Мостовые сооружения прерывают земляное полотно дороги своими конструкциями, включающими пролетные строения и опоры. Высота пешеходных мостов определяется соответствующими габаритами приближения, а длина зависит от ширины перекрываемых участков. Пролетное строение перекрывает пространство между опорами, поддерживает все перемещающиеся по сооружению нагрузки и передает их и свой собственный вес на опоры. Опоры воспринимают усилия от пролетного строения и передают их через фундаменты на грунты основания.

Конструкции пролета выполняются из разных материалов, в зависимости от требований, которые применяются различным объектам. Их можно разделить на четыре группы: клееные деревянные конструкции, железобетон, металл и новый сейчас материал – стеклопластик. В данной статье мы рассмотрим 4 этих группы.

Деревянные мосты

Деревянный мост – это мост, пролетные строения которого выполнены из дерева. Дерево – материал, который с древнейших времен применялся в строительстве.

Россия и страны СНГ обладают большими запасами древесины, поэтому после второй мировой войны данный материал достаточно широко применялся при строительстве транспортных сооружений в этих странах. Однако, начиная с пятидесятых годов прошлого века было ограничено деревянное мостостроение в связи с появление новых материалов. В последнее время в Европе стало возрождаться в строительство деревянных мостов. В основном они начали появляться в таких странах как, Германия, Швейцария, Австрия. Успешный опыт проектирования и строительства таких мостов позволяет проектировщикам продвинуться в своей деятельности еще на шаг вперед [1, с.299].

В настоящее время для строительства деревянных пешеходных мостов чаще всего применяют клееные конструкции. Несущими элементами моста являются клееные или клеефанерные конструкции. В качестве опор возможно применение клееных деревянных конструкций, а также бетоны или железобетона. Кроме того, над некоторыми мостами утраивают легкие крыши. В основном, деревянные мосты имеют небольшие. При применении клееной древесины пролеты могут достигать восьмидесяти метров. Согласно нормативным документам изгибаемые элементы пролетов деревянных мостов должны быть изготовлены из дерева 1 сорта, остальные — из дерева 2 сорта. Влажность бревен должна составлять не более 25%, остальных материалов — до 20%.

Применяются такие мосты в местности, где имеются в достаточном количестве запасы сырья древесины. Наиболее удачным будет расположение их в естественном ландшафте, а не в городской среде.

Тип моста определяют исходя из экономических и технических возможностей. Основными системами деревянного моста являются: балочная, балочно-подкосная, с применением сквозных конструкций, висячие.

Балочные системы наиболее просты и удобны в эксплуатации. Главные балки обычно применяют клееными прямоугольными, либо двутавровыми клеефанерными. Поверх главных балок укладывается дощатый настил. Примером применения балочного моста может служить однопролетный пешеходный мост у озера Аммерзее в Германии (рис. 1). Его длина составляет 21 м, ширина 2 м. Пролёт включает в себя две главные балки, к которым по длине через 3 м подвешены поперечные балки. На поперечные балки уложены два прогона, сверху которых находится настил из досок.

Рисунок 1. Поперечное сечение балочного моста у озера Аммерзее в Германии

Для перекрытия пролетов больших размеров используются балочно-подкосные системы. Примером является пешеходный мост через реку Альб в Германии (рис.2). Данный пост является крытым. Пролет состоит из двух балок. Для поддержки несущих элементов моста принята подкосная система со стойками и подкосами.

Рисунок 2. Подкосная система с четырьмя подкосами моста через реку Альб в Германии

Примером моста с применением сквозных конструкций является пешеходный мост через реку Неккар в Германии (рис. 3). Центральный пролет моста имеет 80 м. Поперечное сечение моста равносторонний треугольник, который образовали три связанные друг с другом решетчатые фермы.

Рисунок 3. Мост через реку Неккар в Германии с применением сквозных конструкций

Пешеходный мост в г. Мартигни (Швейцария) – это мост с применением вантовых систем. Длина пролета составляет 28 м, ширина моста 2,5 м. Пролетное строение, которое состоит из двух главных балок, поддерживается двумя парами оттяжек. К этим балкам снизу присоединены поперечные балки, по которым уложен дощатый настил.

Преимущества деревянного мостостроения:

• простота изготовления элементов;
• эстетически привлекательны, отлично вписываются в естественный ландшафт;
• достаточная распространенность древесного строительного материала;
• по сравнению с мостами из других материалов имеют небольшую стоимость;
• срок службы клееных конструкций и антисептированной древесины составляет не менее 50 лет;
• данный материал не оказывает вредного воздействия на окружающую среду;
• дерево, которое пропитано антипиреном имеет 1 группу огнестойкости [2].

Недостатки деревянного мостостроения:

• материал неоднороден по структуре из-за сучков и других пороков древесины;
• непропитанная древесина подвержена горению и гниению;
• невысокий срок службы без антисептирования;
• высокие эксплуатационные расходы;
• не вписываются в городскую окружающую среду.
• не требуется применения таких тяжелых кранов, как для монтажа других конструкций.

