Dach płaski
Wybitny architekt włoskiego Odrodzenia, Andrea Palladio, autor traktatu „Cztery księgi o architekturze” tak pisze o dachach: „Dach chroni mieszkańców przed deszczem, śniegiem, żarem słońca i wilgocią nocy, a nadto jest bardzo użyteczny dla samej budowli, gdyż odrzuca daleko od ścian wodę deszczową, która choć z pozoru niewiele szkodzi, jednak z biegiem czasu powoduje ogromne zniszczenia.
Czytamy u Witruwiusza, że początkowo ludzie robili na swych domach dachy płaskie; spostrzegli jednak, że nie chroniły one należycie przed deszczem i zmuszeni koniecznością zaczęli robić je wzniesione, to jest z kalenicą pośrodku. Kalenice należy robić wyższe lub niższe, stosownie do klimatu kraju, w którym budynek ma być wzniesiony. I tak w Niemczech, gdzie są wielkie opady śnieżne, robi się dachy mocno spadziste i kryte gontem, to jest małymi deszczułkami, albo też cienkimi dachówkami, gdyby bowiem robiono inaczej dachy mogłyby się załamać pod ciężarem śniegu. Lecz my, którzy zamieszkujemy okolice bardziej umiarkowane, możemy obrać taki spadek, który dachowi nada piękny kształt, a wodzie pozwoli łatwo spływać; podzielimy więc szerokość powierzchni, którą mamy przykryć, na dziesięć części, a dwie z nich wyznaczą wysokość kalenicy. Jeśli bowiem wysokość dachu stanowiłaby jedną czwartą szerokości, wówczas dach byłby zbyt stromy i dachówki lub łupek utrzymałyby się na nim z trudnością; a jeśli wynosiłaby jedną piątą, dach byłby zbyt płaski i wówczas dachówki albo płytki oraz niekiedy i śniegi obciążałyby go zbytnio.”
Ten długi cytat wskazuje jak istotnym jest wybór rodzaju dachu i jego proporcji. Palladio poleca, dla klimatu włoskiego, dach dwuspadowy, określając jego optymalny spadek połaci na 40%. Przy dzisiejszych technikach krycia nie mamy obaw, że ze stromego dachu dachówki spadną (w Niemczech budują strome dachy, a dachówki lub łupek utrzymują się na nich bez kłopotu), ale pewne immanentne problemy dachów płaskich pozostały; są nimi szczelność pokrycia i podatność na obciążenie śniegiem. Dzisiaj dysponujemy całą gamą pap i membran, które dają bardzo szczelne pokrycia, a konstrukcje dachów płaskich obciążenia śniegiem przenoszą bez obaw.
Dla współczesnego inżyniera, podobnie jak dla jego kolegi z epoki Odrodzenia, ważny jest wciąż problem wyboru optymalnego kształtu i pozytywnych rozwiązań materiałowych dachu.
Pierwszym wyborem jest kształt i spadek dachu, drugim - odpowiedni rodzaj i konstrukcja; trzecim – rozwiązania materiałowe.
Zastanawiając się nad kształtem dachu, należy brać pod uwagę to, że łącznie z pokryciem, wzbogacającymi i uzupełniającymi je elementami plastycznymi, tworzy on bryłę budowli, nadaje jej specjalny charakter, zależny od zastosowanej formy, materiału i sposobu jego użycia. Rola dachu nie ogranicza się tylko do nakrycia i kształtowania bryły budowli, lecz w nie mniejszym stopniu dach wpływa na plastyczne i kolorystyczne formowanie kształtu wizualnego miasta.
Dach płaski czy stromy?
 |
Pominiemy tu walory plastyczne jednego lub drugiego rodzaju dachu, ograniczając się do problemów technicznych. Nieprawdziwe jest twierdzenie, by dach stromy dawał architektom większe możliwości kształtowania bryły niż dach płaski. Wydaje się, że dopiero dach płaski daje możliwość kształtowania bryły nie będąc ograniczonym proporcjami dachu stromego. Dokonując wyboru sposobu przykrycia budynku dachem przyjmujemy jego kształt, to znaczy układ połaci dachowych, ukształtowanie ich płaszczyzn lub krzywizn i dalej kąt pochylenia. Do kształtu dachu dobrać należy jego konstrukcję nośną i pokrycie.
