Понимание и решение проблемы защиты крыши ото льда и снега (Опыт США)

Снег или накопление льда на поверхности крыши не могут быть проблематичными. Многие здания и системы крыши были правильно разработаны для условий эксплуатации в зимних условиях. Лучшая защита от опасных условий снега и льда — это проектирование здания, чтобы избежать их (в России широко используется услуга очистки крыши специализированными фирмами). Иногда это невозможно; часто это не рассматривается, или строительный дизайнер просто не осознает потенциальных проблем. Поскольку большинство зданий не предназначены для предотвращения проблем со снегом и льдом, проблемные условия должны быть определены до того, как будут рассмотрены решения. Ниже приведены условия, которые, по мнению авторов, неприемлемы для создания пользователей.

1. Утечка: внутренняя и внешняя инфильтрация влаги, вызванная снегом и льдом, считается неприемлемой, что является основной целью конструкции системы крыши. Не все утечки, вызванные снегом и льдом, проявляются как условия ледяной плотины на карнизах. Геометрия здания часто вызывает тени на нижних участках крыши, создавая холодные пятна на крыше, где может возникать переплавка расплавленного льда. Результатом может быть ледяное уплотнение в поле крыши. Разработчикам системы крыши рекомендуется учитывать форму здания и то, как это может повлиять на крышу в периоды снега и льда, а также заморозить и оттепель. Образование льда на стенах и вокруг дренажных систем крыши наносит ущерб.

2. Сосульки и ледяные карнизы в общественных местах: образование сосульков в местах расположения пещер и водосточных желобов обычно считается нормальным проявлением таяния и повторного замораживания снега. Формирование сосульки над районами, где нет ожидаемого движения ног или транспортных средств, чаще всего считается приемлемым, поскольку падающий лед не приведет к травме или повреждению. Все условия, которые допускают образование сосульки над тротуарами, входами, автостоянками и автомобильными дорожками, должны считаться неприемлемыми. Сосульки, которые могут вызвать повреждение крыш ниже или деформацию желоба, неприемлемы. Потенциал в долгосрочной перспективе для получения травмы, смерти или повреждения слишком велик, чтобы не считаться условием, требующим специального и специального рассмотрения.

3. Снежные горки: спонтанное и динамичное высвобождение снежной массы через систему крыши несет в себе потенциал для крупного ущерба здания, имущественного ущерба и телесных повреждений. Повреждения на крыше, такие как срезанные вентиляционные отверстия, перемещенные и поврежденные бордюры крыши и оборудование на крыше и повреждение самой системы крыши, возможны в условиях медленного скольжения. Проблема — поврежденный или разрушенный ландшафт, автомобили, строительные компоненты и оборудование, а также повышенное обслуживание дорожки и подъездных путей. Снежные горки несут риск травмы или восприятия личной опасности.

4. Загрузка (структурные проблемы): Твердые ледяные плотины, сосульки или карнизы значительной толщины и размера не являются необычными. Твердая квадратная нога льда весит около 62 фунтов (28 кг). Когда массы льда достигают от 2 футов до 3 футов (0,67 м до 1 м) и увеличиваются по толщине, существуют потенциальные проблемы структурной нагрузки.

Опасения, связанные с потенциальными проявлениями проблем.

1. Вторжение влаги: внутреннее и внешнее присутствие влаги, вызванное любым из этих условий, имеет потенциал для уничтожения отделки, материалов, мебели, оборудования или продуктов; повреждать стены и окна; создавать долгосрочные структурные проблемы; и, в худшем случае, поддерживать рост плесени и грибов. Эта последняя проблема проблемы подняла проблемы качества воздуха и здоровья. В США рост плесени, вызванный утечкой кровли и стен, вызывает огромную озабоченность. При отсутствии медицинских или экологических рекомендаций для умеренной заботы и даже истерии судебные награды могут быть значительными.