Нормативным документом, регламентирующим проектирование и строительство деревянных мостов, является СП 35. 13330.2011, СП 46.13330.2012. 

Железобетонные мосты

Первый пешеходный мост из железобетона был построен в 1975 г. во Франции. Он имел длину 16 и ширину 4 м. Конструктивные формы мостов из железобетона были взяты не только из области мостов, строившихся ранее, но и созданы новые свойственные только ему. Железобетонные балочные мосты появились в конце ХIХ в. Первоначально применяли пролетные строения в виде плоских плит. По мере увеличения длины пролета пролетные строения стали сооружать в виде ребристых плит или балок. До революции в России железобетонное мостостроение развивалось под влиянием зарубежного опыта [3, c.59].

В железобетонных мостах к бетону предъявляются такие требования как, высокая прочность, водо- и газонепроницаемость, морозостойкость и др. Для мостов необходимо применение бетона классов от В20 до В60. Морозостойкость применяется в переделах от 100 до 400. Марка по водонепроницаемости должна быть не ниже W4. Водоцементное отношение должно составлять не более 0,6. Арматура принимается в зависимости от условий работы элементов конструкций. Возводить мосты можно из готовых элементов (что гораздо быстрее), либо бетонировать на месте. Железобетонные мосты из сборных конструкций применяют в основном пролетами до 42 м.

Широкое распространение железобетон получил в средних и малых мостах.

Поперечные сечения железобетонных пешеходных мостов бывают следующих видов: плитной конструкции, ребристого и коробчатого сечения (рис.4).

В большинстве случаев применяют плитную конструкцию. Данная конструкция может быть постоянной и переменной толщины.

Ребристое сечение применяют, когда длина пролета строения значительно больше ширины прохода. При ширине прохода 2-2,5 м задают тавровые и двутавровые поперечные сечения с одной главной балкой. При ширине превышающей 2,5 м устраивают двухребристое поперечное сечение.

Коробчатые сечения применяют в основном в криволинейных пешеходных мостах. Преимуществом данного типа сечения является то, что снизу не будет видно никаких ребер.

Рисунок 4. Типы поперечных сечений железобетонных пешеходных переходов

Существуют следующие схемы пролетного строения:

• балочно-разрезные и балочно-неразрезные, которые обычно монтируют кранами из цельноперевозимых балок;
  
• рамные, выполненные с вертикальными или наклонными стойками;
  
• арочные, закрепленные в монолитных устоях;
  
• с применением гибкой железобетонной лентой, высота которой составляет 1/200 перекрываемого пролета.
  

Примеров железобетонных пешеходных мостов достаточно много не только в Росии, но и за рубежом. Одним из них является пешеходный мост, построенный в Англии в Твикенхеме.

Преимущества железобетонных мостов:

• минимальные затраты на содержание (затраты значительно меньше по сравнению с металлом);
  
• индустриальность и технологичность в изготовлении;
  
• высокий срок службы;
  
• повышенная прочность;
  
• несущие конструкции железобетонных мостов не защищают от атмосферных воздействий.
  

Недостатки железобетонных мостов:

• высокий собственный вес;
  
• продолжительное время производства строительно-монтажных мостов;
  
• отсутствие архитектурной выразительности;
  
• высокая сметная стоимость;
  
• возможность трещинообразования из-за больших внутренних напряжений в конструкции;
  
• при значительной длине пролета увеличивается и строительная высота пролетного строения.
  

Нормативным документом, регламентирующим проектирование и строительство железобетонных мостов, является СП 35. 13330.2011, СП 46.13330.2012.

Металлические мосты

Металлические мосты – это сооружения, у которых пролетные строения и в некоторых случаях опоры выполнены преимущественно из стали.

Массово применять металлические мосты начали с середины XX века. Причиной этого стало использование сварки при производстве элементов мостов. В это же время начали использовать стальные фермы и балочные пролеты. Одновременно разрабатывались нормативные документы для проектирования типовых пролетных строений. Далее разрабатывались различные типовые решения. Начиная с 1955 года появляются новые требования к металлическим мостам, такие как снижение эксплуатационных затрат, эстетический вид и др.

Современные металлические мосты, как правило, выполняют из прокатной стали, которая содержит от 0,1 % до 0,25% углерода. Для мостов в основном применяют мартеновскую (углеродистую сталь) и низколегированную сталь. Мартеновская сталь имеет достаточно высокие механические свойства. Низколегированная стали имеет более легкий вес, чем Мартеновская, но при этом её стоимость будет выше.

Металлические пешеходные мосты имеют следующие системы:

• балочную;
  
• арочную;
  
• подвесную (висячие и вантовые мосты);
  
• подвижную [3, c.103-121].
  

Наиболее часто применяются балочные пешеходные мосты (рис.5). Существуют пролетные строения со сплошными главными балками, а также с главными фермами.

