Функциональная необходимость устройства скатных крыш в многоквартирных домах с совмещенным покрытием Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

к.т.н. Николаева Е. К., к.т.н. Усенко В. Н.

(ДонГТИ, г. Алчевск, ЛНР, [email protected])

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ УСТРОЙСТВА СКАТНЫХ КРЫШ В МНОГОКВАРТИРНЫХ ДОМАХ С СОВМЕЩЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ

Предложен вариант модернизации совмещённого покрытия пятиэтажного жилого здания путем его замены на скатную крышу. Приведены результаты теоретического исследования, в ходе которого получены фактическое значение сопротивления теплопередаче существующего совмещенного покрытия и значение сопротивления теплопередаче предлагаемого утепленного чердачного перекрытия скатной крыши.

Ключевые слова: совмещенное покрытие, скатная крыша, сопротивление теплопередаче, теплотехнический расчет.

УДК 692.421.1

Применение совмещенных покрытий в жилых зданиях было обусловлено наличием программы по строительству и развитию полносборного жилищного строительства, стартовавшей в СССР в конце 60-х гг. ХХ в. Основным видом крыш полносборных зданий на тот момент были именно совмещенные покрытия. Это объясняется тем, что в бесчердачных покрытиях крыша совмещена с конструкцией чердачного перекрытия и нижняя поверхность является потолком помещения верхнего этажа, поэтому стоимость совмещенных покрытий на 10...15 % ниже чердачных крыш, а стоимость эксплуатации ниже в 1,5 раза. При этом значительно сокращаются трудозатраты на строительной площадке при устройстве покрытий [1].

Но совмещенные покрытия являются мало приспособленными для разнообразных погодных условий. Во-первых, в слое теплоизоляции в условиях перепада температур наружного воздуха в течение всего года происходит естественная конденсация влаги. Из-за замкнутой конструкции покрытия (утеплитель находится между паро-изоляцией и кровельным ковром) происходит накопление влаги в утеплителе. При этом количество влаги напрямую зависит от продолжительности периода с отрицательными температурами. Во время потепления, испаряясь, влага не может найти вы-

ход и, воздействуя под давлением на кровельный ковер, отрывает его от основания. При периодическом наступлении отрицательных температур излишки не вышедшей наружу влаги замерзают между слоями рубероида и расслаивают многослойный ковер. Расслоенный раздувшийся кровельный ковер меняет уклоны для водостока, что способствует образованию стоящих луж, которые приводят к проникновению дождевых вод в утеплитель. По этим причинам потолок в квартирах верхнего этажа от низкой температуры и высокой влажности покрывается плесенью, а потери тепла через покрытие возрастают [2, 3].

Во-вторых, в жилых зданиях пароизо-ляция в местах прилегания к канализационным трубам из-за невозможности осуществления полной герметичности стыков не защищает конструкцию полностью, и часть паров воды попадает в утеплитель. При этом отсутствие чердака не позволяет объединить группы стояков в шахту, и каждая труба из каждого санузла будет выходить на кровлю самостоятельно, делая из кровельного ковра «решето» [2].

Как следствие, эксплуатационные затраты на обогрев и вентиляцию жилых помещений верхних этажей, устранение последствий протечек кровли переводят совмещенные покрытия в разряд неблагонадежных. Поэтому в настоящее время они при-

Строительство и архитектура

меняются на ограниченных по площади участках покрытий многоэтажных жилых зданий: над машинными отделениями лифтов, над лоджиями, эркерами, тамбурами [4]. Но в зоне микроклиматического дискомфорта всё еще остаются жители верхних этажей пятиэтажек с совмещенными покрытиями, построенными в 60-70 гг. XX в.

Для улучшения микроклиматических показателей жилых помещений верхних этажей таких зданий могут быть применены следующие варианты их модернизации:

1) капитальный ремонт совмещенного невентилируемого покрытия с заменой кровельного пирога в соответствии с результатом теплотехнического расчета;

2) реконструкция здания с заменой плоского покрытия на скатную чердачную крышу;

3) реконструкция с заменой плоского совмещенного покрытия на скатную чердачную крышу.

По мнению авторов, сохранение плоской формы покрытия наиболее соответствует облику общественных зданий, где они могут быть реорганизованы в эксплуатируемые покрытия различного назначения [5]. Тогда как скатные крыши с дымком над печными трубами являются символом домашнего очага.