2. Строительный и имущественный ущерб: для целей настоящего документа ущерб зданиям и имуществу определяется как полное или частичное уничтожение компонентов оборудования, ландшафта и физического здания, помимо тех, которые могут возникать в результате проникновения влаги. Падающие сосульки, скользящий снег и падающие ледяные карнизы могут нанести значительный урон. Элементы ландшафтного дизайна могут быть раздавлены. Нижние системы крыши и даже крыши могут быть пробиты или повреждены. Известно, что просеивания, такие как вентиляционные отверстия, вытяжные вентиляторы, дымоходы, желоба и защитные ограждения для льда, как известно, срезаны. Водосточные желоба и дренажные системы часто повреждаются. Машины, механическое оборудование и имущество на земле также были уничтожены из-за движения льда. Ключевой проблемой для предотвращения этого ущерба является предотвращение перемещения снега / льда или предотвращение его образования в районах за пределами контролируемой зоны. Как только развивается плоскость с нулевым фрикционным движением, а снег и лед скользят, достигая силы импульса, мало что можно сделать, чтобы предотвратить выход массы из крыши, что привело к повреждениям.

3. Безопасность пользователей. Считается, что если скольжение, падение, падение снега и льда могут привести к повреждению зданий и разрушениям, травмам или смерти, это большие возможности. Ускорение льда и снега на пешеходных и автомобильных дорогах опасно и проблема обслуживания. Весьма опасны сосульки, большие колонны льда вдоль стен и водостоков и ледяные карнизы. Геометрия здания, конструкция и конструкция, которые приводят к этим условиям выше областей движения персонала, создадут ситуации бесконечной опасности. Нет времени для события, связанного с ледоколом; это просто происходит. Надеясь, что, когда никто не пострадал, он не считается защищаемой позицией в судах. Конструкция здания для предотвращения потенциально опасных условий должна быть первой линией защиты от повреждения здания и травмы пользователя.

Дизайн конструкций

Большую часть ущерба здания и телесные повреждения, вызванные снегом и льдом, можно было бы предотвратить, если бы инженер-архитектор, инженер или консультант по строительству крыши предприняли необходимые шаги для разработки этой проблемы. Ниже приведены параметры, которые следует учитывать в процессе проектирования системы крыши.

1. Климатологические данные. Как и при проектировании всей конструкции крыши, проектировщик должен начать с получения соответствующих климатологических данных. Для проектировщика системы крыши важно понять, что осадки и снегопады могут быть локализованы, и, следовательно, данные из максимально возможного района необходимы. В районах вокруг Великих озер нередко встречаются снегопады на расстоянии 6,5 футов (2 м) в радиусе 60 миль (100 км). Данные, которые необходимо получить, включают данные о снегопаде, состоящие из среднего зимнего снегопада, средней глубины снега в течение зимы и общего количества всех отдельных снегопадов. Авторы считают, что система крыши должна быть разработана для наихудшего сценария. Следовательно, общий ожидаемый снегопад следует использовать в качестве параметра проектирования. Например, в Чикаго ожидается, что восемь отдельных снегопадов пройдут на 48 дюймов (1,3 м). Если бы крыши в Чикаго были спроектированы для этих ожиданий в первые месяцы 2000 года, миллионы долларов в виде повреждений и невыразимых случаев сердечных сокращений могли быть предотвращены. Хотя получение и анализ данных является ценным упражнением, авторы признают и соглашаются, что лучшие образцы исходят от тех, кто работает в рассматриваемом климате, и имеют опыт, который может быть дополнен данными.

Дополнительные климатологические данные, которые необходимо учитывать, включают количество дней солнца и скорости и направления ветра. Важное значение имеют высота и солнечная радиация в горных районах.

2. Склон: Наклон крыши играет неотъемлемую роль в характеристиках движения снега, когда он накапливается на крыше. Нижние склоны, как правило, ограничивают движение снега, когда они накапливаются, что приводит к большей нагрузке и условиям ледопадов с его реформированной водой. Крутые склоны, как правило, теряют свои нагрузки. Общепризнано, что крутые склоны являются более разумным конструктивным решением, но когда учитываются все параметры конструкции крыши, геометрия здания и конструкция, низкий выбор может быть лучшим выбором.