Диапазон перекрываемых пролетов с главными балками колеблется от 10 до 150 м и более. Пролетные строения бывают разрезными, неразрезными, и консольно-балочными. Главные балки используют двутаврового, либо коробчатого сечения. Их высота зависит от многих факторов и составляет 1/15-1/30 пролета. Сейчас металлические мосты устраивают с железобетонной или стальной ортотропной плитой прохожей части.

Рисунок 5. Поперечные сечения балочного металлического моста

За счет включения железобетонной плиты прохожей части снижается расход металла и увеличивается жесткость конструкции.

Пролетные строения с главными балками используют в мостах с длиной пролета от 30-40 м и более. Чаще всего применяют решетчатые фермы с движением поверху. При пролетах больших целесообразно использовать фермы с движением по низу, за счет чего сводится к минимуму строительная высота. Примером применения балочного моста является мост «Багратион» в Москве.

Арочные металлические мосты имеют большое разнообразие конструктивных решений. Главное достоинство таких систем архитектурная выразительность. В мостах со средними и малыми пролетами арки применяют сплошностенчатого сечения. Примером данного моста можно назвать пешеходный мост у Третьяковской галереи через водообводной канал в Москве.

Основой подвесных (висячих и вантовых) пешеходных мостов является система растянутых элементов из высокопрочных стальных канатов или вант. К канатам подвешивают балки жесткости с пешеходной частью. В висячих системах используют неразрезные цельнометаллические балки жесткости двутаврового или коробчатого сечения высотой от 1/100 до 1/300 пролета, а вантовых высотой 1/50-1/120 пролета. Примером может служить мост через р. Урал в г. Атырау.

Подвижные пешеходные мосты – мосты, имеющие подвижные пролетные строения. Видами подвижных мостов являются подъемные, поворотные, наклонные и др. Пример: мост через реку Тайн между Ньюкаслом и Гейтсхедом в Великобритании.

Преимущества металлических мостов:

• отличные механические свойства при разных условиях работы при нагружении;
  
• высокие темпы строительства, так как отдельные элементы собираются на заводах;
  
• высокая индустриальность и монтаж;
  
• за счет относительно малого веса, можно перекрывать большие пролеты даже до 1300 м;
  
• металл для пешеходных мостов хорошо поддается обработке, поэтому можно устраивать различные конструктивные системы;
  
• затраты на содержание ниже чем у деревянных мостов;
  
• срок службы выше чем у деревянных мостов;
  
• сметная стоимость ниже железобетонного мостостроения.
  

Недостатки металлических мостов:

• коррозия металла от действия окружающей среды;
  
• затраты на содержание выше, чем у железобетонных мостов;
  
• срок службы ниже, чем у железобетонных мостов;
  
• большая металлоемкость;
  
• небольшой собственный вес;
  
• сметная стоимость выше деревянного мостостроения [4].
  

Нормативным документом, регламентирующим проектирование и строительство металлических мостов, является СП 35. 13330.2011, СП 46.13330.2012.

Пешеходные мосты из стеклопластика

Стеклопластик – это материал, который состоит из стекловолокна, пропитанного термореактивным связующим. Данный материал предназначен для использования в строительстве взамен традиционных материалов.

Более 15 лет стеклопластик применяют для изготовления различных конструкций. Первый пешеходный мост из стеклопластика построили в 2004 году в микрорайоне Чертаново в Москве [5].

Рисунок 6. Пешеходный мост из стеклопластика в микрорайоне Чертаново в Москве.

В современных условиях стеклопластик применяют совместно с другими материалами, например бетоном или сталью.

Преимущества мостов из стеклопластика:

• небольшой вес материала, за счет чего упрощается монтаж материала;
  
• высокая сопротивляемость воздействию агрессивных сред;
  
• срок службы составляет более 100 лет;
  
• минимальные затраты на содержание;
  
• материал экономически эффективен при длительном сроке службы;
  
• эстетично вписываются в городскую среду;
  
• высокая скорость монтажа;
  
• экономия на опорных частях за счет малого веса пролетного строения.
  

Недостатки мостов из стеклопластика:

• высокая первоначальная стоимость, из – за высоких цен на сырье, индивидуальных проектов мостов и др.;
  
• стеклопластик не дает моментальной выгоды, и окупается через много лет.
  

Примером применения моста из стеклопластика является пешеходный мост в районе платформы «Чертаново» Московской железной дороги построенный в 2004 г.

Конструкции из полимерных материалов нельзя проектировать по тем же методика, что и железобетонные и металлические мосты. Нормативным документ для пешеходных мостов из стеклопластика является ГОСТ Р 54928-2012 «Пешеходные мосты и путепроводы из полимерных композитов. Технические условия».

Выводы

При проектировании пролетного строения пешеходного моста выбор материалов зависит от многих факторов, например, таких как стоимость, строк службы, эксплуатационные расходы, эстетическая привлекательность, собственный вес материала

Таким образом, наименьшую стоимость имеют деревянные мосты, наибольшую -стеклопластиковые. Самый низкий срок службы у деревянных мостов. Наибольшие эксплуатационные расходы имеют деревянные и металлические мосты, наименьшие стеклопластиковые. Лучше всего вписываются в естественный ландшафт деревянные мосты, а остальные в городской. Самый низкий вес имеет стеклопластик, самый высокий железобетон.

