RU52889U1

RU52889U1 - ROOF DEVICE FOR BUILDINGS AND STRUCTURES

Info

Publication number: RU52889U1
Application number: RU2005100699/03U
Authority: RU
Inventors: Александр Степанович Бугаев; Владимир Владимирович Жмур; Владимир Борисович Лапшин; Алексей Алексеевич Палей; Владимир Александрович Фомин
Original assignee: Владимир Борисович Лапшин
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-04-27

Abstract

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации и может быть использовано при обустройстве крыш зданий и сооружений. Изобретение направлено на повышение эффективности борьбы с обледенением крыш и образованием крупных сосулек, представляющих угрозу здоровью людей. Устройство включает кровлю, нижняя часть которой выполнена в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности, модуль упругости которой составляет значение не более 10⁴ кГ/см².; ширина полосы нижней части кровли определяется в зависимости от угла наклона крыши и составляет значение не менее 0,1 м. Выполнение нижней части кровли упругой позволяет использовать ветровые нагрузки, а также нагрузки от снежного покрова для деформации поверхности кровли, что приводит к разрушению поверхности наледи и потери сцепления ее с поверхностью крыши.The invention relates to the field of construction and operation and can be used in the arrangement of roofs of buildings and structures. The invention is aimed at improving the efficiency of combating icing of roofs and the formation of large icicles, which pose a threat to human health. The device includes a roof, the lower part of which is made elastic to a thickness of at least 3 mm, the elastic modulus of which is not more than 10 ⁴ kg / cm ² .; the width of the strip of the lower part of the roof is determined depending on the angle of inclination of the roof and is at least 0.1 m. The implementation of the lower part of the elastic roof allows the use of wind loads, as well as loads from the snow cover to deform the surface of the roof, which leads to the destruction of the ice surface and loss of adhesion to the roof surface.

Description

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений и может быть использовано для предотвращения образования на кромках крыши наледи и сосулек.The invention relates to the field of construction and operation of buildings and structures and can be used to prevent the formation of ice and icicles on the edges of the roof.

Известно покрытие, которое включает в себя неполярные каучуки и может быть нанесено на поверхность, предотвращаемую от нарастания льда (описание изобретения к патенту РФ №2086601 по Кл. 6 G 09 К 3/18). Покрытие снижает вероятность нарастания льда. Однако для защиты крыши от наледи и сосулек использование известного покрытия дорого и не всегда эффективно. Так, на отлогих крышах возможно смерзание льда по всей поверхности крыши, разрушение которого может произойти лишь при нарастании больших сосулек, угрожающих безопасности населения.A coating is known that includes non-polar rubbers and can be applied to a surface that is prevented from ice buildup (description of the invention to RF patent No. 2086601 according to Cl. 6 G 09 K 3/18). Coating reduces the likelihood of ice buildup. However, to protect the roof from icing and icicles, the use of a known coating is expensive and not always effective. So, on sloping roofs, ice may freeze over the entire surface of the roof, the destruction of which can occur only with the growth of large icicles that threaten the safety of the population.

Известно устройство для удаления льда с крыш зданий и сооружений (см. описание к патенту РФ на изобретение №2169245 по кл. 7 Е 04 D 13/00, опубл. 20.06.2001 г., бюл. №17). Известное устройство включает источник механических импульсов с узлом крепления на здании или сооружении и упругий элемент, расположенный вдоль карниза крыши, связанный с источником механических импульсов. Устройство дополнительно снабжено подпружиненными в противоположном направлении действию механических импульсов штоками, с одной стороны связанными с упругим элементом, выполненным в виде линейного волновода, механически развязанного с карнизом крыши, а с другой стороны - с источником механических импульсов. Кроме того, известное устройство содержит ряд дополнительных A device for removing ice from the roofs of buildings and structures (see the description of the patent of the Russian Federation for the invention No. 2169245 according to CL 7 E 04 D 13/00, publ. 06/20/2001, bull. No. 17). The known device includes a source of mechanical impulses with a mount on a building or structure and an elastic element located along the eaves of the roof, connected with a source of mechanical impulses. The device is additionally equipped with rods spring-loaded in the opposite direction to the action of mechanical pulses, on the one hand connected to an elastic element made in the form of a linear waveguide mechanically decoupled from the roof cornice, and on the other hand, to a source of mechanical pulses. In addition, the known device contains a number of additional