3. Длина стропила: расстояние от кромки крыши до хребта обычно считается длиной стропила. В условиях, когда более высокая крыша стекает на нижнюю крышу с ее уклоном в том же направлении, длина стропила также должна включать длину от нижнего края кромки до хребта. Эта длина стропила используется для расчета объема воды, который достигнет самой нижней кромки крыши. Многие изготовители асфальтобетонных заводов и производители защитных мембран для защиты от ледяной защиты, по-видимому, основывают свои рекомендации на применении самоклеющейся защиты ледяного покрова на традиционном жилом строительстве, который имеет среднюю длину стропила от 16 до 24 футов (от 4,8 до 7,3 м ). Например, использование их рекомендаций в школах, которые часто имеют длину стропила более 70 футов (21,3 м), приведет к неудовлетворительным результатам.

4. Крыша: Тип кровельного покрытия и его текстуры поверхности индивидуально и как система in situ сильно повлияют на потенциал снега / льда для скольжения. Грубые поверхности или поверхности курса, такие как асфальтовая черепица и некоторые глиняные плитки, помогают предотвратить движение снега и льда, а гладкие поверхности глазурованной глиняной плитки и металла почти способствуют скольжению снега и льда. Как было предложено ранее, хотя обычно рекомендуется удерживать снег и лед на крыше, зная, как текстура покрытия крыши влияет на движение снега, может быть важным инструментом проектирования. Например, одному автору пришлось иметь дело с огромными ледяными карнизами и сосульками на снежных условиях, которые, хотя они и представляли известные проблемы личной безопасности из-за местоположения, также вызывают серьезную озабоченность по поводу хрупкого озеленения ниже, а также условий загрузки для крыша. Решение заключалось в установке медной бермудской шовной крыши на высоте 5 футов (1,5 м) от кромки карниза и асфальтовой черепицы выше. Медная кровля обеспечивает плоскость скольжения, благодаря которой даже самые тяжелые снеги удаляются в течение нескольких дней.

5. Вентиляция. Современная мысль, пронизывающая кровельную промышленность, требует использования вентиляции в качестве средства для создания холодного воздуховода под крышей, что предотвращает замерзание тепла и потери воздуха от таяния снега и льда. Хотя Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов (CRREL) исследовала это значительно в арктических районах, авторы нашли в полевых опытах и ​​наблюдениях в Среднем Западе Соединенных Штатов в более умеренном климате, что слишком большое внимание уделяется вентиляции. Это приводит к плохому дизайну, неправильной технике вентиляции и неспособности понять тот факт, что движение холодного воздуха в большинстве чердачных помещений и из них слишком мало для получения температуры ниже точки замерзания. Хотя вентиляция чердачного пространства может быть разумной, как и все другие параметры, ее нужно рассматривать как одну часть конструкции системы крыши. Решение о том, как и как мало вентиляции следует включать в конструкцию, основано на том, как крыша предназначена для работы. Вентиляция не может влиять на роль солнечной радиации на эти проблемы снега и льда, о чем свидетельствуют проблемы на неотапливаемых и открытых конструкциях и особые проблемы с крышами с южным воздействием.

6. Изоляция: в дополнение к внутренним потерям воздуха, потери тепла через крышу являются самой большой причиной таяния снега. Предотвращение потери тепла относительно легко благодаря использованию изоляции. Изоляция из стеклопластика является преобладающим типом изоляции, используемой в Соединенных Штатах в конструкции с крутым уклоном. Наиболее выгодное расположение изоляции максимально приближено к отапливаемому пространству, например, на потолке, а не в стропилах. Относительно низкая стоимость изоляции и ее большие преимущества заставляют авторов рекомендовать использовать два слоя необорудованной изоляционной втулки с общим значением R 50 или более. Первый слой должен быть размещен между стропилами; второй должен быть помещен перпендикулярно первому, что минимизирует тепловые шорты на стропилах. Предлагается использовать несмешанный материал с отдельным пароизоляционным барьером, установленным на теплой стороне изоляции, что обеспечит превосходные результаты по сравнению с изоляцией, которая создает слишком много кругов и зазоров.

7. Барьеры для воздуха / пара: в сочетании с теплоизоляцией первостепенное значение имеет обеспечение качественных барьеров на воздухе / паре. Минимизация потока теплого, насыщенного влаги воздуха вверх в чердак значительно уменьшит таяние снега и конденсацию на чердаке. Все проникновения в потолок необходимо заклеивать и запечатывать, включая вентиляционные трубы, выхлопные каналы, утопленное освещение и кабелепроводы. Важное значение имеет также надлежащее завершение на стенах конструкции.

