Арки – эффективные конструкции для перекрытия больших пролетов, т.к. их очертания можно приблизить к кривой давления и за счет этого оптимально использовать материал. Горизонтальные усилия (распор), возникающие в арочных конструкциях, уменьшаются при увеличении радиуса очертания арки. При этом увеличивается стрела подъема арки, а, следовательно, и строительный объем здания. Это ведет к увеличению затрат на отопление и приведенных затрат. Арки широко распространены в покрытиях спортивных зданий больших пролетов.
Пространственные конструкции – перекрестные покрытия, купола, оболочки, висячие покрытия.
Перекрестные покрытия бывают складчатые и сетчатые.
Для покрытий больших пролетов применяют складчатые покрытия из железобетона (до 50 м) и армоцемента (до 60 м). Они образуются плоскими взаимопересекающимися элементами поперек пролета. Складки бывают: прямоугольные и цилиндрические; пилообразные; в виде треугольных плоскостей; призматического типа; трапециевидного профиля и т.д.
Сетчатые покрытия из железобетона проектируют при пролетах до 50 м, а из стальных элементов – до 100 м. В этих покрытиях пересекаются железобетонные и стальные треугольники. Элементы работают в двух направлениях поэтому их высота меньше, чем балочных, - это уменьшает объем здания.
Перекрестные конструкции и системы с плоскими фермами и рамами делают открытыми внутрь помещений. Часто делают подвесные потолки, которые укрепляют к низу ферм.
Купол – наиболее древняя конструкция. Его применяли, т.к. можно подобрать такие очертания, при которых в элементах свода не возникают растягивающие усилия. В залах, где желательно создать большое воздушное пространство (рынки, спортзалы) и где нет больших текущих затрат на отопление, применяют различного вида купольные конструкции из монолитного или сборного железобетона, куполы-мембраны из стального листа толщиной 3 мм с подклеенным снизу утеплителем. Во временных залах выставок – из клеенопластиковых конструкций.
Висячие покрытия перекрывают пролеты до 100 м. Основные элементы этих покрытий работают на растяжение и передают нагрузки от покрытия на анкеры. Они имеют криволинейные очертания и представляют собой гибкие или жесткие нити, мембраны или висячие фермы. По конструктивным особенностям различают висячие покрытия: однопоясные; двупоясные; гипары (гиперболические параболоиды) и вантовые.
В висячих покрытиях несущими элементами являются стальные тросы. Они натягиваются через какую-либо опорную конструкцию и укрепляются растяжками. Достоинства висячих конструкций – экономия металла и более эффективное использование несущих элементов по сравнению с балочными и рамными конструкциями, т.к. тросы работают на растяжение. Недостатки: у висячих покрытий низкая жесткость, поэтому кровельный настил часто деформируется; трудно обеспечить отвод атмосферной влаги.
Однопоясные покрытия применяются чаще других, т.к. они технологичны в изготовлении, просты в монтаже. Ими можно придавать сооружению самую разную форму. Однопоясные покрытия состоят из системы радиальных или перекрещивающихся растяжек, которые передают горизонтальные усилия на жесткие рамы, рамы-стойки или балки-затяжки замкнутого контура. На растяжки навешивают плиты, и под этой нагрузкой нити-растяжки растягиваются. В это время между плитами омоноличивают швы, стыки заваривают. За счет упругих деформаций нитей происходит обжатие плит, и конструкция начинает работать как монолитная оболочка. В цилиндрических покрытиях создают небольшую кривизну покрова в направлении, перпендикулярном осям нитей. Это делается для отвода дождевых вод. С параболических систем в форме перевернутого купола вода поступает к центру покрытия и ее отводят внутренним водостоком. Стояки устраивают по периметру зала, а горизонтальные разводящие трубопроводы прячут в подвесном потолке. Самый простой отвод воды – с шатровых покрытий.
В двупоясных покрытиях применяют два вогнутых пояса, соединенных напряженными нитями. Наиболее распространены циркульные в плане конструкции. Нити по периметру крепят к внешнему кольцу, а в центре – к внутреннему. В зависимости от высоты центрального кольца систему можно делать вогнутой или выпуклой. Выпуклая система позволяет поднять центральную часть покрытия и за счет этого отвести воду к наружным стенам, не прибегая к горизонтальной разводке водостоков, и применить складчатую систему покрытия.
Гипары (гиперболические параболоиды) – это седловидные висячие покрытия. Они формируются в решетчатые мембраны двумя видами нитей. Одни нити несущие, а вторые – напрягающие. По периметру нити заделывают в замкнутый контур. По нитям укладывают плиты или диски. Их омоноличивают, предварительно подгружая балластом или натягивая несущие тросы домкратами. После этого напрягающие нити получают наибольшее напряжение и стыки плит, перпендикулярные этим нитям раскрываются. Их заделывают раствором на расширяющемся цементе. В результате конструкцию превращают в жесткую оболочку. Гипарами перекрывают сооружения, имеющие циркульное очертание плана.