признаков, улучшающих его технические и эксплуатационные характеристики. В известном устройстве за счет подпружиненных штоков обеспечивается концентрация импульса силы от источника его возмущения на линейный волновод, увеличивая тем самым амплитуду силового возмущения, передаваемого на сосульки. Чем обеспечивается отрыв их от крыши и сброс под действием собственной силы тяжести вниз на землю. В данном устройстве также, при отрыве сосулек от крыши неизбежны различного рода повреждения кровли крыши.signs that improve its technical and operational characteristics. In the known device due to the spring-loaded rods, the concentration of the force pulse from the source of its perturbation to the linear waveguide is provided, thereby increasing the amplitude of the force perturbation transmitted to the icicles. What ensures their separation from the roof and discharge under the influence of their own gravity down to the ground. In this device also, when the icicles are torn off the roof, various types of damage to the roof roof are inevitable.

Известно также устройство для удаления сосулек со свесов кровли зданий, включающее систему блоков и двуплечие рычаги, шарнирно закрепленные на углах стен здания, к концам которых прикреплены тросы, натянутые вдоль кровли, причем короткие концы рычагов соединены дополнительными тросами с источником колебания, например, дверями; к концам рычагов прикреплена проволока. Авторское свидетельство №775268 по кл. Е 04 D 13/06, опубл. 30.10.80 г., бюл. №40. В этом устройстве за счет системы рычагов, блоков и тросов механические усилия при открывании дверей передаются на сосульки, за счет чего и обеспечивается их удаление. Известное устройство обеспечивает отрыв и сброс с крыши уже сформированных сосулек за счет механической энергии. Однако, при отрыве сосулек от крыши неизбежны различного рода повреждения кровли крыши, что ограничивает использование известных устройств.There is also known a device for removing icicles from overhangs of the roof of buildings, including a system of blocks and two shoulders levers pivotally mounted on the corners of the walls of the building, to the ends of which are attached cables stretched along the roof, the short ends of the levers being connected by additional cables to a vibration source, for example, doors; a wire is attached to the ends of the levers. Copyright certificate No. 775268 by class. E 04 D 13/06, publ. 10.30.80 g., Bull. Number 40. In this device, due to the system of levers, blocks and cables, mechanical forces when opening the doors are transferred to icicles, due to which their removal is ensured. The known device provides separation and discharge from the roof of already formed icicles due to mechanical energy. However, when icicles are torn off the roof, various types of damage to the roof are inevitable, which limits the use of known devices.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является устройство крыши здания и сооружения, представленное в заявке на выдачу патента на изобретение №2003106171 с положительным решением. Известное устройство включает в себя кровлю с нанесенным вдоль нижней кромки кровли противообледенительным покрытием шириной полосы, определяемой в зависимости от климатической зоны и наклона крыши в диапазоне от 0,1 м до 2,5 м., и напуском относительно кровли на величину не менее 2 см вниз, под углом не более 180° относительно кровли.The closest technical solution to the proposed technical solution is the device of the roof of the building and structures presented in the application for a patent for invention No. 2003106171 with a positive solution. The known device includes a roof with an anti-icing coating applied along the lower edge of the roof, a strip width determined depending on the climatic zone and the roof inclination in the range from 0.1 m to 2.5 m, and an overflow of at least 2 cm relative to the roof down, at an angle of no more than 180 ° relative to the roof.

Целью предлагаемого изобретения является снижение нагрузок на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи.The aim of the invention is to reduce the load on the roof at the separation and discharge from it of icicles and ice.

