Аварийный водосток с кровли

К проблеме расчета внутренних водостоков зданий с аварийными водосбросами

On Problem with Calculation of Internal Water Downpipes of Buildings with Emergency Water Discharges

A. A. Otstavnov, Candidate of Engineering, Senior Researcher, Honorable Builder of Moscow

Keywords: internal downpipe, roof, roof cone

Rains in the recent years have been of excessive intensity, and they require construction of emergency water discharges in addition to the internal downpipes of buildings. However there are no recommendations on their calculation. The article presents the author’s approach to this problem.

Выпадение в последние годы дождей сверхнормативной интенсивности требует устройства аварийных водосбросов в дополнение к внутренним водостокам зданий. Однако какие-либо рекомендации по их расчету отсутствуют. Здесь излагается подход автора статьи к этой проблеме.

К проблеме расчета внутренних водостоков зданий с аварийными водосбросами

А. А. Отставнов, канд. техн. наук, ст. н. с., почетный строитель Москвы

Выпадение в последние годы дождей сверхнормативной интенсивности требует устройства аварийных водосбросов в дополнение к внутренним водостокам зданий. Однако какие-либо рекомендации по их расчету в основном для сантехников нормативе [1] отсутствуют. Здесь излагается подход автора статьи к этой проблеме.

Сегодня плоскими кровлями обустраиваются не только производственные или коммерческие здания, такой вид крыши можно увидеть на любом сооружении, даже на жилых домах [2]. Объясняется это просто. Во-первых, цена обустройства плоской кровли невысока. Поэтому многие отдают предпочтение именно ей. Во-вторых, она имеет оригинальный вид и многофункциональна, позволяет использовать пространство крыши для разных целей. Плоская крыша – это гидроизоляционный материал, который уложен в несколько слоев на специальную основу из битума.

В п. 8.7.1 раздела 8.7 [1] «Внутренние водостоки» правило, касающееся дождевых и талых вод, требует, чтобы их отвод с кровель зданий и сооружений обеспечивали внутренние водостоки. Там же (табл. 7) установлены значения расчетных (п. 8.7.9–8.7.11) расходов Q_р = 10, 20, 50 и 80 л/с, которые должны сбрасываться по стоякам диаметрами не менее D_р = 85, 100, 150 и 200 мм соответственно.

В [3] отмечается, что «cистема внутренних водостоков, рассчитанная на эти расходы, получается порой громоздкой и неэкономичной. Уменьшить величину расчетных расходов при сохранении назначенной обеспеченности крыши от перегрузок можно устройством «специальных водосбросов в дополнение к основным внутренним водостокам. В этом случае водосброс устраивают в виде проема в парапете (рис. 13)» (здесь – рис. 1. – Авт.).

Если с этим в общем можно согласиться, то с рекомендациями, вытекающими из рис. 1, согласиться нельзя.

Схема аварийного водосброса при парапетах: а – низком, б – высоком; 1 – парапет, 2 – стальной лист, 3 – ендова; hр – толщина слоя выпавших на кровлю дождевых осадков

Парапетом называется кровельная конструкция, располагающаяся по периметру крыши и представляющая собой непрерывное вертикальное ограждение. Парапет – это не только дизайнерское решение, а обязательный элемент здания с плоской крышей. Парапет предназначен: для предотвращения падения с крыши людей, снежного покрова и различных предметов; для исключения механических повреждений краев кровельных покрытий от ветровых нагрузок; для придания крыше дома архитектурной эстетичности; для скрытия различного инженерно-технического оборудования (например, вентиляционных и кондиционирующих устройств); для предотвращения распространения огня. Парапет указывает границы крыши и защищает ее от ветровых потоков – без парапета кровля может быть сорвана или вовсе разрушена. Также парапет отвечает за отвод влаги, которая образуется на кровле после дождя или других атмосферных осадков. Если его не соорудить, то вода будет течь по стенам. Со временем избыток жидкости может привести к размыванию содержащегося в стеновом материале цемента, и стены начнут разрушаться. Парапет направляет дождевые стоки в специальный водоприемник, который устанавливается на крыше и тем самым сохраняет и продлевает срок службы всего здания, в зависимости от своей конструкции они бывают:

• бетонные или железобетонные – их можно встретить в высотных домах панельного типа;
• кирпичные, являются продолжением непосредственно стен здания;
• металлические, представлены в виде металлических профилей, которые крепятся на специально подготовленные защитные детали. В основном в качестве такого парапета используют нержавеющую сталь, поскольку оцинкованная в процессе эксплуатации может разрушиться вследствие коррозии;
• комбинированные, включают в себя несколько разных материалов. Самый яркий пример такого парапета – металлические перила, которые прикреплены на основание из кирпича или бетона.

Устраивается парапет с соблюдением установленных правил [4]. Так, на плоской кровле построек высотой менее десяти метров разрешается не устраивать парапет. А на тех, у которых высота более десяти метров, наличие парапета обязательно. И совершенно не важно, эксплуатируется кровля или нет. При использовании крыши с разными целями устраивать парапет необходимо во всех случаях, причем количество этажей или высота здания не имеет значения. Высота парапета h_п должна находиться в диапазоне от 45 до 120 сантиметров. Иногда верхняя часть парапета делается крепкой и прочной, чтобы предотвратить возможность преждевременного его разрушения от воздействующего на него дождя, ветра и снега. Применяют для этого оцинкованную сталь, медь, дополнительный слой бетона или гидроизоляцию рулонного типа.

Вес снеговых нагрузок для территорий России (выкопировка из [7])

В [2] также отмечается: «…размеры проема в парапете следует определять на основе гидравлического расчета. Частоту действия водосброса (1 раз в 5 лет, 1 раз в год и т. п.) следует назначать из экономических соображений, исходя из величины ущерба, который может принести действие водосброса». Здесь можно предполагать, что расчетный расход Q_р можно разделить на основной Q_ро и специальный Q_рс (Q_р = Q_ро + Q_рс) и для этих расходов определять диаметры стояков (по Q_ро) и размеры проема в парапете (по Q_рс).

Как показывает анализ [5, 6], в рамках рассматриваемой темы всегда имеется возможность полностью использовать высоту парапета hп. Однако в любом случае при самых интенсивных дождях на территории России должно соблюдаться неравенство, в котором высота парапета должна быть больше высоты затопления h_max (толщины слоя дождевой воды, которая может находиться на крыше)

где h₁, h₂, h₃ и h₄ – высоты частей высоты парапета, приходящиеся на объемы дождевых вод, смачивающих кровлю и элементы на ней Q₁, Q_ро, аккумулирующихся Q_а и сбрасываемых Q_рс.

Здесь следует заметить, что в процессе водоотвода выпадающего дождя по внутреннему водостоку Q_ро и «специальному водосбросу» Q_рс принятые для расчетной интенсивности объемы дождевых вод Q₁ и Q_а будут оставаться const. Вследствие этого величины напоров, которые определяют, как правило, пропускные способности водопропускных устройств (проемов в парапете и водосборных воронок) целесообразно принимать для дождевых стоков:

Это – с одной стороны. С другой стороны, объем дождевых вод, накапливаемых на плоской крыше, не должен по своему весу превышать снеговую нагрузку (рис. 2), принятую при прочностных расчетах покрытия здания, сооружения.

При этом максимальный по высоте (h_ро) столб воды на крыше не должен создавать статическую нагрузку на парапет, превышающую нормативные [4] требования к ограждениям плоских крыш.

Водосточная воронка SitaStandard DN100 с вертикальным выпуском: а – чертеж, б – общий вид

В зарубежной практике также в дополнение к основным внутренним водостокам зданий с плоскими кровлями устраиваются «специальные водосбросы», которые называются также «аварийными водоотводами». Однако они отличаются от водосбросов, приведенных на рис. 1, так как устраиваются с использованием водосточных воронок, подсоединяемых к трубопроводам (внутренним либо наружным), но ни в коем случае не к основным внутренним водостокам.