Decydując się na dach stromy musimy rozważyć, jakie są skutki tej decyzji. Na stropie ostatniej kondygnacji zbudować należy konstrukcję wsporczą pod pokrycie dachowe, która dokładnie powinna odwzorować założony kształt dachu. Zdecydować się też należy na rodzaj konstrukcji, czy wiązar drewniany, stalowy, czy dźwigary żelbetowe. Sam rodzaj pokrycia też nie jest obojętny; przy dachu stromym nie musi być ono zbyt szczelne, bo woda szybko spływa z dachu, ale z kolei powierzchnie zakrzywione trudno pokryć np. dużymi dachówkami zakładkowymi. Nie bez znaczenia są koszty wykonania dachu.
Należy też wziąć pod uwagę niszczycielską siłę wiatru, która dla dachu stromego będzie bardziej niebezpieczna.
Powierzchnia krycia, czyli powierzchnia, którą efektywnie musimy pokryć wybranym materiałem, zależy głównie od kąta jej pochylenia w stosunku do rzutu poziomego budynku oraz od kształtu i układu połaci dachowych. Im ten kąt większy tym powierzchnia krycia większa, przy kącie równym zero powierzchnia krycia równa się powierzchni rzutu poziomego. Stromy dach wymaga zaopatrzenia w różnego rodzaju konieczne akcesoria, od wyłazu dachowego poczynając, przez ławy kominiarskie, a na płotkach śniegowych kończąc. Konserwacja i naprawy stromego dachu też są bardziej kłopotliwe w porównaniu do dachów płaskich. Pod stromym dachem mamy poddasze (strych). Możemy je zamienić na poddasze mieszkalne lub zostawić jako graciarnię.
Decydując się na stromy dach, musimy liczyć się z wzrostem wysokości budynku, ponad strop ostatniej kondygnacji, o wielkość wynikającą z układu i nachylenia połaci oraz podpierającej je konstrukcji.
Dach stromy z oddzielną konstrukcją niezależną od stropu ostatniej kondygnacji, przy budynkach o skomplikowanym rzucie, przy budynkach przemysłowych o dużych rozpiętościach może sprawiać trudności przy konstruowaniu. Wtedy, wykorzystując właściwości szczelnych pokryć, można konstruować dachy płaskie. Z kolei ten fakt nasuwa pomysł wykorzystania tych powierzchni na tarasy, ogrody, place zabaw, parkingi itp. Te tendencje doprowadziły do połączenia się dachu ze stropem, powstaje stropodach, eliminując z budynku poddasze, uznane za zbędny przeżytek.
W tradycyjnym rozwiązaniu dachu strop ostatniej kondygnacji daje zabezpieczenie budynkowi pod względem ciepłochronności; dach niezależny od stropu, oddzielony od niego poddaszem, daje ochronę od wpływów atmosferycznych. Oba te zadania musi spełnić stropodach. Przeanalizujmy rolę dachu i stropodachu w zabezpieczeniu od śniegu.
Na klasycznym dachu, bez poddasza adaptowanego na cele mieszkalne, to znaczy nieogrzewanego i wentylowanego naturalnie, śnieg zalega dotąd, dopóki pod wpływem temperatury nie zacznie topnieć, po czym jako woda jest systemem rynien i rur spustowych odprowadzany do kanalizacji.
Ten naturalny przebieg topnienia śniegu ma miejsce tylko wtedy, gdy temperatury wewnętrzna i zewnętrzna są sobie prawie równe. W przypadku nieogrzewanego i wentylowanego poddasza jest to zjawiskiem normalnym. Jeżeli nie ma poddasza, a tak dzieje się w przypadku stropodachu, to warstwa śniegu, leżąca na nim, gdy temperatura jego powierzchni zewnętrznej (pod warstwą śniegu), jest wyższa od zera, zaczyna topnieć. Warstwa śniegu zalegającego na stropodachu, jest dodatkową warstwą ocieplającą, która leżąc na nim przez okres kilku godzin, spowoduje zmianę rozkładu temperatur w przegrodzie na tyle, że temperatura na styku pokrycia i warstwy śniegu będzie dodatnia. Rezultatem tego jest topnienie śniegu i wypływanie wody spod warstwy, spływanie jej rynien, rur spustowych, gdzie zamarza i tworzy sople lodu u okapu. Jest to jedna z ujemnych stron stropodachu.
Prześledźmy na przykładzie stropodachu pełnego, kiedy spod warstwy miękkiego śniegu, jako efekt jego topnienia, zacznie wypływać woda. Załóżmy następujące temperatury:
temperatura wewnętrzna ti=20°C,
temperatura zewnętrzna te=-5°C.
Stropodach będzie się charakteryzował następującymi parametrami cieplnymi:
– współczynnik przewodności cieplnej U=0,30W/(m2•K),
– opór cieplny stropodachu RT=3,19m2•K/W.
