По сравнению с другими конструкциями и элементами зданий крыша в значительно большей степени противостоит негативным явлениям природы: зимой – тяжелому снежному покрову, который способен при совокупности отдельных факторов образовывать на крыше ледяные глыбы; весной – талой воде; летом – нагревающим и раскаляющим кровлю солнечным лучам; осенью – проливным дождям и граду. А также постоянно активному в течение всего года ветровому напору. Воздействия могут изменяться по величине, времени действия, степени повторяемости. Крыша подвергается воздействиям целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри его. При проектировании крыш к числу негативных факторов, в частности, относятся:
- атмосферные осадки;
- ветер;
- солнечная радиация;
- температурные влияния наружного и внутреннего воздуха;
- тепловой подпор изнутри здания;
- водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе здания;
- жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов;
- химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе;
- механические нагрузки.
Также при проектировании крыш, особенно крыш мансардного типа, важно понимать, что учет климатических факторов выполняется в совокупности с учетом геометрических размеров здания.
Атмосферные осадки
Функция предохранения здания от атмосферных осадков возлагается на самый верхний элемент крыши – кровлю. Покатость крыши, материал кровли играют весьма важную роль в архитектуре зданий небольшой этажности. Необходимо также принимать во внимание и климатические условия места строительства. Делать кровлю непроницаемой для воды, когда она представляет горизонтальную плоскость, весьма затруднительно и дорого, поэтому для зданий небольшой высоты лучше проектировать крышу покатой, чтобы обеспечить свободный и быстрый сток воды. Это повышает надежность крыши. Чем крыша круче, тем быстрее с нее стекает вода. Вместе с тем более крутая крыша обходится дороже, так как поверхность крыши увеличивается. В районах со значительными снегопадами желательно избегать отложений снега, имея в виду, что при уклоне скатов более 45° и гладкой поверхности кровли снег не держится на крыше. При проектировании мансардных крыш особенно важно избегать возникновения снеговых мешков, так как это увеличивает нагрузку на стропильную систему, ухудшает освещенность. Важно учитывать вышеперечисленные факторы при размещении здания на участке. Здание целесообразно располагать глухой стеной и более крутым скатом в сторону преобладающих холодных ветров, это позволяет сохранить немало тепла в ветреную погоду. При использовании многих материалов атмосферные осадки при небольших уклонах кровли, особенно при сочетании неблагоприятных погодных условий (дождь или снег, сопровождаемые сильным ветром), могут проникать под кровельное покрытие. В этих случаях под кровлей устраивают дополнительный гидроизоляционный слой, являющийся вторым рубежом защиты от атмосферных осадков. В Западной Европе в эпоху Возрождения в качестве кровельного материала применяли свинец, листы спаивались оловом. Таким образом, кровля могла быть практически горизонтальной, так как становилась совершенно непроницаемой для проникновения влаги. Однако применять такую кровлю можно было только в южных районах, где не было необходимости очищать ее от снега.
Влияние ветра
Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его. В результате вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления. Величина возникающего отрицательного давления, оказывающего на крышу отрывающее действие, зависит от многих факторов. Наиболее неблагоприятен в этом плане ветер, дующий на здание под углом 45°. Отрывающая сила ветра может оказаться достаточной для повреждения кровли: отрыва части покрытий, вздутий. Особенно она возрастает, когда усиливается давление внутри здания из-за проникновения воздуха через открытые двери и окна с подветренной стороны. Поэтому, чтобы исключить риск повреждения крыши, делают дополнительное механическое крепление кровельного материала к основанию. В районах со значительной величиной ветрового напора (более 5 м/с) высокие крыши нерациональны. При крутой крыше приходится делать стропила более надежными, способными воспринимать ветровой напор, что, в свою очередь, ведет к большему расходу материала, а, следовательно, и к удорожанию всей конструкции крыши. При проектировании крыши важно учитывать, что любые выступающие над плоскостью кровли элементы существенно увеличивают парусность крыши. Прослеживается закономерность: чем положе крыша, тем меньшее влияние выступающие кровельные элементы оказывают на ее сопротивление ветровому воздействию.