В РФ возможность модернизации конструкции покрытий жилых зданий регла-

ментируется документами [6, 7], разрешающими устройство в 5-этажных зданиях наружного водоотвода, выполненного по организованной схеме отвода воды.

Учитывая вышеизложенный материал, авторами поставлена цель: рассмотреть функциональную целесообразность замены совмещенных покрытий жилых зданий в г. Алчевске на примере конкретной градостроительной ситуации.

В качестве объекта исследований выбран типовой панельный пятиэтажный жилой дом с совмещенным покрытием по адресу: ул. Ленина, 15 (рис. 1).

Немаловажную роль в выборе объекта исследования сыграл его непрезентабельный внешний вид.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать существующее конструктивное решение совмещенного покрытия объекта исследований;

- выбрать оптимальный материал для утепления чердачного перекрытия скатной крыши с холодным чердаком;

- выполнить расчёты по определению фактического значения сопротивления теплопередаче существующего совмещенного покрытия и теоретического значения приведенного сопротивления теплопередаче утепленного чердачного перекрытия.

Рисунок 1 Жилой дом по ул. Ленина, 15

В соответствии с общепринятой классификацией исследуемое бесчердачное покрытие можно охарактеризовать следующим образом:

- по конструктивному решению относится к типу Л — совмещенная многослойная крыша построечного изготовления;

- по схеме организации водоотвода — с наружным неорганизованным водоотводом, предусматривающим свободный сброс воды со свеса карниза (рис. 2);

- по характеру поверхности потолка — с гладким потолком помещений верхнего этажа;

- по величине уклона — малоуклонная.

Формирование уклона обеспечено переменной толщиной утеплителя.

По составу кровельного пирога применено традиционное решение с расположением слоя гидроизоляции по верху утеплителя (рис. 3, 4).

Для выявления функциональной целесообразности замены совмещенных покрытий авторами произведён теплотехнический расчёт покрытий двух видов: существующего совмещенного покрытия конца 60-х гг. прошлого века с традиционным решением кровли и предлагаемого решения с устройством скатной крыши и утепленным чердачным перекрытием.

Рисунок 2 Схема совмещенного невентилируемого покрытия с гладким потолком и наружным водоотводом

/ ; j

1 — защитный слой; 2 — рулонный ковер; 3 — стяжка (из раствора); 4 — утеплитель, 5 — пароизоляция; 6 — несущая конструкция; 7 — отделочный слой

Рисунок 3 Состав кровельного пирога

1 — карнизная плита; 2 — металлический слив;

3 — две дополнительные полосы рубероида;

4 — многослойный рулонный ковер; 5 — цементно-песчаная стяжка; 6 — утеплитель; 7 — плита покрытия; 8 — минераловатный войлок

Рисунок 4 Карниз здания с совмещенным покрытием и наружным неорганизованным водоотводом с крыши

Базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче наружной ограждающей конструкции покрытия определялось в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства (ГСОП) и назначения здания. Величина градусо-суток отопительного периода для г. Алчевска составляет:

ГОСП = ^в -^)• 2от, (1)

где , zот — средняя температура

наружного воздуха (°С) и продолжительность (сут/год) отопительного периода для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С;

1в — расчётная температура внутреннего

воздуха здания (°С), принятая как минимальное значение оптимальной температуры для жилых помещений категории 1 [7].

ГОСП = (20 - (-0,8)) • 172 = 3578.

Тогда базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче покрытий составит

ктр = ГОСП • я + Ь. (2)

Для совмещённых покрытий жилых зданий переводные коэффициенты а, Ь соответственно равны 0,0005 и 2,2 [7].

Строительство и архитектура

RJ = 3578 • 0,0005 + 2,2 = 3,989

м2 • °С Вт

Переводные коэффициенты для чердачных перекрытий: а = 0,00045, Ь = 1,9 [7].

Rm2p - 3578 • 0,00045 +1,9 = 3,51

м2 • °С Вт

Расчётные теплотехнические показатели строительных материалов существующего совмещённого покрытия приняты в зависимости от условий эксплуатации по приложению Т [7]:

1) железобетонная многопустотная плита толщиной 220 мм: плотность 2500 кг/м3, приведенное сопротивление теплопередаче по предварительному расчёту составляет 0,162 м2-°С/Вт;

2) утеплитель — граншлак: толщина слоя 150 мм, плотность 800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,21 Вт/(м-°С);

3) выравнивающая стяжка — цементно-песчаный раствор: толщина слоя 20 мм, плотность 1800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,76 Вт/(м-°С);

4) гидроизоляционный слой — трехслойный рубероидный ковер: толщина слоя 12 мм, плотность 600 кг/м , коэффициент теплопроводности 0,17 Вт/(м-°С).