Для достижения поставленной цели в известном устройстве крыши здания и сооружения, включающем кровлю, нижняя часть кровли выполнена в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности, модуль упругости которой составляет значение не более 10⁴ кГ/см²;To achieve this goal in the known device of the roof of a building and structure, including the roof, the lower part of the roof is made in the form of an elastic surface with a thickness of at least 3 mm, the elastic modulus of which is not more than 10 ⁴ kg / cm ² ;

ширина полосы нижней части кровли определяется в зависимости от угла наклона крыши и составляет значение не менее 0,1 м.the width of the strip of the lower part of the roof is determined depending on the angle of inclination of the roof and is at least 0.1 m.

Как показал анализ процесса нарастания наледи и образования сосулек на крышах зданий и сооружений, формирование наледи начинает осуществляться у нижней кромки крыши. При благоприятных условиях под слоем снега, лежащего на крыше, появляются талые воды, которые скатываются вниз. При похолодании вначале замерзает вода у нижней кромки крыши. Выше к коньку вода защищена от заморозка слоем снега, и стекает вниз. А так как внизу вода уже замерзла, у кромки образуется застойная зона, что и является причиной образования наледи и, как следствие сосулек.As an analysis of the process of frost accumulation and the formation of icicles on the roofs of buildings and structures showed, the formation of ice accumulation begins to occur at the lower edge of the roof. Under favorable conditions, under the layer of snow lying on the roof, melt water appears, which roll down. During a cold snap, water first freezes at the lower edge of the roof. Above the ridge, water is protected from freezing by a layer of snow, and flows down. And since the water below has already frozen, a stagnant zone forms at the edge, which is the reason for the formation of ice and, as a result, icicles.

Как показали экспериментальные исследования, проведенные авторами прелагаемого технического решения, значения требуемых усилий для отрыва льда от поверхности определяется не только характеристиками поверхности, на которой происходит замерзание влаги, но и ее жесткостью. Это обстоятельство в значительной степени объясняется физико-механическими свойствами льда. Лед практически не выдерживает изгибных нагрузок. При деформации поверхности, к которой произошло примерзание льда, происходит его разрушение и как следствие отслаивание. Таким образом, для отслоения льда от упругой поверхности достаточно незначительных усилий, при которых деформация поверхности льда превысит его прочностные свойства. По экспериментальным данным нарушение прочности наледи, образуемой на крышах домов, существенно проявляется при деформациях, абсолютное значение которых составляет не менее As shown by experimental studies conducted by the authors of the proposed technical solution, the values of the required efforts to break the ice from the surface are determined not only by the characteristics of the surface on which moisture freezes, but also by its rigidity. This circumstance is largely explained by the physicomechanical properties of ice. Ice practically does not withstand bending loads. Upon deformation of the surface to which ice freezing occurred, its destruction occurs and, as a result, delamination. Thus, to exfoliate ice from an elastic surface, insignificant efforts are sufficient at which deformation of the ice surface will exceed its strength properties. According to experimental data, a violation of the strength of ice formed on the roofs of houses is significantly manifested during deformations, the absolute value of which is not less

0,1 мм и зависит от толщины наледи и температуры. Как известно, см. Н.М.Беляев, Сопротивление материалов, изд. Физматгиз, 1959, стр.34-35, значение деформации при прочих равных условиях определяется модулем упругости. И, чем меньше модуль упругости, тем легче деформируется материал. Облегчение процесса удаления льда наблюдается уже у деревянных поверхностей, модуль упругости которых составляет ~10⁴ кГ/см². Таким образом, выполнение нижней части кровли в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности, модуль упругости которой составляет значение не более 10⁴ кГ/см² позволит облегчить процесс отделения льда от поверхности крыши и следовательно снизить нагрузки на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи.0.1 mm and depends on the thickness of the ice and temperature. As you know, see N.M. Belyaev, Resistance of materials, ed. Fizmatgiz, 1959, pp. 34-35, the value of deformation, ceteris paribus, is determined by the elastic modulus. And, the smaller the modulus of elasticity, the easier the material is deformed. Facilitation of the process of ice removal is already observed on wooden surfaces whose elastic modulus is ~ 10 ⁴ kg / cm ² . Thus, the implementation of the lower part of the roof in the form of an elastic surface with a thickness of at least 3 mm, the elastic modulus of which is not more than 10 ⁴ kg / cm ² will facilitate the process of separating ice from the roof surface and therefore reduce the load on the roof during separation and discharge from her icicles and ice.