Вантовые покрытия состоят из растянутых элементов – вант; конструкций, работающих на сжатие, - стоек и изгиб – балок, ферм, плит и оболочек. Эти покрытия могут иметь не только пространственную конструктивную схему, но и плоскую. В них используют прямолинейные стержни – ванты. Поэтому вантовые конструкции жестче, кинематические перемещения их элементов меньше, чем у других висячих покрытий.
Оболочки - одинарной и двоякой кривизны. Одинарной кривизны – цилиндрические или конические поверхности. Двоякой кривизны – выполняется в виде купола, эллипсоида. По структуре оболочки бывают: гладкие, ребристые, волнистые, сетчатые, монолитные и сборные.
Применяются еще пневматические перекрытия для перекрытия пролетов до 30 м. Они используются для временных сооружений. Бывают трех видов: воздухоопорные оболочки; пневматические каркасы; пневматические линзы. Воздухоопорные оболочки – это баллоны из прорезиненных или синтетических тканей. Внутри них создается избыточное давление воздуха. Применяются для спортивных сооружений, выставок. Пневматические каркасы – это удлиненные баллоны в виде отдельных арок с избыточным давлением воздуха. Арки соединяются в непрерывный свод с шагом 3-4 м. Пневматические линзы – это большие подушки, надутые воздухом, которые подвешиваются к жестким каркасным конструкциям. Используются для устройства летних цирков, театров.
4. Кровли
Кровли делают из листовых, штучных, рулонных материалов и мастик.
Листовые материалы – кровельная сталь, асбестоцементные волнистые листы и плиты на основе полимеров.
Из кровельной стали изготовляют картины покрытий скатов кровель, карнизные сливы, желоба, разжелобки, воронки и водосточные трубы.
Асбестоцементные листовые материалы по сравнению со сталью имеют преимущества: они мало теплопроводны, стойки против атмосферных и химических воздействий.
Покрытия на основе полимеров не нуждаются в антикоррозионной защите, высокопрочные и легкие.
Штучные материалы – это плоские плитки и черепица.
Рулонные материалы – рубероид, фольгоизол (лицевая сторона из металлической фольги), стеклорубероид, гидроизол, толь, толь-кожа, пергамин – в качестве пароизоляции), резинобитумный изол.
Мастики применяют самостоятельно как обмазочное покрытие кровли и для приклеивания рулонных материалов. В зависимости от вида вяжущего: битумные, резинобитумные, дегтевые, гидрокамовые, гидрокам-полимерные и полимерные.
Выбор кровельного материала – один из самых важных факторов, влияющих на внешний вид, комфортабельность и срок эксплуатации дома. Крыша выполняет множество функций: является верхней несущей и ограждающей конструкцией здания, предохраняет внутренние помещения от воздействий окружающей среды, создает эстетический вид строения и играет ведущую роль в архитектурном оформлении. На формирование облика крыши оказывают влияние климатические условия, ландшафт, национальные традиции и даже вероисповедание.
Кровельные материалы делятся на мягкие и жесткие. К жестким относятся: шифер, кровельное железо, металлочерепица, керамическая и бетонная черепица. К мягким относятся: рубероид, кровля на основе битума, покрытия из композиционных и полимерных материалов на основе каучуков и термопластов.
От использования шифера давно отказались во всем мире, т.к. асбест – сильный канцероген. В нашей стране шифер еще широко применяется в связи с низкими ценами на него.
Отличной заменой шиферу является экологичный ондулин. Это легкий, прочный листовой материал, имеющий волнообразный профиль. Ондулин водонепроницаемый, влагоотталкивающий, устойчивый к грибкам, химикатам, перепадам tо и сильным морозам. Кроме того, он способен подавлять шумы извне.
На смену рубероиду приходят такие материалы как изопласт, гидростеклоизол, бикропласт, филизол и т.п. они более прочны. Эти полимерные материалы отличаются др. от друга сроками службы и допустимыми перепадами температур.
Для скатных крыш используется рулонный кровельный металл различного вида (герметичность, долговечность, срок службы – 100 лет).
Вид кровли и конструкцию подстилающего слоя предопределяет материал покрытия.
Стальные кровли настилают, собирая листы в картины лежачими фальцами (одинарным и двойным). Между собой картины соединяются стоячими фальцами (одинарным и двойным).
Лежачие фальцы располагают поперек уклона, а стоячие – вдоль. Картины укладывают так, чтобы лежачие фальцы размещались вразбежку.
В едновах, у карнизов и на скатах с малым уклоном, где вода, образуемая при таянии снега, может задерживаться, листы стыкуют двойными фальцами, а в остальных местах – одинарными. Фальцы должны быть промазаны суриковой замазкой.
Основание кровли – обрешетка из деревянных брусков сечением 0,05 на 0,05 м, настилаемых с шагом 0,25 м. В ендовах и на карнизах делают сплошной настил шириной 0,5-0,7 м. К брускам обрешетки прибивают кляммеры – узкие полоски кровельной стали. Их заводят в стоячие фальцы и загибают вместе с ними и так крепят кровлю. Свесы карнизных листов закрепляют к настилу с помощью Т-образных костылей.