Устройство аварийного водоотвода немецкими специалистами связывается [8] с необходимостью обеспечения требуемого уровня безопасности и предотвращения возможного ущерба путем удаления с кровли всех выпадающих на нее дождевых вод, так как практически каждый случай обильных осадков может создавать экстремальную нагрузку для крыши. Исходят при этом из того, что переполнение водосточных трубопроводов будет сопровождаться накапливанием на крыше дома больших объемов дождевой воды, что может сопровождаться непредвиденными рисками для конструкций крыши и других элементов здания. Именно по этой причине европейским DIN EN12056–3 [9] и немецким DIN1986–100 [10] стандартами нормируется, в отличие от российского свода правил [2], требование одновременно с внутренними водостоками обустраивать здания, сооружения системами аварийного водоотвода с тем, чтобы каждая плоская кровля справлялась с «пятиминутными сверхинтенсивными дождевыми осадками, бывающими раз в 100 лет». Для этого EN и DIN предписывают, чтобы при проектировании в обязательном порядке учитывались два основных параметра: пятилетний расчетный модуль дождевых осадков r_(5,5) и столетний модуль осадков r_(5,100) – пятиминутный дождь сверхвысокой интенсивности, способный превысить показатель в 1000 л/с·га (литров в секунду на один гектар). Значения r_(5,5) и r_(5,100)следует принимать на основе статистических данных гидрометеорологических наблюдений в местах нахождения здания, сооружения.

В [7] приводится пример расчета системы водоотвода для плоской кровли (облегченная конструкция, местонахождение: Дортмунд, Германия).

В качестве исходных данных для расчета были взяты следующие значения: площадь: F = 30×50 м = 1500 м 2 ; расчетный модуль дождевых осадков r_(5,5) по [9] = 302 л/(с·га); столетний модуль осадков r_5,100) по [10] = 526 л/(с·га); коэффициент стока по [10] C = 1,0; макс. высота затопления (по данным проектировщика несущей конструкции) h_max = 75 мм; высота подпора для основного водоотвода (определяется проектировщиком) h_ро = 35 мм и высота подпора для аварийного водоотвода h₄ = 40 мм.

Были определены расходы для основного и аварийного водоотводов (табл. 1).

При определении необходимого количества воронок использовались [9] данные их изготовителей.

В этом же примере сначала было определено количество водосточных воронок для основного водоотвода. Для расчета были выбраны водосточные воронки SitaStandard DN100 с вертикальным выпуском (рис. 3).

Кровельная воронка SitaStandard с вертикальным выпуском, из полиуретана, теплоизолированная: без обогрева – отвечает требованиям GET (обеспечение качества в системах водоотвода) и DIN EN1253 для непосредственного соединения с трубами классической системы водоотвода посредством фиксаторной муфты, с большим соединительным фартуком на выбор (495×495 мм), подходящим под гидроизоляцию кровли, и с фиксаторным кольцом для дополнительной фиксации соединительного фартука и крепления листвоуловителя; с обогревом – имеет вваренный нагревательный элемент тепловой мощностью около 10 Вт и кабелем 2,0 м для непосредственного подключения к сети 230 В.

Пропускная способность водосточных воронок SitaStandard DN100 с вертикальным выпуском q = 7,4 л/с при подпоре 35 мм (рис. 4).

Пропускная способность водосточных воронок SitaStandard DN100 с вертикальным выпуском (рис. 3) в зависимости от подпора. Здесь и далее: q – пропускная способность, h_п – высота подпора.

Их количество определялось по формуле

Примечание: ветвь после точки f получена экстраполяцией левой части графика в перспективу, q1 – значение пропускной способности воронки при подпоре 75 мм.