Металлы – это главные конструкционные материалы, используемые создания ракетно-космических машин. Итак, самые пригодные для космоса это (см. схему №1):

• Алюминий считается любимцем авиаконструкторов, но для улучшения свойств из него приходится делать сплавы.
• Железо – неотъемлемый металл любых инженерных сооружений. Железо в виде различных высокопрочных нержавеющих сталей стоит на втором месте среди материалов, применяемых для постройки ракет.
• Медь также является одним из основных металлов электротехники и теплотехники.
• Серебро – древнейший драгоценный металл, он является связующим звеном меди и стали в жидкостном двигателе ракеты. Титан и сплавы на его основе – важнейший металл космического века. Несмотря на общераспространенные убеждения, этот металл недостаточно широко используется в ракетной технике — из сплавов на основе титана чаще всего делают газовые баллоны высокого давления. [1]

Схема №1. Основные космические металлы

Но прогресс не стоит на месте, и при разработке средств исследования космического пространства требуются новые структуры, которые должны выдерживать нагрузки космических полетов. В наши дни идет стремительная разработка инновационных космических материалов, таких как интеллектуальные космические композиты, самовосстанавливающиеся материалы и нанотрубки. (см. схему №2)

Схема №2. Инновационные космические материалы

Самовосстанавливающийся материал. Ученые NASA в партнерстве с химиками Мичиганского университета создали многослойный полимерный материал, имеющий функцию «самозаживления». Если микрометеорит проделывает в космическом сооружении небольшое отверстие, то материал сам закрывает его, сохраняя таким образом герметичность данного объекта. В дальнейшем ученые планируют использовать такой материал для протекции космических станций от орбитного космомусора и микрометеоритов. Вот как выглядит этот материал: жидкая смола определенного состава (чаще всего на основе тиолов) составляет слой между двумя полимерными пластинками. Находясь в изоляции от воздуха такая смола может находится в виде вязкой жидкости очень долгое время. Во время внешнего воздействия, которое способно образовывать дыры в полимерных пластинах, смола вытекает из этой пластины и начинает реагировать с воздухом, и в процессе этого вступает в химическую реакцию. Вытекшая смола мгновенно становится твердой и закупоривает отверстие. Характер действия этого материала схож с процессом сворачивания крови. Самовосстанавливающийся композит пригоден даже для иллюминаторов, потому что он смола и полимерные панели, между которых она находится, прозрачны и бесцветны. [2]

Космические нанотехнологии. NASA совместно с космическим центр Джонсона заключили договор о совместной разработке и применении высочайших технологий и, в особенности, нанотехнологий для исследования пространства космоса. NASA планирует упростить вывод космомашин на орбиту с использованием космического лифта, изготовленного из нано-трубок. Они имеют высокую жесткость, что может помочь им затмить большинство новейших материалов для аэроконструкций. Композиты из нано-трубок снижают вес современных космических объектов примерно в два раза. Углеродные нанотрубки из одного слоя, созданные в 1991 году обладают чрезвычайной прочностью, поэтому они не очень подходят для основной ленты космического лифта. Они в 100 раз прочнее стали, и, соответственно примерно в 5 раз прочнее, чем предполагается для создания. Соотношение прочность и веса такого материала ленты больше, чем у высокозакаленной стали.

«Интеллектуальные» космические материалы. В последние 10 лет вместе с безостановочным совершенствованием уже имеющихся материалов, составляющий довольно важный технический и экономический прогресс благодаря неповторимому взаимодействию свойств, появились тенденции разработки новых материалов, которые активно взаимодействуют с внешней средой. Эти материалы стали называться «интеллектуальными». Они могут «чувствовать» свою физическую среду, внешние факторы и по-своему реагировать на них, т.е. способны проводить самодиагностику при появлении и прогрессировании деффекта, устранять его и оставаться в стабильном положении в критических зонах. Благодаря разнообразию свойств таких материалов их можно использовать почти во всех деталях конструкций космической техники (обтекатели, узлы трения, отсеки, корпусы и др.) [3]

Как мы видим, материалопроизводство не стоит на месте и космос – прямое тому подтверждение. Люди используют ранее известные нам материалы, а также создают материалы, которые имеют поразительные свойства. Но без совершенствования невозможно представить нашу жизнь и жизнь того, что нас окружает. Использование данных материалов позволит контролировать и прогнозировать состояние различных конструкций космических аппаратов в требуемый момент времени и даже на труднодоступных участках, значительно повысить ресурс систем и их надежность. Из анализа экспертных оценок специалистов следует, что в ближайшие 20 лет 90% современных материалов, применяемых в промышленности, будут заменены новыми, в частности «интеллектуальными», что позволит создать элементы конструкций, которые будут определять технический прогресс XXI в.