Тогда термическое сопротивление конструкции совмещенного покрытия с последовательно расположенными слоями

Щ = ^ + т + Т + Т> (3)

Л Л А4

где Япл — приведенное сопротивление

теплопередаче многопустотной железобетонной плиты покрытия, м2°С/Вт;

81 — толщина слоя, м;

Л — коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м°С);

0 0,15 0,02 0,012

Щ = 0,162 + —— + —— +

0,21 0,76

2

0,17

= 0,973

м

С

Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче совмещенного покрытия Що с учётом коэффициентов теплоотдачи наружной и внутренней поверхностей составит

Ki -

1

аг

+ Rk +■

1

а

(4)

где ав, ан — коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности покрытий зданий [7].

2

Rо1 - — + 0,973 + — - 1,131 м-

о1 8,7 23 Вт

°С

Rоl -1,131

м2 • °С Вт

< Rт? - 3,989

м2 • °С Вт

Таким образом, существующее конструктивное решение совмещенного покрытия жилого здания категорически не удовлетворяет требованиям энергосбережения,

т. к. Що1 < ЩТ более чем в 3,5 раза.

Устройство утепленного чердачного перекрытия скатной крыши может стать одним из путей решения этой проблемы.

Для конструктивного решения утепленного чердачного перекрытия крыши предлагаются следующие слои (в порядке их укладки): существующая железобетонная плита, стяжка, пароизоляция, утеплитель, полиэтиленовая пленка, армированная це-ментно-песчаная стяжка (рис. 5).

1 — многопустотная плита чердачного перекрытия;

2 — цементно-песчаная стяжка; 3 — пароизоляция;

4 — утеплитель, экструзивный пенополистирол;

5 — полиэтиленовая пленка; 6 — защитный слой из цементно-песчаного раствора по стальной сетке

Рисунок 5 Чердачное перекрытие

Строительство и архитектура

Расчётные теплотехнические показатели строительных материалов чердачного перекрытия приняты в соответствии с нормативными документами [9] и с учётом характеристик материалов, заявленных производителем [9]:

1) железобетонная многопустотная плита толщиной 220 мм, плотность 2500 кг/м3, приведенное термическое сопротивление 0,162 м2-°С/Вт;

2) цементно-песчаная стяжка: толщина слоя 20 мм, плотность 1800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,76 Вт/(м-°С);

3) утеплитель — экструзивный пено полистирол XPS CARBON 35-300 Стандарт: толщина слоя определяется теплотехническим расчётом, плотность 25-33 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,031 Вт/(м-°С);

4) цементно-песчаная стяжка: толщина слоя 50 мм, плотность 1800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,76 Вт/(м-°С).

Для определения требуемой толщины слоя утеплителя из экструзивного пенопо-листирола находим требуемое термическое сопротивление утеплителя в составе утепленного чердачного перекрытия:

^т - r02 - (Re+r+ Rk6y)

= KT -

-L+_L+r

v ав ан

кбу

(5)

где Яв — сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

Ян — сопротивление теплообмену на наружной поверхности;

Якбу — сумма термических сопротивлений всех слоёв эксплуатируемой кровли без слоя утеплителя;

Rmm — з,51 -

11

-+ — + 0,162 +

8,7 23

+

0,02 0,05

- + ■

Л

0,76 0,76

- 3,098

м

С

Вт

Тогда необходимая расчётная толщина экструзивного пенополистирола составит:

хтР — ^ RmP ут ~ ут ' Rym ,

Sym — 0,031 • 3,578 — 0,096 м.

(6)

С учётом промышленных размеров экструзивного пенополистирола принимаем общую толщину утеплителя 100 мм, а с учётом требуемой технологии укладки утеплителя — два слоя по 50 мм.

Тогда приведенное сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия

Ro2 — Re + кн + Rk

(7)

1 1

— + —

8,7 23

0,02

Ro 2 —-+ — + 0,162 + —— +

о2 ° " ^ 0,76

2 °С

0,10 0,05 „ м

+ ——+ —— — 3,638-

0,031 0,76

Вт

Ro2 — 3,638

м2 • °С > к* — 3,51м2 • °С

Вт

Вт

Таким образом, при устройстве утепленного чердачного перекрытия под скатной крышей достаточно двух слоёв экструзивного пенополистирола по 50 мм. Общая толщина чердачного перекрытия составит 290 мм.