Для основного водоотвода с учетом результата расчета принято семь воронок SitaStandard DN100 с вертикальным выпуском.

Здесь следует заметить, что значение подпора 35 мм можно принимать в том случае, когда система аварийного водоотвода не работает. Если же аварийная система водоотвода задействована, то следует учитывать h_max = 75 мм (см. (4)). Пропускная способность водосточной воронки SitaStandard DN100 с вертикальным выпуском при таком подпоре составит 17,5 л/с (рис. 4). При такой их пропускной способности (17,5 л/с) по водосточным воронкам в количестве семь штук можно сбросить с кровли дождевые стоки с расходом 122,5 л/с (17,5×7). Это позволяет сделать вывод о том, что в этом случае системы аварийного водосброса не требуется, так как 45,3 + 36, 1 = 81,4

Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “Сантехника” за №6’2019

распечатать статью —> pdf версия

Источник

Аварийный водосток для плоских кровель: Изменение климата. Принципы организации аварийного водостока

Редакция интернет-журнала «Кровли» предлагает Вашему вниманию статью Буткова Александра, регионального директора Sita Bauelemente GmbH.

Колебания климата и его природная изменчивость существенно влияют на жизнь человека и на его хозяйственную деятельность. По данным современной статистики (рис. 1) можно чётко проследить растущий тренд ущерба от опасных погодных и климатических явлений. Причём практически 90% наиболее тяжёлых экономических потерь приходится не на экзотические катастрофы, такие как извержение вулканов, цунами или землетрясения, а на обычные природные явления: паводки, наводнения, сильный ветер, ливневые дожди, снегопады, град, засухи.

По статистическим данным Росгидромета изменение климата в сторону потепления на территории Российской Федерации происходит примерно в 2,5 раза интенсивнее, чем в среднем по всему земному шару. В период с 1976 по 2016 гг повышение температуры составило 0,45°C в 10 лет.

Потепление климата приводит к:

1. более интенсивному выпадению осадков (краткосрочные сильные ливни и обильные снегопады);
2. увеличению максимальных температур, увеличению числа жарких дней и уменьшению числа морозных дней почти во всех регионах;
3. уменьшению разброса температур.

В последние годы на эту тему было опубликовано значительное количество различных исследований, статистических данных и докладов, как российскими учёными, так и зарубежными. В области строительства при проектировании зданий и сооружений, необходимо чётко осознавать изменения климата и стараться, по возможности, максимально учитывать данные факторы, чтобы избежать финансовых потерь, разрушений и человеческих жертв.

При организации и проектировании систем водостока для плоских кровель необходимо планировать помимо основной системы водостока, дополнительную, так называемую аварийную систему водостока.

Задачей основной системы водостока плоской кровли является быстрый и эффективный отвод расчётных осадков. Данные по интенсивности дождей в конкретном регионе, указанные в СП 32.13330, часто не соответствуют реальной дождевой нагрузке, причем иногда реальные значения превышают ожидаемые в 2 раза! Основная система водостока при этом не справляется со своими функциями, и дождевая вода накапливается на поверхности кровли. Образующийся подпор воды (затопление кровли) оказывает негативные дополнительные нагрузки на кровельные материалы и на статику конструкции крыши в целом. В случае превышения критических значений возможны повреждения кровельных материалов, локальные провалы крыши (см. фото 2), а также частичное и полное обрушение конструкции крыши. Особенно это актуально для конструкций крыш, где в качестве несущей конструкции применяется профлист, для широкопролётных зданий.

Как правило, пик мощности сильного проливного дождя, за редким исключением, длится не более 3-5 минут. Именно это время и является наиболее критичным для всей конструкции крыши, особенно для систем кровельного водостока. И именно в это время должна начать срабатывать аварийная система водостока. Основной задачей аварийной системы водостока является отвод сверхнормативного дождя с поверхности кровли, чтобы разгрузить конструкцию крыши от дополнительных статических нагрузок.