Jeżeli na stropodach spadnie śnieg, to jego parametry cieplne poprawią się. Przy założeniu warstwy śniegu miękkiego grubości 0,07m (70mm) i współczynniku przewodności cieplnej λ=0,12W/(m•K), (wg PN-EN 12524:2003, tab.1.); jego współczynnik przewodności cieplnej osiągnie wartość U=0,25W/(m2•K), a opór cieplny wzrośnie o wartość oporu cieplnego warstwy śniegu równą R=0,58m2K/W. Śnieg zacznie topnieć na styku powierzchni zewnętrznej stropodachu z warstwą zalegającego śniegu. Przy założonych jak wyżej parametrach stropodachu temperatura interesującej nas warstwy zmieniać się będzie następująco:
dla temperatury zewnętrznej te=-5°C temperatura styku wynosi Θn=0,06°C,
dla temperatury zewnętrznej te=-3°C temperatura styku wynosi Θn=1,08°C,
dla temperatury zewnętrznej te=-1°C temperatura styku wynosi Θn=2,73°C, a gdy podniesie się do te=0°C to temperatura styku wzrośnie do Θn=4,05°C.
 |
Z przedstawionych wyżej obliczeń wynika, że już przy pięciostopniowym mrozie może spod siedmiocentymetrowej warstwy śniegu wypływać woda i zamarzać na gzymsie, w rynnach i tworzyć sople.
Drugą ujemną stroną stropodachu jest kondensacja pary wodnej pod hermetycznym zamknięciem od góry, jakie tworzy pokrycie przeciwwodne. Gromadzi się tam wilgoć dyfundująca przez przegrodę (wilgoć eksploatacyjna), oraz wilgoć z wysychających wbudowanych materiałów (wilgoć technologiczna). Chcąc mieć stropodach poprawnie funkcjonujący, należy te ujemne cechy wyeliminować.
Znając wady i zalety stropodachu płaskiego oraz dokonując porównań z dachem stromym, mając też na względzie możliwości wykorzystania go jako tarasu o różnych funkcjach, możemy podjąć decyzję o rodzaju dachu i jego rozwiązaniu konstrukcyjnym.
Rodzaje dachów płaskich
Rodzaj konstrukcji i rozwiązań materiałowych stropodachu wynikają z jego wielu funkcji i zadań, jakie ma do spełnienia; stąd różne jego konstrukcje przyporządkowane różnorakim funkcjom budynku czy pomieszczeń. Najważniejszym kryterium decydującym o rodzaju zastosowanego stropodachu to parametry mikroklimatu wnętrza, związana z tym możliwość kondensacji i sposób odprowadzania wilgoci z jego wnętrza. Przyjmując takie kryteria podziału można wyróżnić stropodachy pełne i dwudzielne wentylowane. Wśród stropodachów pełnych rozróżniamy z kolei:
1. Stropodach pełny tradycyjny o warstwach przylegających do siebie,
2. Stropodach pełny o warstwach odwróconych,
3. Stropodach pełny odpowietrzany,
4. Stropodach pełny kanalikowy,
5. Stropodach pełny szczelinowy.
Stropodach, niezależnie, do jakiej grupy go zakwalifikujemy, składać się musi z konstrukcji nośnej, warstwy izolacji termicznej oraz pokrycia wodoszczelnego z podkładem. Układ taki ulega modyfikacji i zmianom, staje się bardziej złożony w zależności od typu oraz zastosowań stropodachu.
Najwłaściwszym rozwiązaniem, szczególnie dla budynków mieszkalnych, jest stworzenie wentylowanej przestrzeni powietrznej między warstwą izolacji termicznej a pokrycia wodoszczelnego. Ruch powietrza powinien być zapewniony przez wykonanie otworów wentylacyjnych. Tego rodzaju rozwiązanie jest jakby stworzeniem szczątkowego poddasza, o tyle jednak od niego gorszym, że nie można tam wejść i sprawdzić szczelności pokrycia, miejsca powstawania zacieków, itp. Ten rodzaj stropodachu nazywamy dwudzielnym wentylowanym, którego podstawową cechą jest to, że nad warstwą izolacji termicznej znajduje się niska wentylowana przestrzeń powietrzna. W zależności od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych rozróżnia się stropodachy dwudzielne z konstrukcją pokrycia dachowego opartą na stropie i stropodachy ze stropem podwieszonym do konstrukcji wiązara dachowego.
Stropodachy pełne, wymienione wyżej to takie, w których warstwy przylegają do siebie i nie ma lub są w nich kanaliki, szczeliny lub inne systemy umożliwiające odprowadzanie pary względnie kondensatu.