Выводы:

1. Существующее конструктивное решение совмещённого покрытия жилого здания, расположенного по адресу ул. Ленина, 15, категорически не удовлетворяет требованиям энергосбережения, поскольку приведенное сопротивление теплопередаче Яо1 меньше требуемого значения более чем в 3,5 раза:

-2 о /1 -2 0 1

Ro1 —1,131-

м

Вт

>С < RJ — 3,989 м"

С

Вт

что в совокупности с теплотехнически неэффективным наружным стеновым ограждением в холодное время года создает крайне негативную микроклиматическую ситуацию.

2. Исходя из результатов сравнительного теплотехнического расчёта совмещенного покрытия жилого здания (покрытие № 1) и чердачного перекрытия под скатной крышей

Строительство и архитектура

(покрытие № 2), видно, что приведенное сопротивление теплопередаче покрытия № 2 (3,638 м °С/Вт) значительно больше, чем в покрытии № 1 (1,131 м2-°С/Вт), т. е. увеличение приведенного сопротивления теплопередаче покрытия составляет 2,507 м °С/Вт, что соответствует 222 % от первоначального значения. Это свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого варианта обустройства чердачной крыши жилого здания.

Библиографический список

3. На основе полученных результатов исследования установлено, что устройство скатной крыши с холодным чердаком и утепленным чердачным перекрытием целесообразно и необходимо. В то же время имеется необходимость проведения дополнительных исследований по оценке несущей способности строительных конструкций для устройства скатной крыши.

1. Совмещенные покрытия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://bstudy.net/656344/estestvoznanie/sovmeschennye_рокгуИуа дата обращения 08.01.2023.

2. Старшов, А. П. Крыша поехала. Может ли энергоэффективный дом иметь крышу без чердака? [Текст] //А. П. Старшов // Энергоэффективность в строительстве. — 2013. — № 6 (31). — С. 49-52.

3. Волкова, О. В. Исследование развития и решения проблем совмещенных покрытий зданий [Текст] / О. В. Волкова // Архитектура и дизайн. — 2022. — № 1. — С. 49-60; То же [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=38124.

4. Маклакова, Т. Г. Конструкции гражданских зданий [Текст] : учебник / Т. Г. Маклакова, С. М. Нанасова. — М. : АСВ, 2000. — 280 с.

5. Николаева, Е. К. Устройство площадки отдыха на крыше лабораторного корпуса ДонГТИ [Текст] / Е. К. Николаева, В. В. Псюк, О. А. Коняшкина // Сборник научных трудов ДонГТИ. — Алчевск : ГОУ ВО ЛНР «ДонГТИ», 2022. — Вып. 26 (69). — С. 50-59.

6. СП 17.13330.2017. Кровли. Актуализированная редакция СНиП 11-26-76 [Текст]. — Введ. 2017-12-01. — М. : Минстрой России, 2017. — 44 с.

7. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий [Текст]. — Введ. 2012-01-01. — М. : ОАО «Аналитик», 2012. — 96 с.

8. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях [Текст]. — Введ. 2013-01-01. — М. : Стандартинформ, 2013. — 11 с.

9. Каталог. Гидроизоляция. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.tn.ru/ catalogue/gidroizolyatsionnye-materialy.

© Николаева Е. К. © Усенко В. Н.

Рекомендована к печати к.т.н., доц. каф. СиА ЛГУ им. В. Даля Карапетян С. Х.,

к.т.н., доц., зав. каф. АД и СК ДонГТИ Бондарчуком В. В.

Статья поступила в редакцию 27.02.2023.

PhD in Engineering Nikolaieva E. K., PhD in Engineering Usenko V. N. (DonSTI, Alchevsk, LPR, ledilenanik@gmail. com)

THE FUNCTIONAL NECESSITY TO INSTALL SLOPED ROOFS IN RESIDENTIAL BUILDINGS WITH A COMBINED COVERING

An alternative to modernizing the combined covering of a five-storied residential building by replacing it with a sloped roof is proposed. The results of a theoretical study are presented, during which the actual value of heat transfer resistance of the existing combined covering and the value of heat transfer resistance of the proposed heat-insulated garret floor of the sloped roof are obtained. Key words: combined covering, sloped roof, heat transfer resistance, thermotechnical calculation.