Глава 1. Климат и погода
Стандарты и специальные правила составляются в прошлом. Строительство же ведется для будущего. Ответственные специалисты, связанные со строительством, знают об этом противоречии (Эрнст, 2002) и действуют соответствующим образом.
Кто в наши дни выполняет строительные работы ответственно, тот обращает особое внимание на бесспорно нарастающие вследствие изменения климата и постоянно обсуждаемые опасные явления погоды. Уже на протяжении многих лет в специальной литературе утверждается: «Климат изменяется, поэтому и крыши тоже должны изменяться». По словам Хаусхофера (2001, 2002), нет других известных путей, кроме как уплотнять плоские кровли согласно знаниям прошлых столетий. Построенные сегодня крыши должны долгосрочно функционировать и при измененных климатических условиях.
Периодичность и интенсивность зимних бурь, сильных дождей и выпадения града значительно изменилась. Это означает, что минимальные требования, указанные в нынешних специальных правилах, уже недостаточны, и поэтому при проектировании и выполнении строительных работ необходимо опираться на верхнюю границу таких предписаний.
В особо незащищенных местах и областях с большим количеством природных катастроф (см. рис. 1) необходимо в каждом отдельном случае использовать особые оценки/расчеты. Проведение такой оценки выявляет профессионализм специалиста.
«Сегодня строительные сооружения проектируются и строятся архитекторами на основе знаний и опыта последних 20–30 лет, хотя сейчас необходимо, как никогда прежде, учитывать всем известные проявления изменения климата» (Хаусхофер, 2002).
«Снова и снова обнаруживается, что в непогоду подверженность сооружений повреждениям, несмотря на соблюдение всех строительных норм и расчетных значений, скорее увеличивается, чем уменьшается» (Берц, 1999).
«Проектировщики знают об изменениях климата, – это общеизвестно. Тот, кто их не учитывает, допускает халатность» (Эрнст, 2003).
1.1 Ветер, буря, ураган
Уже на протяжении нескольких лет зимние бури являются следствием изменений климата. Они вызываются интенсивными циклонами в районах с большими горизонтальными температурными колебаниями, то есть в переходных областях между теплыми субтропиками и холодным полярным воздухом.
Сильные зимние бури возникают вследствие взаимодействия многочисленных процессов. Во время урагана «Лотар» компьютерные модели показали, что существенную роль играет конденсация водяного пара при возникновении и интенсификации системы над Атлантическим океаном. Наука предсказывает увеличение содержания водяных паров в атмосфере, что может усилить их влияние на интенсивность и частоту бурь (Вернли, 2001).
В связи с этим не стоит забывать, что в последнее время методы строительства тоже изменились. Стало возможным использовать более легкие и тонкие конструкции. «Это привело к тому, что воздействие ветровой нагрузки на собственный вес конструкции выступает на передний план и в значительной мере определяет расчет параметров. Для проекта несущей конструкции в таком случае необходима приближенная к реальности модель ветровой нагрузки и ее воздействия на несущую конструкцию» (Ниманн, 2002).
1.1.1 Фён
Наряду с классическими западными бурями с северной стороны Альп задувает еще и фён. В Германии, Австрии и Швейцарии из-за этого могут возникать экстремальные погодные проявления, особенно в долинах севернее главного горного хребта Альп. Там течение фёна распадается на потоки и ускоряется. Поэтому, как правило, следует исходить из того, что в большинстве долин, где дует фён, порывы могут достигать 100 км/ч и более. В Швейцарии можно рассчитывать и на 140 км/ч (в 10-годичном ритме).
«На сегодняшний день еще не ясно, насколько часто будут возникать фёны, если рассматривать этот вопрос с точки зрения глобального изменения климата. Но что совершенно ясно, так это очень тесная связь фёна с определенными метеорологическими условиями и их региональными характеристиками. Поэтому нужно дождаться надежного прогноза дальнейшего развития метеорологических условий в регионах» (Хахлер, 2001).
1.1.2 Ветровая нагрузка
«Стандарты ветровой нагрузки служат для расчета воздействий, которые оказывает нормальный ветер совместно с другими погодными проявлениями на несущие конструкции строительного сооружения. Стандарты являются основой для правильного расчета несущей способности конструкции и свидетельством ее пригодности к эксплуатации» (Ниманн, 2002).
