőmérséklet-változások;
• az épület beltéri levegőjében lévő vízgőz;
• kémiailag agresszív anyagok a levegőben;
• a rovarok és mikroorganizmusok létfontosságú tevékenysége;
• mechanikai terhelések.

Csapadék

Az épület légköri csapadék elleni védelmének funkciója a tető legfelső eleméhez - a tetőhöz - tartozik. Az esővíz elvezetéséhez a tető felülete lejtős. A tető feladata nem engedni a vizet az alatta lévő rétegekbe.

A tető felületén egy folytonosan lezárt szőnyeget képező puha tetőfedő anyagok (tekercs- és öntött anyagok, polimer membránok) jó munkát végeznek ezzel a feladattal. Más anyagok használata esetén a kis tetőlejtésekkel járó csapadék, különösen kedvezőtlen időjárási körülmények között (eső vagy hó, erős szél kíséretében) behatolhat a tetőfedés alá. Ilyen esetekben a tető alatt egy további vízszigetelő réteget rendeznek el, amely a légköri csapadék elleni második védelmi vonal.

Fontos feladat a vízelvezető rendszer megszervezése - belső vagy külső.

A hó további statikus terhelést jelent a tetőre (hóterhelés). Ez meglehetősen nagy lehet, ezért figyelembe kell venni a tetőszerkezet teljes terhelésének kiszámításakor. Ez a terhelés a tető lejtésétől függ. Havas területeken a lejtést általában megnövelik, hogy a hó ne maradjon a tetőn. Ugyanakkor a lejtős tetőkön célszerű olyan hótartó elemeket telepíteni, amelyek nem engedik, hogy a hó lavinaként hulljon, ezáltal veszélyeztetve a járókelők egészségét, gyakran deformálva az épület homlokzatát és letiltva a külső vízelvezető rendszert.

1. ábra

A havas területeken az egyik jelentős probléma a jég és jégcsapok képződése a tetőkön. A jég gyakran gátgá válik, amely megakadályozza a víz bejutását az ereszcsatornába, a víztölcsérbe, vagy egyszerűen lefolyik. Nem hermetikus tetőfedés (fémtetők, mindenféle övsömör) használata esetén a víz behatolhat a tetőbe és szivárgásokat képezhet. A jégképződés mechanizmusát és a jelenség elleni küzdelem módszereit részletesen a tetők jegesedésgátló rendszerei tárgyalják.

Szél

A menet közbeni épület formájában akadályba ütköző széláramok megkerülik, ennek eredményeként pozitív és negatív nyomású területek alakulnak ki az épület körül (2. ábra).

2. ábra

A tetőn szakadást okozó negatív nyomás nagysága sok tényezőtől függ. A legkedvezőtlenebb ebben a tekintetben az épületre 45 ⁰ szögben fújó szél. Az épület tetőtervét, amely a negatív nyomás eloszlását mutatja 450 szélirányban, az ábra mutatja. 3.

3. ábra

A szél szakító ereje elegendő lehet a tető károsodásához (hólyagok kialakulása, a burkolatok egy részének leszakítása stb.). Különösen akkor növekszik, ha az épület belsejében (a tető alja alatt) nő a nyomás a nyitott ajtókon és ablakokon keresztül a szélirányú oldal behatolása vagy a szerkezet repedése miatt. Ebben az esetben a szél szakító erejét két komponens határozza meg: mind a tető fölötti, mind az épületen belüli pozitív nyomás. Ezért a tető károsodásának kockázatának kiküszöbölése érdekében az alapja a lehető legszorosabbá válik (4. ábra). A tetőfedő anyag további mechanikus rögzítését az alapra gyakran elvégzik.

4. ábra

Parapetákat használnak a negatív nyomás csökkentésére. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ezek nemcsak csökkenthetik, hanem növelhetik is a negatív nyomást. Ha a mellvéd túl alacsony, akkor a negatív nyomás még nagyobb is lehet, mint nélkülük.

Napsugárzás

A különböző tetőfedő anyagok különböző érzékenységet mutatnak a napsugárzásra. Például a napsugárzás gyakorlatilag nincs hatással a kerámia és cement-homok burkolólapokra, valamint a fémtetőkre polimer bevonat nélkül.

A bitumen alapú anyagok rendkívül érzékenyek a napsugárzásra: az ultraibolya sugárzásnak való kitettség felgyorsítja az öregedési folyamatot. Ezért rendszerint felső védőréteggel rendelkeznek ásványi öntettel. A modern anyagok védelme az öregedéstől speciális adalékanyagokat (módosítókat) vezet be a bitumen összetételébe.

Számos anyag ultraibolya sugárzás hatására idővel elveszíti eredeti színét (elhalványul). Bizonyos típusú polimer bevonatokkal ellátott fémtetők különösen érzékenyek erre a sugárzásra.