Открытие металлов послужило переходом к качественно новому уровню жизни всего человечества. Благодаря физическим свойствам и возможности металлов легко отдавать свои электроны, они стали таким нужным и незаменимым материалом, который используется буквально везде: от производства проводов до строительства различных сооружений.

Люди давно догадались: если делать орудия труда и оружие из металлов или их сплавов, они становятся прочнее, острее, эффективнее. Вполне вероятно, что без металлов в мире стало бы меньше войн. Если обратиться к истории, можно проследить, что раньше войны были не такими кровопролитными и массовыми, как последние несколько веков. Этому способствовали новые технологии в области военной техники: усовершенствованные виды оружия, машины [2]. Такой прогресс обязательно должен быть связан с металлом, ведь представить танк из пластика или деревянный автомат довольно непросто.

Отсутствие металлов, и, как следствие, жестоких войн – огромный плюс для нашей планеты, но в то же время мы лишились бы многих других преимуществ, которые дают нам металлы. Например, электричества. Внутреннее устройство металлов отличается от других веществ присутствием большого числа свободных электронов, которые при малейшем воздействии электромагнитных сил образуют направленный поток. По этой причине именно металлы являются лучшими проводниками электрического тока. Хотя в настоящее время и существуют электропроводящие полимеры, заменить металлы в проводах они вряд ли сумеют, так как капризны к внешним воздействиям и дороги в создании. Человеческий разум постоянно развивается. Вполне возможно, что ученые-химики изобрели бы новый искусственный материал с похожими свойствами (пластичностью, электро- и теплопроводностью, твердостью и др.), который смог бы заменить металлы во всех сферах, но это только в теории.

Если же смотреть на данную ситуацию с глобальной, космической точки зрения, то без металлов нашей жизни не существовало бы вовсе. Ядро планеты Земля состоит преимущественно из железа и никеля. Благодаря вращению Земли, массы жидкого железа и никеля тоже вращаются по кругу, генерируется магнитное поле. Именно магнитное поле защищает все живое на планете от вредного влияния солнечного радиоактивного излучения.

Мы не знаем, какой была бы жизнь, если бы в ней не было металлов. Без металлов человечество не смогло бы развиться от аграрного до индустриального, а позже до информационного общества. Одно можно сказать точно: наш мир был бы совершенно другим, потому что металл – это один из материалов, лежащих в основе нашего мира.

Бетон

Бетон в домах чаще всего используют для изготовления полов. Он состоит из таких натуральных компонентов, как вода, цемент и всевозможные наполнители. Различные пропорции используемых материалов определяют прочность бетонного покрытия. Это самый износостойкий материал, который со временем становится только прочнее. Но происходит это при обеспечении должной защиты. Для этого применяют специальные покрытия для бетона, которые бывают следующих видов:

1. Пропиточные. В этом случае пол обрабатывают специальными химическими средствами, которые образуют на его поверхности пленку, защищающую от влаги и воздуха. Это недорогой вариант, который можно использовать при отсутствии сильных механических нагрузок на поверхность. Он прост в использовании, так как пропитку легко нанести. Однако со временем пленка разрушается, что может привести к нарушению покрытия.

2. Окрасочные. Такие средства больше подходят для декорирования и предотвращают запыление. Перед нанесением краски обязательно убедитесь, что она подходит для работы с бетоном. Это покрытие выдерживает сильные нагрузки, оно устойчиво к воздействию химических веществ, влагостойко и гигиенично. Вы можете подобрать понравившийся цвет, а также требуемую фактуру. Поверхность пола может быть, как матовой, так и глянцевой. Окрасочные средства легко наносятся на поверхность с помощью специального валика.

3. Наливные полы. Сначала делается бетонная стяжка. На нее и наносится это покрытие. Оно отличается довольно высокой устойчивостью к механическим воздействиям и агрессивным химическим веществам. Наливные полы соответствуют высоким гигиеническим требованиям и очень красиво смотрятся. На протяжении всего срока использования эти полы практически не теряют первоначального вида. За ними очень просто ухаживать в повседневной жизни.

4. Высоконаполненные покрытия. Они практически не поддаются воздействию сильных механических повреждений, поэтому имеют и другое название – бронированные. В их состав входят смола и кварцевый песок. С помощью такой смеси тоже можно декорировать поверхность. Такие полы полностью влагостойки, морозостойки и невосприимчивы к ультрафиолетовым лучам. За ними легко ухаживать в течение всего срока эксплуатации.

Дерево

Спектр применения этого материала очень широк. Это стены, потолки, лестницы, предметы интерьера. С этим материалом очень легко и приятно работать. И, конечно же, хочется, чтобы изделия из дерева как можно дольше сохраняли свою функциональность и внешний вид. Для этого используются специальные покрытия и пропитки:

1. Противопожарные. Такие пропитки называются антипиренами. Их действие основано на свойствах различных физико-химических процессов, которые происходят при горении древесины. Пропитав этим составом деревянное изделие, вы не позволите огню распространиться по его поверхности.