При планировании аварийного водостока кровли необходимо обязательно учитывать следующие моменты:

1. В каждой нижней точки кровли должна находиться как минимум одна водосточная воронка и одна воронка для аварийного водоотвода.
2. Следует знать максимальную статическую нагрузку на конструкцию кровли для системы водостока, чтобы определить максимальную высоту подпора воды (высоту подтопления) на кровле, при которой основной и аварийный водосток совместными усилиями справляются с максимальными расчётными нагрузками (максимальной интенсивностью дождя). Соответственно необходимо определить высоту подпора воды, при которой включается в работу система аварийного водостока.
3. Расчётная интенсивность дождя согласно СП 32.13330 отводится с кровли через основной водосток. Разница между максимальной и расчётной интенсивностью отводится через аварийный водосток. Для зданий такого типа, как музеи, склады с токсичными веществами, больницы, школы и т.д., необходимо предусматривать систему аварийного водостока, которая может полностью сама справиться с максимальной интенсивностью дождя.
4. Сброс дождевой воды из кровельной аварийной системы должен производиться на грунт, допускающий подтопление площади без причинения ущерба.
5. Ни в коем случае не следует подключать аварийную систему кровли к центральной ливневой канализации, т.к. при интенсивных проливных дождях ливневая канализация зачастую не справляется с нагрузкой, а наоборот, выталкивает дождевую воду на поверхность и кровлю через систему трубопроводов и водосточные воронки, создавая при этом дополнительный обратный подпор воды на кровле. В этом случае вода не удаляется с поверхности кровли, а скапливается на ней и создаёт при этом повышенные нагрузки на статику здания.
6. Каждое здание и каждая кровля имеет свои конструктивные особенности. Принимая их во внимание ещё на стадии планирования водосточной системы, необходимо детально проработать концепцию организации аварийного водостока и принципиально определиться, какой оптимальный вариант подходит для того или иного случая.

Существует два вида организации аварийного водостока:

• Водоотвод через парапетную стену или фасад здания, т.е. наружный водосток, организованный посредством аварийных парапетных воронок (см. рис. 3) или аварийных водосточных воронок углового исполнения с горизонтальным выпуском, а также через рассчитанный по размерам прямоугольный шлиц (отверстие) в парапетной стене. Сброс дождевой воды при этом должен обязательно осуществляться на грунт. По принципу действия он может быть самотёчным или вакуумным;
• Внутренняя система водостока, организованная посредством водосточных воронок для аварийного водоотвода и системы внутрипролегающего трубопровода в здании. Сброс дождевой воды при этом должен обязательно осуществляться на грунт. По принципу действия он может быть самотёчным или вакуумным (см. рис 4).

Таким образом качественный водосток с плоской кровли должна быть единой системой, обеспечивающей герметичность и надёжность. Каждый узел системы должен быть детально разработан, все комплектующие должны быть совместимыми, все необходимые расчеты должны быть обязательно проведены.

В заключение хотелось бы, чтобы каждый участник сегмента кровельного рынка задался вопросом… Кто и в какой степени несёт административную или уголовную ответственность в случае самого неблагоприятного исхода – обрушения конструкции крыши с нанесением значительного экономического ущерба, ущерба здоровью людей или даже человеческих жертв?

— Владелец здания, который принял в эксплуатацию и эксплуатирует здание по назначению без организации в достаточной объёме мер безопасности. Ведь аварийный водосток относится к системам безопасности.

— Проектировщик (архитектор), который не предусмотрел в проекте вообще организацию аварийного водостока или недостаточно корректно выполнил его расчёт.

— Инстанции (экспертиза и т.д.), которые согласовали и утвердили проект к выполнению работ.

— Кровельщик, который знает, что необходимо организовывать аварийный водосток, но выполнил свою работу согласно утверждённому и согласованному проекту без предусмотрения аварийного водостока.

Источник