A tetőbe kerülő napsugárzó energiát részben elnyelik a tetőfedő anyagok. Ugyanakkor a tető felső rétege jelentősen felmelegíthető (néha 100 ° C-ig), ami szintén befolyásolja viselkedésüket. Így például a bitumen alapú anyagok kellően magas hőmérsékleten megpuhulnak, és egyes esetekben lecsúszhatnak a lejtős tetőfelületekről. A fém tetőfedő anyagok bizonyos típusú bevonatokkal szintén hőérzékenyek. Ezért amikor a déli régiókban használandó tetőfedő anyagot választja, meg kell győződnie arról, hogy annak megfelelő hőállósága van-e.

Hőmérséklet-változások

Az épület burkolataként a tető meglehetősen súlyos hőmérsékleti viszonyok között működik, mind a térbeli, mind az időbeli hőmérséklet-változásokat megtapasztalva. Általános szabály, hogy alsó felülete (mennyezete) a helyiség hőmérsékletéhez közeli hőmérsékletű. Ugyanakkor a külső felület hőmérséklete meglehetősen széles tartományon belül változik - a nagyon jelentős negatív értékektől (téli, fagyos éjszakán) a 100 0С-hoz közeli értékekig (nyári, napsütéses napon). A tető külső felületének hőmérséklete ugyanakkor nem egyenletes lehet a különböző részei egyenlőtlen napsugárzása miatt.

De, mint tudják, minden anyagot hőfeszítésnek és -tömörítésnek vetnek alá egy-egy fokon. Ezért a deformáció és a roncsolás elkerülése érdekében nagyon fontos, hogy az egyetlen szerkezetben dolgozó anyagok hasonló hőtágulási együtthatóval rendelkezzenek. A tető hőterheléssel szembeni ellenállásának növelése érdekében számos műszaki megoldást is alkalmaznak. Különösen lapos tetőkön a vízszintes mozgások és a túlzott belső igénybevételek hatásának korlátozása érdekében speciális deformációs csomópontokat helyeznek el.

Szinte minden tetőfedő anyagra (a fémbevonatok kivételével) komoly veszélyt jelent a gyakori, néha napi hőmérséklet-csökkenés pluszról mínuszra. Ez általában enyhe és párás télű területeken fordul elő. Ezért az ilyen éghajlati övezetekben fokozott figyelmet kell fordítani a tetőfedő anyagok olyan fontos jellemzőire, mint a vízfelvétel. Nagy vízfelvétel mellett a pozitív hőmérsékleten a nedvesség behatol és felhalmozódik az anyag pórusaiban, negatív hőmérsékleten pedig lefagy, és tágulva deformálja az anyag szerkezetét. Az eredmény az anyag fokozatos megsemmisítése, amely repedések kialakulásához vezet.

A tetőnek nemcsak a hőmérséklet jelentős változásainak kell ellenállnia, hanem megbízhatóan meg kell védenie az épület belsejét is tőlük, télen a hidegtől, nyáron pedig a hőtől. A hőszigetelés szerepe a tetőszerkezetben a hőszigetelő rétegé. Annak érdekében, hogy a hőszigetelő anyag teljesíthesse funkcióját, a lehető legszárazabbnak kell lennie. A páratartalom mindössze 5% -os növekedésével az anyag hőszigetelő képessége majdnem a felére csökken.

Vízpára

Az emberi tevékenység (főzés, mosás, fürdés, padlómosás stb.) Eredményeként az épület belsejében folyamatosan vízgőz keletkezik. A páratartalom különösen magas az újonnan épített vagy felújított épületekben. A diffúzió és a konvekciós átvitel során a vízgőz felemelkedik, és harmatpont alatti hőmérsékletre hűlve kondenzálódik a tető alatti térben (5. ábra). A keletkező nedvesség mennyisége nagyobb, annál nagyobb a hőmérséklet-különbség az épületen kívül és belül, ezért télen a nedvesség meglehetősen intenzíven halmozódik fel a tető alatti térben.

5. ábra

A nedvesség negatív hatással van mind a fa, mind a fém tetőszerkezetekre. Feleslegesen kezd lefolyni a belső térbe, szivárgásokat képezve a mennyezeten. A legkellemetlenebb következmények a nedvesség felhalmozódása a hőszigetelő anyagban, amely, mint már említettük, élesen csökkenti annak hőszigetelő tulajdonságait.

A gőznek a tető alatti térbe való behatolásának jelentős akadálya egy speciális, alacsony páraáteresztő képességű film, amelyet közvetlenül a hőszigetelés alatt helyeznek el a tetőszerkezetben. Azonban egyetlen párazáró anyag sem képes teljesen kizárni a gőz áramlását az épület belsejéből a tető alatti térbe. Ezért ahhoz, hogy a tető évről évre ne veszítse el hőszigetelő képességét, szükséges, hogy minden télen a hőszigetelő anyagban felhalmozódó nedvesség nyáron kimenjen.

Ezt a feladatot konstruktív intézkedések oldják meg. Különösen a lapos tetők esetében ajánlott a tetőfedő anyagok nem folyamatos, hanem részleges ragasztása az alapra.