8. Механика скольжения снега: понимание того, как и почему снежные горки важны для конструкции крыши. Независимо от наклона крыши или текстуры поверхности снег скользит, когда коэффициент трения приближается к нулю и существует почти идеальная плоскость сдвига. Конечно, есть ряд параметров, которые влияют на то, когда это происходит на самом деле, включая тип снега, как долго снег был на крыше, количество циклов замораживания-оттаивания, которое он прошел, и наклон крыши и тип материала. Когда возникают весенние или продолжительные периоды оттаивания, даже лед, закрепленный на крыше, может выйти из строя. Импульс — самый большой союзник снежного мешка. Если скользящий снег / лед может набирать существенный импульс, мало что можно остановить на слайде, и может произойти серьезный ущерб. Трение и барьер могут быть спроектированы, а импульс можно контролировать.

9. Гидроизоляционные мембраны защиты от льда: использование самоклеящихся мембран ледяной пломбы для защиты от воды и воды, забитых крышей, перетекает в систему крыши, стало обычным явлением и является уловкой для плохой конструкции крыши. Мало кто знает, что защитные гидроизоляционные мембраны защиты от льда являются последним материалом и не должны заменять собой хорошую конструкцию системы крыши. На рынке существует множество мембран различной толщины, материала и качества. Дизайнерам рекомендуется осознавать мембрану, процентные доли модификаторов SBS и способность обрабатывать внутренности. Грунтовка субстрата перед установкой рекомендуется во многих условиях — даже летом — для достижения стойкой связи с колодой. Применение холодной температуры должно быть сведено к минимуму, но, при необходимости, должно включать прокатку мембраны и тепловую сварку кругов. Опыт показывает, что традиционные гидроизоляционные системы, состоящие из войлочных войлоков и асфальтобетонных мастик, могут обеспечить большую толщину, прочность и герметичность и, следовательно, более длительный срок службы. Количество гидроизоляционных мембран, которые должны быть включены в дизайн системы крыши, является предметом большого обсуждения. Количество снега, замораживание-оттепель, стропила и шаг все способствуют его использованию. Рекомендации производителей мембран и гальки чаще всего мало используются. Мало того, что приложение над карнизом важно, но расстояние вверх от вертикальной плоскости внутренней пустоты тоже. В качестве базового условия авторы рекомендуют, чтобы все системы крыши с крутым склоном начинались с применения мембраны над навесом крыши независимо от ширины и высоты на 3 фута (1 м) за пределами внутренней поверхности внутренней стены. Для склонов 6-в-12 и ниже количество применений мембран для гидроизоляции ледяной плотины должно увеличиваться на 18 дюймов (0,46 м) на каждые 10 футов (3 м) длины стропила.

Использованные источники

  1. Hadock, R. ( 1999) “Use of Snow Retention Devices—Science or Science Fiction?” in Interface, pp. 9–15.

  2. Smith, T. L. (2001) “Design Considerations for Metal Roofs in Snow Country” in Metal Roofing, pp. 21 – 23.

  3. Tobiasson, W., J. Buska, and A. Greatorex (1996) “Snow Guards for Metal Roofs” reprinted from COLD REGIONS ENGINEERING, The Cold Regions Infrastructure: An International Imperative for the 21st Century; Technical Council on Cold Regions Engineering/ASCE, Fairbanks, Alaska, pp. 398-409.

  4. Tobiasson, W., J. Buska, and A. Greatorex (1994) “Ventilating Attics to Minimize Icings at Eaves,” in Energy and Buildings, Vol. 21, Elsevier, pp. 229-234.

  5. Tobiasson, W., T. Tantillo, and J. Buska (1998) “Ventilating Cathedral Ceilings to Prevent Problematic Icings at Their Eaves” in Interface, pp. 84-85.


Snow, Water and Ice: Understanding and Solving Water Backup and Ice Accumulation

Thomas W. Hutchinson, AIA, RRC Matt Millen