2. Антисептики. Эти составы применяются для предотвращения появления плесени, древесной синевы или грибка. Они также исключают появление различных насекомых, вредящих деревянным изделиям. Применяются такие пропитки в комплексе с противопожарными.

3. Краски, лаки. Они применяются не только в качестве защитного материала, но и как средство декорирования. Для этих же целей используют масла и воски.

4. Отбеливающие составы. С их помощью можно убрать пятна на поверхности дерева или смягчить его природный цвет. Эта процедура применяется тогда, когда краски недостаточно, чтобы скрыть изъяны цвета.

Металл

Конструкции из металла очень популярны в строительстве и ремонте. Они отличаются прочностью, и в то же время с ними легко работать. Главная проблема в эксплуатации металлических конструкций – это их подверженность коррозии. Для того чтобы предотвратить ее появление, применяют различные покрытия из лакокрасочных материалов. Это краски и эмали. Их очень просто наносить на поверхность, поэтому справиться с этой работой может любой человек. Большой спектр выпускаемых покрытий позволяет получить необходимый цвет, который подходит вашему дизайну. С помощью эмалей и красок можно обработать конструкции различных размеров и конфигураций. Стоит такое покрытие сравнительно недорого.

При правильном нанесении защитных материалов вы сможете продлить время эксплуатации любых конструкций, которые используются в вашем доме.

Во время грозы кровля становится настоящим молниеприёмником. Это совсем не значит, что отдельная молниезащита крыши в таком случае не нужна, совсем наоборот, по требованиям безопасности применение заземления жизненно необходимо. Все выдающиеся части, сделанные не из металла, должны также оборудоваться молниеприемниками.

Для надёжной защиты дома от стихии всё молниеприёмники и токоотводы должны соединяться с заземлением.

Иначе, во время грозы могут возникнуть аварийные ситуации. К примеру, прямой удар молнии может разогреть металлические листы так сильно, что древесина, из которой выполнена стропильная система, просто-напросто загорится. Вероятны и повреждения обрешётки, и слоёв гидроизоляционной плёнки. Если начинается оплавление покрытия, что особенно часто случается, если кровельный материал не толще миллиметра, пожара практически не избежать, так как воспламеняется изоляционный материал.

Таким образом, долго раздумывать, нужна ли молниезащита кровли, не приходится. При желании можно обратиться за созданием защиты к специалистам, а можно выполнить все необходимые действия самостоятельно, что ничуть не хуже.

Итак, рассмотрим, как сделать молниезащиту, поподробнее.

Молниезащита своими руками

Все постройки должны в обязательном порядке оборудоваться молниеотводом, минимизирующим риск возгорания и повреждения электрических приборов в доме. Грамотная система включает в себя две части:

• Внешнюю;
• Внутреннюю.

Первая защищает собственно от удара во время грозы, а вторая предполагает ограждение электрической сети от перенапряжений, которые могут возникнут во время удара.

Внешняя система защиты включает в себя:

• Молниеприёмник;
• Токоотвод;
• Заземление.

Для внутренней используются специализированные устройства для электросетей, контролирующие уровень напряжения. Таким образом, самостоятельно изготовить подобное нельзя, но можно своими руками установить приобретённое готовое устройство в сеть. При отсутствии такого оборудования специалисты советуют отключать все электрические приборы из розеток при приближении эпицентра грозы к дому.

Уличную защиту можно изготовить полностью вручную. К примеру, молниеприёмником может послужить любой конус или штырь из металла. Токоотвод делается из железной проволоки с круглым сечением и объединяет молниеприёмник с заземлителем. Заземление чаще всего выполняется из металлических полос или прутьев с диаметром около восемнадцати миллиметров. Помимо непосредственно защитных элементов, для самостоятельного проведения работ понадобятся специальные скобы из мягких металлов для того, чтобы соединить ими токоотводы, сварочный аппарат или, при его отсутствии, гайки и болты для соединения.

Правильно сделанная молниезащита соответствует следующим требованиям. Во-первых, заземление располагается на расстоянии в минимум метр от жилья. Во-вторых, высшая точка молниеотвода должна напоминать по форме верх зонта. В-третьих, в регионах с частыми грозами стоит установить и громоотвод, чтобы снизить воздействие на молниеприёмник в экстренной ситуации.

Выполнение основных элементов

Перед тем как сделать заземление, нужно выкопать яму максимально возможной глубины. Именно в неё будет помещён металлический заземлитель, которым могут послужить труба или металлический уголок. Глубина ямы должна быть больше, чем уровень зимнего промерзания почвы. Дополнительно в землю вкапывается арматурная сетка, которую тоже можно сделать своими руками – достаточно просто взять толстую проволоку. Помимо сетки, иногда используются металлические бочки или куски железа.

Сухой грунт плохо способствует проведению тока. Место для заземления лучше бы поддерживать влажным. Идеальное решение – провести в это место сток с крыши. Такая система не потребует внешнего вмешательства. Но допустимо и просто поливать иногда заземление водой.