Определение ширины полосы нижней части кровли в зависимости от угла наклона крыши в диапазоне от 0,1 до 3,0 м обусловлен допустимыми размерами сбрасываемых сосулек и шириной примерзания наледи на поверхности крыши.The determination of the width of the strip of the lower part of the roof depending on the angle of inclination of the roof in the range from 0.1 to 3.0 m is determined by the permissible size of the icicles to be discharged and the width of freezing of ice on the roof surface.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство. Устройство включает в себя кровлю 1, выполненную из гидроизоляционного материала, уложенного на подстилающую поверхность крыши 2, смонтированную на силовой конструкции крыши 3. Нижняя часть кровли 4, выполненная также из гидроизоляционного материала, уложенного на упругой подложке 5, закрепленной на опорной поверхности 6, смонтированной на силовой конструкции крыши 3. В качестве гидроизоляционного материала нижней части кровли могут использоваться любые известные материалы, используемые в производстве кровли, например, кровелон, производства научно-производственной компании «Гидрол-Руфинг» (WWW.GIDROL.RU), кровельное железо и пр., которые совместно с упругой подложкой обеспечат заданные условия жесткости конструкции, соответствующие модулю упругости всей конструкции (гидроизоляционный материал + упругая подложка) - ~10⁴ кГ/см². То есть при толщине упругой подложки 5 равной 3 мм, приложение нормальной к поверхности кровли нагрузки на гидроизолирующий материал давлением 0,1 кГ/см² вызовет деформацию Figure 1 presents the proposed device. The device includes a roof 1 made of a waterproofing material laid on the underlying surface of the roof 2 mounted on a power structure of the roof 3. The lower part of the roof 4, also made of waterproofing material, laid on an elastic substrate 5, mounted on a supporting surface 6 mounted on the power structure of the roof 3. As a waterproofing material of the lower part of the roof, any known materials used in the production of the roof, for example, roofing, can be used .-OPERATION Scientific Manufacturing "hydrological and Roofing» (WWW.GIDROL.RU), roofing iron, etc., which together with the elastic substrate provide predetermined conditions stiffening structure corresponding to the elastic modulus of the whole structure (waterproofing material elastic substrate +) - ~ 10 ⁴ kg / cm ² . That is, when the thickness of the elastic substrate 5 is 3 mm, the application of a normal load on the waterproofing material with a pressure of 0.1 kG / cm ² to the roof surface will cause deformation

лирующий материал давлением 0,1 кГ/см² вызовет деформацию кровли, составляющую значение не менее 3*10^-5 мм. Изготовление нижней части кровли в виде упругой на толщину не менее 3 мм поверхности может быть обеспечено и с использованием в качестве гидроизолирующего материала любого упругого тонколистового материала, например, ленты, выполненной из пружинной стали, без использования упругой подложки (на рис. не показано). При этом, должны быть обеспечены вышеизложенные требования по упругой деформации конструкции при воздействии нормальной к поверхности кровли нагрузке.lining material with a pressure of 0.1 kg / cm ² will cause deformation of the roof, which is a value of at least 3 * 10 ^-5 mm. The manufacture of the lower part of the roof in the form of an elastic surface with a thickness of at least 3 mm can also be achieved using any elastic sheet material, for example, a tape made of spring steel, without using an elastic substrate as a waterproofing material (not shown in the figure). In this case, the above requirements for the elastic deformation of the structure under the influence of a load normal to the surface of the roof should be provided.

Ширина полосы нижней части кровли определяется в зависимости от угла наклона крыши и составляет значение от 0,1 до 3,0 м.The width of the strip of the lower part of the roof is determined depending on the angle of inclination of the roof and ranges from 0.1 to 3.0 m.