Новая карта ветровых зон, согласно стандарту E DIN 1055-4 (апрель 2002, см. рис. 3), учитывает скорректированные с 1980 г. данные и методы оценки. Карта выполнена на основе метеоданных 183 станций Немецкой метеорологической службы (DWD).
Насколько точно имеющиеся правила учитывают существующие требования, следует оценивать в каждом случае отдельно. Здесь применимы современные знания об изменении климатических условий и указания о возможном ущербе для страховщиков недвижимости.
В соответствии со специальными правилами для кровель – «Инструкцией для плоских кровель» – при проектировании следует определить необходимые мероприятия и виды работ для защиты прилегающих слоев от поднятия силами ветра и представить детальное описание в конкурсной документации.
Сегодня исходными данными для расчетов служит изображенная в правилах – «Рекомендациях для расчета нагрузки» – карта ветровых зон (см. рис. 2). Действующие же нормы ветровой нагрузки (выпуск 8.86) «предполагались прежним комитетом как временные, пока окончательно не будут разработаны новые с целью создания основы для приближенного к реальности и общепринятого описания воздействия ветра на любую строительную конструкцию» (Ниманн, 2002). Целью полной переработки стандартов было создание с помощью более точных расчетов приближенных к реальности норм воздействия ветра. Однако это не исключает в каждом отдельном случае проведения испытаний для конкретного объекта.
SIA 271 (1986) указывает на расчет ветровой нагрузки в зависимости от объекта и требует постоянного контроля над свободно обдуваемыми кровлями: «…расчет креплений на основе подъемной силы ветра согласно SIA 160 с учетом коэффициента сопротивления 3. Подтверждение расчета получаем в зависимости от объекта». В основе SIA 160 (1989) находятся климатологические карты, которые дают общее представление о средних скоростях и сильных порывах ветра в зависимости от области и высоты над уровнем моря. По карте с помощью физического уравнения можно определить давление ветра в зависимости от его скорости и затем ввести показатель в расчетный метод.
«Кровельные поверхности без защитных слоев следует проверять как минимум каждые два года» (SIA 271). Ссылаясь на пункт 8.2 «Должностные обязанности составителя проекта», в этот процесс эффективно включают проектировщика, так как в его обязанности, среди прочего, входит «подготовка конкретных рекомендаций по техническому обслуживанию» для застройщика.
Наряду с SIA и правилами по технике пожарной безопасности при проектировании, выполнении строительных работ и техническом обслуживании крыш с уплотнителями следует также учитывать:
● законодательство кантонов;
● закон о страховании зданий с прилагаемыми регламентами.
От страховщиков зданий получают различные инструкции и рекомендации с нормативами. Закон о страховании зданий, например, в кантоне Люцерн говорит о том, что «в качестве исключения разрешается использовать свободно обдуваемую кровлю. Соответствующие заявления подаются с обоснованием и детальным описанием конструкции и материалов» (Страхование зданий в кантоне Люцерн, 1999).
В действующих стандартах для крыш с уплотнением (Önorm B 7220) говорится о расчете ветровой нагрузки на основе стандартов Önorm B 4014-1. Отсюда можно рассчитать количество крепежных элементов (в зависимости от объекта).
1.1.3 Штормовые риски
Из-за более резкого проявления климатических изменений в будущем следует предполагать учащение интенсивных бурь. В настоящее время еще не представляется возможным узнать, являлись ли события, происходившие за последние годы, случайным совпадением или же началом характерной тенденции. Правильные высказывания на основе отдельного анализа тоже не исключены.
Однако, даже если нет научных доказательств риска возникновения бурь, мы должны, исходя из принципа предусмотрительности, предполагать обострение положения в Центральной Европе, то есть увеличение частоты и интенсивности как зимних, так и локальных бурь.
Примерный расчет показал необходимость дополнительного механического крепления для соответствующей ветровой зоны. Основу для расчета составляют следующие предполагаемые значения для L-образного здания:
● кровельная конструкция с трапецией. Расстояние до верхнего пояса: 28 см;
● кровельное изоляционное покрытие, свободно уложенное, свободно обдуваемое, механически закрепленное. Высота: 10,0 м. Уклон крыши: 1,5°.