Для улучшения работы устройства в процессе эксплуатации специалисты советуют периодически просверливать в земле у заземлителя шурфы и засыпать их солью или селитрой, это способствует хорошей электропроводности.

Молниезащита представляет собой проводник тока. При изготовлении её своими руками чаще всего применяется медная проволока, оцинкованная сталь или алюминий. Чем выше расположен молниеприёмник, тем больше будет площадь, которую он защищает.

Наиболее оптимальный вариант — когда неподалеку от постройки есть крупное дерево, на котором можно закрепить шест с молниеприёмником так, чтобы он был значительно выше верхушки дерева. При отсутствии растительности шестом может послужить телевизионная мачта, особенно сделанная из неокрашенного металла. Такая мачта сама по себе вполне хороший молниеотвод. Если же она выполнена из дерева, нужно дополнительно пустить с молниеотвода проволоку или провод, которые соединяются с заземлением.

При отсутствии и деревьев, и телевизионного оборудования, молниеприёмник располагается на дымовой трубе, к которой монтируется металлический штырь, соединённый с заземлителем. В такой ситуации нужно учитывать, насколько прочно сделана труба, так как от сильного ветра штырь будет расшатывать её и слабая конструкция может быть разрушена.

Отдельная от других элементов молниезащита представляет собой мачты длиной около двух метров, которые устанавливаются на фронтонах дома. Между ними натягивается толстая проволока с изоляционным покрытием, которая соединена с заземлителем. Такой способ тоже позволяет создать неплохую защиту для дома.

Очевидно, что молниезащита металлической крыши выполняется достаточно быстро и просто.

Рассчитываем молниезащиту

Для абсолютной уверенности в высоком уровне защиты своего жилья рекомендуется рассчитывать параметры молниезащитой системы перед её установкой. Как рассчитать молниезащиту? Для этого проще всего использовать специальные калькуляторы, которые представлены в широком доступе в интернете. Можно вычислить и самостоятельно, но это будет значительно труднее.

Для вычислений нужно знать параметры защищаемого жилища, то есть, его высоту, длину и ширину, а также тип сооружения. Кроме того, стоит принимать во внимание погодные условия, данные о том, сколько за год приходится молний на каждый квадратный километр территории. Информация об этом получается из специальных метеорологических карт.

Используя все эти данные, можно с лёгкостью рассчитать молниезащиту правильно.

Защита для других видов кровельных покрытий

Молниезащита мягкой кровли выполняется из специальной сетки или особых держателей, которые фиксируются тем же материалом, что использован для самой кровли. Кроме того, можно использовать мачты на фронтонах с натянутым между ними тросиком-проводом, как и при металлической кровле, так как это достаточно универсальный метод.

Молниезащита кровли из металлочерепицы предполагает использование металлической сетки, которая сваривается с токоотводом, ведущим к заземлению.
Молниезащита скатной кровли выполняется с помощью прокладки проводника вдоль конька. В связи с тем, что зона защиты конькового проводника не распространяется на всю крышу, в нудных местах располагаются дополнительные элементы-молниёприемники. Они устанавливаются на чердачных окнах, выступах и трубах. Все коньковые проводники должны быть загнуты вверх на высоту около пятнадцати сантиметров.

Для проводника чаще всего применяют круглый алюминиевый или стальной провод в десять миллиметров диаметром, возможны также медные варианты. Алюминиевый отличается низкой ценой и относительно недолгим сроком эксплуатации, медный же служит наиболее долго, но и стоит гораздо дороже двух других.

Молниезащита эксплуатируемой кровли представляет собой сетку из стальной проволоки с диаметром более шести миллиметров, которую нужно укладывать поверх кровельного материала либо под несгораемый слой гидро- или теплоизоляции. Шаг, с которым располагаются в сетке ячейки, не должен превышать шесть на шесть метров. Все элементы, которые выступают над крышей, обязательно соединяются с молниеприёмной сеткой, неметаллические части их оборудуются дополнительными молниеприёмниками, которые тоже должны соединяться с защитной сеткой.

Подведём итоги

Молниезащита – крайне важный этап строительства для любого типа кровельного материала, особенно он актуален для покрытий из металла. Такие покрытия накапливают статическое электричество и привлекают удары молнии в грозу, отсутствие у них защиты легко приводит к аварийным ситуациям с расплавлением элементов кровельного пирога или их возгоранием. К тому же, металлические листы могут разогреваться от молнии до такой степени, что стропильная система дома может загореться.

Поэтому специалисты по безопасности рекомендуют оснащать жильё молниезащитой, включающей в себя молниеприёмник, токоотвод и заземление. Все эти элементы можно сделать своими руками из подручных строительных материалов.
Для каждого типа кровельного покрытия есть свои варианты. При этом установленные на фронтонах мачты с молниеприёмниками, соединёнными тросиком, подходят практически для всех типов частных жилых домов. Удобнее устанавливать молниеприёмники на уже существующие высокие точки крыши, такие как телевизионные мачты или трубы при условии их удовлетворительного состояния, способного вынести дополнительную нагрузку. При наличии на участке высоких деревьев, их макушка может применяться как точка для установки молниезащиты.