Устройство работает следующим образом. Образуемая в результате оттепели вода скатывается по поверхности крыши вниз и падает на землю. При похолодании вода у нижней кромки начинает замерзать. Образуется на поверхности крыши наледь, к которой примерзают сосульки. Однако вследствие выполнения нижней части кровли упругой, вследствие ветровых нагрузок, а также нагрузок от снежного покрова на поверхности наледи происходит деформации поверхности кровли. Что приводит к разрушению поверхности наледи, потери сцепления ее с поверхностью крыши. Образовавшаяся наледь скатывается вниз и падает на землю вместе с сосульками. Выбор размера нижней части кровли и степени ее упругости определяют на основе экспериментальных данных в зависимости от угла наклона крыши, климатических особенностей района, а также адгезийных ко льду свойств гидроизоляционных материалов и допустимой толщине наледи, разрушающейся самостоятельно от воздействия климатических факторов и допустимых размеров падающих сосулек. В случае невозможности достичь требований по ограничению размеров самостоятельно падающих сосулек в предлагаемом устройстве также допустимо использование известных способов механического удаления образуемых сосулек. При этом, значение нагрузок, передаваемых на поверхность крыши при удалении сосулек The device operates as follows. The water formed as a result of the thaw rolls down the roof surface and falls to the ground. When cooling, the water at the lower edge begins to freeze. Ice forms on the roof surface, to which icicles freeze. However, as a result of the lower part of the roof being elastic, due to wind loads, as well as loads from the snow cover, deformation of the roof surface occurs on the ice surface. Which leads to the destruction of the ice surface, loss of adhesion to the roof surface. The resulting ice slides down and falls to the ground with icicles. The choice of the size of the lower part of the roof and the degree of its elasticity is determined on the basis of experimental data depending on the angle of inclination of the roof, the climatic features of the area, as well as the adhesion properties of waterproofing materials to ice and the permissible thickness of the ice, which collapses independently from the influence of climatic factors and the permissible sizes of falling icicles. If it is not possible to meet the requirements for limiting the size of self-falling icicles in the proposed device, it is also possible to use known methods of mechanical removal of the formed icicles. At the same time, the value of the loads transmitted to the roof surface when removing icicles

будет значительно ниже, чем при использовании известных устройств крыш. В известных устройствах отрыв наледи происходит при нарушении прочности сцепления наледи с поверхностью крыши, которая определяется силами адгезии льда по всей поверхности примерзания. В предлагаемом же устройстве крыши отрыв наледи от поверхности предваряется ее разрушением вследствие упругих деформациями крыши, при которых отрыв наледи от поверхности происходит не одновременно по всей поверхности примерзания, а по отдельным ее участкам в процессе деформации поверхности и изломе наледи. Что позволяет значительно снизить нагрузки на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи и достичь цели предполагаемого изобретения.will be significantly lower than when using known roof devices. In known devices, ice detachment occurs when the adhesion of ice to the roof surface is violated, which is determined by the adhesion forces of ice over the entire surface of freezing. In the proposed roof device, detachment of ice from the surface is preceded by its destruction due to elastic deformations of the roof, in which the detachment of ice from the surface occurs not simultaneously over the entire freezing surface, but in its individual sections during the surface deformation and fracture of the ice. That allows to significantly reduce the load on the roof when the icicles and ice are torn off and dropped from it and to achieve the goal of the proposed invention.

Таким образом, выявленные сравнительно с прототипов новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют снизить нагрузки на крышу при отрыве и сбросе с нее сосулек и наледи.Thus, the new significant features identified compared with the prototypes, together with the known ones, can reduce the load on the roof when the icicles and ice are torn off and dumped from it.

Claims

1. The device of the roof of the building and structures, including the roof, characterized in that the lower part of the roof is made in the form of an elastic surface with a thickness of at least 3 mm, the elastic modulus of which is not more than 10 ⁴ kg / cm ² .

2. The roof device of a building and structure according to claim 1, characterized in that the width of the strip of the lower part of the roof is determined depending on the angle of inclination of the roof and is at least 0.1 m.