Speciális szellőzőrések vannak elrendezve a tetőn (6. ábra). Általános szabály, hogy kettő van belőlük - a felső rés és az alsó. A felső résen (a tetőfedés és a vízszigetelés között) keresztül a tetőfedés alatt rekedt légköri nedvesség eltávolításra kerül. A szellőzésnek köszönhetően a faszerkezetek (ellécezés és lécezés) folyamatosan szellőződnek, ami biztosítja tartósságukat. A nedvességet a belső térből a szigetelésbe behatoló alsó szellőzőrésen keresztül távolítják el. Kiváló minőségű párazáró elrendezés a belső tér felől és elegendő alacsonyabb szellőzőrés jelenléte kizárja a tetőszerkezet vízzárását.

6. ábra

Ne feledje, hogy amikor légáteresztő membránokat használnak vízszigetelő anyagként, nincs szükség alacsonyabb szellőzőrésre.

A jó légáramlás biztosítása érdekében sok vállalat, amely tetőfedő anyagokat gyárt lejtős tetőkhöz, általában kiegészítő elemként számos szellőztető elemet kínál: túlnyúló levegőztetőket, gerincszellőztetőket, szellőzőrácsokat és cseréptetőkhöz - speciális szellőzőcserepeket.

A vízgőz elleni legmegbízhatóbb védelem különösen szükséges a magas páratartalmú helyiségek tetején: úszómedencék, múzeumok, számítógéptermek, kórházak, néhány ipari helyiség stb. A gőzvédelemre különös figyelmet kell fordítani, ha rendkívül hideg éghajlatú területeken építenek, még normál beltéri páratartalom mellett is. A környezeti viszonyok, valamint a beltéri hőmérséklet és páratartalom viszonyainak elemzésénél feltételezéseket tehetünk a nedvesség kondenzációjának lehetőségéről és annak felhalmozódásáról, és a tetőelemek különböző kombinációinak felhasználásával megpróbáljuk megakadályozni ezeket a jelenségeket.

Kémiailag agresszív anyagok a levegőben

Általános szabály, hogy a nagyvárosokban vagy a nagyvállalkozások közelében a légkörben meglehetősen magas a kémiailag agresszív anyagok, például a hidrogén-szulfid és a szén-dioxid koncentrációja. Ezért a tetők minden szerkezeti eleméhez, és különösen az ilyen területeken lévő tetőkhöz szükséges olyan anyagokat használni, amelyek ellenállnak a levegőben jelenlévő vegyszereknek.

A rovarok és mikroorganizmusok létfontosságú aktivitása

Különböző rovarok és mikroorganizmusok jelentős károkat okozhatnak a tetőszerkezetben, különösen a faelemekben. A magas páratartalom különösen kedvező környezet az életük számára. A fa szerkezetek védelme érdekében speciális impregnálásokat használnak, amelyek megvédik az anyagot a mikroorganizmusoktól.

Mechanikai terhelések

A tetőszerkezetnek ellenállnia kell a mechanikai terheléseknek, mind állandónak (statikusnak) - a kitöltő és a beépítő elemektől, mind az ideiglenes - hónak, az emberek és a berendezések mozgásának stb. A tető és az épületelemek közötti lehetséges mozgásokhoz kapcsolódó terhelések szintén ideiglenesek.

Tehát ahhoz, hogy a tető megbízhatóan végezhesse funkcióit, és ellenálljon a különféle (fent felsorolt) hatásoknak, szükséges: először is elegendő a teherhordó rész helyes kiszámítása; másodszor keresse meg a legjobb tervezési lehetőséget; és végül, harmadszor, az építőanyagok optimális kombinációjának biztosítása.

Mindezekből az következik, hogy a következő fő rétegek lehetnek a tetőszerkezetben (7. ábra):

7. ábra

• tetőfedő anyag, amelyre szükség esetén további réteget visznek fel (kötszer, előtét stb.);
• vízszigetelő réteg (lejtős tetőkön) - emellett szigeteli a tető belső rétegeit a légköri nedvesség behatolásától;
• hőszigetelés - meglehetősen stabil levegő hőmérsékletet biztosít a helyiségekben;
• párazáró - megakadályozza a vízgőz behatolását az épület belsejéből a tetőszerkezetbe;
• bázis.

A tető szerkezetét el kell látni a szabad légáramlás (szellőzés) intézkedéseivel.

Bizonyos rétegek iránti igény és elhelyezkedésük függ az épület típusától és azoktól a hatásoktól, amelyeknek ki lesz téve. A választás során figyelembe kell venni a felhasznált anyagok műszaki jellemzőit is: a hőtágulási és a kompressziós együtthatókat; a legnagyobb húzó-, nyomó- és nyírószilárdság; a gőzáteresztő képesség és a nedvesség abszorpció jellemzői; öregedési jellemzők, beleértve fokozott törékenység és a hőellenállás elvesztése; rugalmasság; tűzállóság. A fent felsorolt műszaki jellemzők fontosságát minden egyes eset meghatározza.