Создав для своего дома защитную систему, можно не опасаться превратностей природы и даже в самую сильную грозу спокойно наслаждаться уютом и теплом.

канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности

ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола

В последние годы объемы построек различного назначения стабильно и стремительно растут. Это общественные здания, административные, многофункциональные высотные здания промышленного комплекса, сложнейшие сооружения транспортной инфраструктуры и многие другие.

Вместе с тем, пожары в зданиях и сооружениях ежегодно причиняют человечеству колоссальный материальный ущерб, но гораздо более страшен ущерб, причиняемый жизни и здоровью людей. Кроме того, токсичные продукты термической деструкции, выделяющиеся в больших объемах при неконтролируемом горении, представляют серьезную экологическую угрозу для окружающей среды. Это связано с тем, что основная масса широко используемых строительных материалов претерпевают различные физико-химические превращения при пожарах.

Одними из наиболее применяемых строительных материалов являются различные металлы, которые отличаются рядом преимуществ, в частности не выделяют токсичные продукты при пожаре. Однако несмотря на то, что металлические конструкции отличаются высокой прочностью и негорючестью, а температура плавления стали превышает 1500 °С, при пожаре незащищенный металл быстро нагревается до 500–600 °С. При таких температурах резко снижается прочность конструкций, возникают их деформация и быстрое разрушение под воздействием силы тяжести и нормативной нагрузки [1].

Поэтому важнейшей задачей при строительстве зданий с применением металлических конструкций является обеспечение требуемых пределов огнестойкости. Решение данной задачи может быть достигнуто различными методами, однако в последнее время наиболее широкое применение находят огнезащитные вспучивающиеся покрытия (ОВП.)

Однако огнезащитные вспучивающиеся покрытия, разработанные на сегодняшний день, являются дорогим материалом. Но если огнезащитное покрытие требуется для покрытия небольшой металлической строительной конструкции, то можно ОВП изготовить в домашних условиях при помощи дешевого и подручного материала. Для этого было проведено исследование и выяснено, из каких дешевых компонентом можно приготовить ОВП. Кроме того, введение различных добавок позволяет значительно повысить огнезащитную эффективность ОВП.

Поэтому актуальность проекта обусловлена необходимостью достигнуть повышения предела огнестойкости огнезащитного вспучивающегося покрытия при добавлении дополнительных составляющих, оказывающих теплоизолирующее действие при защите металлических конструкций в целях повышения предела их огнестойкости при возникновении пожара или снижения стоимости покрытия.

Исследуемые образцы: металлические строительные конструкции (пластины из стали размером 100×100 мм) с нанесенным ОВП различного состава.

Для исследования свойств огнезащитных вспучивающихся покрытий за основу был взят ОВП следующего состава (в % по массе):

- растворимое стекло – 75 %;

- бура – 10 %;

- вермикулит – 12 %;

- аммофос – 3 %;

При действии огня бура разлагается, в результате выделяются негорючие газы, которые вспучивают композицию. Пористый слой представляет собой расплав закоксовавшихся при нагревании газообразных продуктов. Сокращение высыхания краски достигается благодаря образованию кремнегеля во время взаимодействия аммофоса с растворимым стеклом, а тепло, выделяющееся во время реакции, ускоряет поликонденсацию кремнегеля. В результате образуется прочное стеклообразное покрытие (Рисунок 1).

Рисунок 1 –Покрытие

В ходе проведения опытов готовые образцы подвергались воздействию пламени газовой горелки в течение 60 минут.

Для оценки эффективности огнезащитного покрытия, а именно времени прогрева необогреваемой поверхности металлической пластины до определенной температуры, был использован пирометр, представленный на рисунке 2.

Рисунок 2 – Пирометр

В качестве добавок, направленных на повышение огнезащитных свойств ОВП, были использованы следующие компоненты: тетраборат натрий –0,1 %, глицерин – 2 %, карбамид – 0,2 % (в % по массе) [2-5].

Тетраборат натрия служит для улучшения эксплуатационных свойств покрытия, глицеринслужит в качестве пеногасителя, снижающего сильного вспенивающего слоя, что предотвращает его разрушения, карбамид служит в качестве вспенивателя, что служит теплоизоляционным слоем для металлических конструкций.

В ходе исследования было проведено 4 опыта. Каждый опыт включал в себя по 3 исследуемых образца. Первый опыт был проведен с огнезащитным покрытием без добавления добавок, во втором опыте в состав ОВП был добавлен тетраборат натрия, а в третий и четвертый глицерин и карбамид соответственно. Усредненные значения изменения температуры на необогреваемой поверхности во времени представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 –Зависимость температуры от времени

Таким образом, можно сделать вывод, что при введении в ОВП дополнительных добавок происходит прирост в огнезащитной эффективности. Анализируя полученные данные видно, что самой эффективной добавкой служит тетраборат натрия, а карбамид почти никак не отразился в огнезащитной эффективности.