Projektując stropodachy dla budynków o konkretnym przeznaczeniu, należy sprawdzić, czy spełnią one wymagania użytkowe. Zastosowane materiały, izolacyjność termiczna, kolejność warstw powinny być tak dobrane, by stropodach nie był narażony na zawilgocenie wskutek kondensacji pary wodnej, a wilgoć mogła wysychać. Wysychanie wilgoci technologicznej, zawilgocenie wilgocią kondensacyjną na powierzchni bądź we wnętrzu stropodachu, zależą głównie od wilgotności powietrza w pomieszczeniach pod stropodachem. W pomieszczeniach suchych, gdzie prężność pary wodnej w powietrzu nie przekracza 1100 Pa, wszystkie rodzaje stropodachów zachowują się poprawnie. Gdy nastąpi wzrost wilgotności powietrza, stropodach narażony jest na zawilgocenie.
 |
Oceniając warunki wilgotnościowe wnętrza a tym samym przydatność wybranego rodzaju stropodachu, trzeba brać pod uwagę ciśnienie pary wodnej w powietrzu, jak też wilgotność względną powietrza.
Ważnym parametrem powietrza jest jego temperatura; dopiero ocena tych wszystkich wielkości pozwoli określić wpływ na warunki wilgotnościowe przegrody, czy wystąpi kondensacja i gdzie, jaki będzie jej zasięg.
Istotnym jest zatem dobór rodzaju stropodachu do panującego mikroklimatu wnętrza. Przez stropodach, tak jak przez każdą przegrodę, dyfunduje strumień ciepła i pary wodnej. Powinny być więc spełnione wymagania izolacyjności cieplnej oraz warunki, aby na powierzchni wewnętrznej i we wnętrzu stropodachu nie wykraplała się para wodna. Im wyższa jest wilgotność powietrza, im większa jest gęstość dyfundującego strumienia pary wodnej, tym większa musi być izolacyjność cieplna. Trzeba sprawdzić, czy w ogóle potrzebna jest paroizolacja; w tym celu należy wykonać obliczenia cieplno-wilgotnościowe, które jednak nie zawsze okazują się miarodajne, dlatego należy brać pod uwagę dotychczasowe doświadczenia i kierować się wypracowanymi w praktyce zasadami.
Co zrobić, by spod warstwy śniegu, leżącej na stropodachu pełnym, nie wypływała woda, by nie powstawały sople będące zagrożeniem dla przechodniów? Należy zastosować wewnętrzny system odprowadzania wód opadowych. Jest on zalecany w budynkach ogrzewanych, więc może być stosowany w prawie wszystkich. Woda z topniejącego śniegu spływać będzie do koryt usytuowanych na ciepłym stropodachu, dalej do wpustów dachowych też osadzonych w ciepłym stropodachu i dalej do rur spustowych prowadzonych w ciepłym wnętrzu budynku. Można też zdecydować się na elektryczne podgrzewanie wpustów dachowych.
Wykorzystanie dachu płaskiego
Dach płaski stwarza powierzchnię zachęcającą do jej zagospodarowania. Dachy budynków mieszkalnych w krajach o ciepłym i suchym klimacie wykorzystywane były od dawna jako tarasy, stanowiąc dodatkową powierzchnię „noclegową”.
Współczesny dach płaski też stwarza dodatkowe możliwości wykorzystania go jako powierzchni użytkowej. Może to być forma dachu tarasowego czy nawet widokowego (przy wyższych budynkach),oraz coraz bardziej popularna forma dachu zielonego. Wprowadza on ciekawy akcent w wielkomiejskiej zabudowie, co ma duże znaczenie dla zwiększenia komfortu mieszkańców. Na dachu płaskim łatwiejsze jest umieszczenie maszynowni wind w nadbudówkach; anteny satelitarne czy urządzenia klimatyzacyjne umieszczane na dachach płaskich nie będą szpeciły elewacji budynku.
Na budynkach mieszkalnych, użyteczności publicznej, lub innych, gdzie dach powinien być stosowany, można polecić dachy płaskie odwrócone. Aby docenić ich zalety na rys. 1,2,3 okazano schematy układu warstw dla dachu odwróconego zwykłego tzw. balastowego bez możliwości wykorzystania i z możliwością wykorzystania jako tarasu, parkingu czy dachu zielonego.
Stropodachy płaskie wymagają poprawnego doboru materiałów i detali, starannego wykonania dylatacji, a także zabezpieczeń przed ruchami termicznymi, oraz odwodnienia i pokrycia. Poprawne wykonanie zapewni ich bezawaryjną eksploatację, a o to wszystkim chodzi.
Dr inż. Lesław Macieik
Politechnika Koszalińska
(numer 3/2007)
|