Солнечная радиация
Различные кровельные материалы обладают разной чувствительностью к солнечной радиации. Так, например, солнечное излучение практически не оказывает влияния на керамическую и цементно-песчаную черепицу. Рулонные кровли с мастиками на основе битумных материалов очень чувствительны к солнечной радиации. Под палящими лучами битум нагревается, увеличивается его текучесть, изменяются его линейные расширения, что отрицательно сказывается на герметичности кровли. В южных районах, где значительная солнечная радиация, не рекомендуется пологая кровля темных тонов. Такую кровлю следует защищать светоотражающими материалами: минеральные посыпки, щебень белых цветов. Глухую стену и более крутой скат крыши следует располагать в сторону преобладающих холодных ветров. Это позволяет сохранить немало тепла в ветреную погоду. Крутой скат в данном случае следует оборудовать увеличенным свесом, что позволит защитить стены дома от атмосферных осадков.
Температурно-влажностное воздействие
Чердачные скатные крыши, как правило, не утеплены. Как известно, теплый воздух, будучи легче холодного, всегда поднимается вверх, поэтому температура воздуха под потолком в среднем на 2 °С выше, чем посредине высоты помещения. При одинаковой теплоизоляционной способности стен и чердачного перекрытия потери тепла через перекрытие всегда будут больше. В связи с этим к теплозащите чердачного перекрытия предъявляются более жесткие требования, чем к наружным стенам. Недостаточная или неправильная теплоизоляция такого перекрытия приводит к быстрому и постоянному образованию сосулек на свесах крыши. Снег, подогреваемый снизу теплом, проходящим через плохо утепленное перекрытие, подтаивает, и вода, стекающая с крыши, превращается в сосульки. Воздух на чердаке в зимнее время переувлажняется вследствие паров влаги, проникающей из внутреннего помещения через неплотности чердачных перекрытий. Зимой в пределах чердака температура воздуха вследствие поступающего снизу тепла выше у перекрытия и более низкая под кровлей. В результате на конструкциях покрытия возможно выпадение конденсата (при t > 0 °С) или инея (при t < 0 °С). Капая, конденсат увлажняет чердачное перекрытие, ухудшая его теплозащитные свойства. Поэтому необходимы меры по интенсивному проветриванию чердака и защите утеплителя. Качественное устройство пароизоляции со стороны внутреннего помещения позволит практически исключить переувлажнение воздуха. В зоне, прилегающей к карнизу, утеплитель покрывается водозащитной пленкой или стяжкой, предохраняющей его от намокания стекающими каплями конденсата. Все пространство чердака должно обязательно проветриваться. Естественная вентиляция предохраняет утеплитель зимой от переувлажнения воздуха, а летом от перегрева. Предусматривают проветривание через жалюзийные решетки слуховых окон, равномерно размещенных вдоль здания так, что низ слухового окна находится на 1–1,2 м выше верха чердачного перекрытия. Наиболее рационально располагать вентиляционные отверстия под свесом кровли равномерно по периметру здания и в коньке крыши по всей длине.
Химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе
В больших городах или вблизи крупных предприятий в атмосфере наблюдается достаточно большая концентрация химически агрессивных веществ, например сероводорода и углекислого газа. Поэтому для всех элементов крыш и особенно для кровли в таких районах необходимо применять материалы, стойкие к химическим веществам.
Воздействие жизнедеятельности насекомы и микроорганизмов
Существенный ущерб деревянным элементам скатной крыши способны нанести различные насекомые и микроорганизмы. Среда с повышенной влажностью для них особенно благоприятна. Нарушение осушающего режима в процессе эксплуатации приводит к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций. Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности так называемых «домовых грибов», разрушающих целлюлозу древесины. В тех случаях, когда одними конструктивными мерами невозможно обеспечить защиту деревянных конструкций, их обрабатывают специальными химическими препаратами-антисептиками.