Расчеты были выполнены с помощью программы MF WINDSOG, версия 3.7. Следует сравнить количество креплений в ветровых зонах I, II и III. Дополнительная потребность в креплениях, если сравнивать зоны I и II, составляет около 5 %, а разница между зонами II и III составила около 7 %. Это показывает необходимость дополнительных расходов порядка от €0,15 до €0,28/м2 (от ветровой зоны I к ветровой зоне II) и около €0,30 до €0,55/м2 (от ветровой зоны II к ветровой зоне III) в зависимости от качества материала креплений.
Пониженное давление срывает крыши
«Уравнение Бернулли, которое здесь применяется, гласит, что из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает. Возникающее при этом пониженное давление может привести к тяжелым повреждениям здания. Подъемная сила ветра на скатной крыше гораздо больше, чем на плоской» (Слонго, 2000).
В расчете на площадь порядка 1450 м2 общие расходы на крышу повысятся:
● от €217 до €406 (от ветровой зоны I к ветровой зоне II);
● от €435 до €798 (от ветровой зоны II к ветровой зоне III).
Примерный расчет показал, что за счет относительно небольших дополнительных затрат можно компенсировать повышенные воздействия, вероятные в будущем. Учет повышенных требований к подъемным силам ветра основывается на точных географических и метеорологических знаниях и показывает профессионализм специалиста (Эрнст/Лехлер, 2004).
Требования к креплениям берутся из действующего по всей Европе с 2003 г. стандарта ETAG 006 – Механически закрепленные кровельные системы (см. главу 2), а также национальных специальных правил, например:
SIA 271/3.41.3: «Механические свойства креплений не должны значительно ухудшаться в течение всего срока эксплуатации плоской кровли из-за коррозии или процесса старения»;
ÖNORM В 7220: «Крепежные элементы должны быть выполнены из коррозионностойкого материала».
Обычно используют такие общие формулировки, как «нержавеющие», «коррозионностойкие» крепления или крепления из «нержавеющей стали». Однако следует заметить, что под такие понятия подпадает более 200 сплавов, у которых эффективность защиты от коррозии существенно различается:
а) нержавеющая сталь с мартенситной структурой обозначается во всех англоговорящих странах как 400-я серия. Сплав содержит мало хрома, необходимого для образования пассивирующего слоя. Изготовленные из него крепления едва ли могут противостоять коррозии. Они не предназначены для долговечного кровельного и стенового крепления;
б) нержавеющая сталь с ферритовой структурой содержит 12–30 % хрома. Такая сталь обладает низкой пластичностью и тяжело отверждается. Из этого следует, что нержавеющая сталь с ферритовой структурой также не подходит для изготовления креплений, применяемых в строительной индустрии;
в) нержавеющая сталь с аустенитной структурой содержит минимум 17 % хрома и 8 % никеля. Такой сплав широко применяется в строительной индустрии, где необходима хорошая защита от коррозии;
г) крепления из аустенитной нержавеющей стали Grade 304, известной в англоговорящих странах как 300-я серия, должны изготавливаться по специальной технологии. Они содержат 18–20 % хрома и 8–10 % никеля. Такие крепления обеспечивают оптимальную защиту от коррозии.
В Великобритании такие нержавеющие крепления называют «lifelong» (на всю жизнь) и применяют в зданиях со сроком эксплуатации более 30 лет (британские стандарты BS 7543-1992). К сожалению, нержавеющие крепления везде, за исключением Германии, где уже многие годы существуют соответствующие правила, применяются только на престижных сооружениях, на строениях вблизи побережья или же в очень агрессивной атмосфере. Нержавеющие крепления вышеназванного качества должны включаться в проектирование (рекомендация с форума экспертов http://www.sfs.ch).
НЕРЖАВЕЮЩИЕ КРЕПЛЕНИЯ
Ошибочно думать, что нержавеющие крепления стоят дорого. Известно, что доля расходов на крепления в совокупных затратах строительства довольно низкая.
Экономия на нержавеющих креплениях означает экономию на собственном спокойствии. Нержавеющие крепления обеспечивают безопасность. Все остальное грозит риском, на который не стоит идти.
Приклеивание всей поверхности битумных уплотнений является старейшим способом крепления. При этом различают закрепление привариванием, наливом или самоприклеивание «на холоду». При условии, что все слои комплекта уплотнительных материалов выдержат оказываемое на них давление ветра, такие крыши будут защищены от подъемной силы ветра. Особое значение стоит уделить приклеиванию крыш с открытой опорой (например, стальной трапециевидный профиль без герметизации в области стыков, перекрытий и соединений), поэтому в инструкциях четко указывают на следующее: