Teräsrakenteiset kattojärjestelmät: suunnittelu, kuormitus ja verhous

Ensisijaiset rakenteelliset kehykset

Kattojärjestelmä alkaa ensisijaisesta rungosta, tyypillisesti kuumavalssatuista leveistä laippaosista tai kartiomaisista rakennetuista palkeista. Kolme hallitsevaa typologiaa asettavat kukin erilliset rajoitukset kattovaipalle. Jäykät rungot suorilla tai segmentoiduilla pylväillä ja kattopalkeilla tarjoavat selkeät jännevälit aina 150 jalkaa ilman sisäpylväitä , joten ne ovat vakiovarastoissa ja lentokonehallissa. Sarjan kaltevuuden on tasapainotettava vedenpoistovaatimukset terästonnimäärän kanssa; 0,25:12 kaltevuus on ehdoton minimi läpikiinnitetyille puolisuunnikkaan muotoisille paneeleille, kun taas 0,5:12 suositellaan seisoville saumajärjestelmille, jotta estetään lammuttaminen.

Ristikkorakenteiset katot, joissa käytetään avorakenteisia palkkeja tai ristikkopalkkeja, mahdollistavat mekaanisten kanavien ja sprinklerilinjojen kulkemisen uuma-aukkojen läpi, mikä pienentää rakennuksen kokonaiskorkeutta 18-30 tuumaa verrattuna umpiverkkopalkkeihin. Kompromissi on kohonneet valmistuskustannukset ja monimutkaisemmat liitosyksityiskohdat paneelipisteissä. Pitkäjänteisissä sovelluksissa, jotka ylittävät 200 jalkaa, putkimaisista ontoista rakenneosista (HSS) rakennetut avaruuskehykset jakavat kuorman kolmiulotteisen solmu- ja jäsenverkoston kautta, mutta vaihtelevat leikkauskulmat edellyttävät mittatilaustyönä valmistettuja verhouksen kiinnityspidikkeitä jokaisessa jännesolmussa.

Toissijaiset jäsenet ja orren suunnittelu

Kylmämuovatut teräsorret, tyypillisesti Z- tai C-profiilit, joiden syvyys vaihtelee 8–12 tuumaa, ulottuvat päärunkojen väliin 4-6 jalkaa . Z-sorret ovat yleensä suositeltavia, koska niiden epäsymmetrinen muoto mahdollistaa päällekkäisyyden tukien kohdalla, mikä luo jatkuvan säteen vaikutuksen, joka vähentää taipumaa jopa 40 % verrattuna yksinkertaisesti tuettuihin osioihin . Orien väli ei ole mielivaltainen; sen määrää verhousprofiilin sallittu jänneväli määritetyssä tuulen nousupaineessa. 24-koon paljastettu kiinnityspaneeli saattaa vaatia orret 4 jalan etäisyydellä keskeltä, kun taas painavampi 22-koon rakenteellinen seisontasaumapaneeli voi venyä 5 tai 6 jalkaan, jolloin yksi orrereikka jää pois.

Purin suuntaus katon kaltevuuden suhteen tuo biaksiaalisen taivutuskomponentin. American Iron and Steel Institute (AISI S100) vaatii tarkastamaan sekä vahvan akselin että heikon akselin taivutuksen yhdistettynä vääntöön kattokalvon epäkeskisestä kiinnityksestä. Roikkuvat tangot tai vinokulmat, jotka on asennettu kohtisuoraan orren uuman suhteen keskijännepisteeseen tai kolmanteen pisteeseen, tukevat puristuslaippaa sivuttais-vääntöä vastaan ​​ja siirtävät katon painon painovoimakomponentin ensisijaiseen runkoon.

Verhousprofiilin valinta ja kiinnitystavat

Teräskattoverhoilu on sääsuoja ja kalvokalvo, joka kestää sivuttaiskuormia. Valinta läpikiinnitettyjen ja seisovien saumapaneelien välillä määrittää järjestelmän vesitiiviyden pitkäikäisyyden.

Läpikiinnitteiset järjestelmät perustuvat neopreenilla pestyihin ruuveihin, jotka puristuvat paneelin kruunua vasten. Aluslevyt hajoavat UV-säteilyn ja lämpösyklin vaikutuksesta, ja niiden käyttöikä on 15-20 vuotta ennen vaihtoa . Pysyvät saumapaneelit, jotka on muodostettu paikan päällä kelavarastosta tai toimitetaan tehtaalla muotoiltuina pannuina, saumautuvat mekaanisesti yhteen 360 asteen lukolla, joka kapseloi pidikkeen. Klipsijalusta on ruuvattu tiukasti orreen, mutta liukuva kieleke mahdollistaa paneelin laajenemisen ja supistumisen itsenäisesti. Rakennuksissa, joiden räystäspituus on yli 200 jalkaa, kiinteän pisteen suunnittelu on välttämätöntä; katto on ankkuroitu yhteen harjanteeseen tai räystäslinjaan, ja kaikki muut kiinnikkeet ovat liukutyyppejä, ja laajennussaumat on kuvattu läpiviennissä.

Katon kalvon toiminta ja sivuttaiskuormitusrata

Teräksinen kattokansi toimii vaakasuorana kalvona, joka siirtää tuulen ja seismiset voimat päätyseinistä ja välirungoista pystysuorille jäykistyksille. Kalvon kapasiteetti on paneelin profiilin syvyyden, teräksen paksuuden ja kiinnityskuvion funktio. 1,5 tuumaa syvä tyypin B leveä ripalevy, 22 gauge, kiinnitetty Hilti X-HSN 24 jauhekäyttöisillä kiinnikkeillä tai #12-24 itseporautuvilla ruuveilla 6 tuumaa keskellä paneelien päissä ja 12 tuumaa keskellä välitukien kohdalla , tarjoaa sallitun leikkauskapasiteetin noin 300–500 puntaa lineaarista jalkaa kohti, riippuen Steel Deck Instituten kalvosuunnittelutaulukoista.

Reunaolosuhteet säätelevät kapasiteettia. Kehärungossa, joka on yhdensuuntainen kuormitussuunnan kanssa, on oltava rakenteelliset kiinnikkeet jokaisessa ripauksessa rajajännevoimien kehittämiseksi. Puuttuva tai alikäyttöinen kiinnike räystästuesta vähentää kalvon jäykkyyttä paikallisesti ja siirtää kuormaa vierekkäisiin liitäntöihin, mikä on peräkkäinen vikatila, joka on dokumentoitu esisuunniteltujen metallirakennusten hurrikaanin jälkeisissä vauriotutkimuksissa.

Lämpöteho ja kondenssiveden hallinta

Teräs johtaa lämpöä karkeasti 400 kertaa nopeampi kuin mineraalivillaeristys , jolloin lämpösillat orreissa ja pidikkeissä hallitsevat lämpöhäviöreittiä. Teräskatolla, jossa on R-30 lasikuituhuopaeriste päällystetty orreiden päälle, tehollinen R-arvo on vain R-11 - R-14 kun lämpöshortsit huomioidaan ASHRAE 90.1 liitteen A laskentamenetelmien mukaisesti. Ratkaisu on lämpövälikappale, tyypillisesti 1,5 tuuman jäykkä polyisosyanuraattinauha, joka asennetaan orren laipan ja verhouksen väliin, yhdistettynä korkeatiheyksiseen peittoeristykseen, joka saavuttaa täyden uurteen orren päällä sen sijaan, että se puristuisi nollapaksuuteen joka rakennelinjalla.

Kondensoitumisriski on huipussaan kastepisteen leikkauskohdassa kokoonpanon sisällä. Ilmaamaton teräskatto kylmässä ilmastossa vaatii jatkuvan ilmansulun ja höyrynhidastimen sisäpuolen lämpimällä puolella. Rakennusalan konsultit määrittelevät yleisesti a 10 milin polyeteenilevy tai älykäs höyrynhidastuskalvo orien alla, joka on tiivistetty kaikissa kierroksissa ja läpiviennissä, jotta kostea sisäilma ei pääse teräskannen kylmälle alapuolelle. Ilman tätä estettä huurre kerääntyy eristysonteloon, sulaa lämpöjaksojen aikana ja tippuu kattotiileille, usein luullaan kattovuotoksi.

Korroosiosuojaus ja materiaalien yhteensopivuus

Palveluympäristö sanelee alustan ja pinnoitteen tekniset tiedot. Galvanoitu G90-teräs (0,90 unssia sinkkiä neliöjalkaa kohti) tarjoaa riittävän suojan sisämaassa, ei-teollisissa sovelluksissa, mutta rannikkoalueiden tai raskaan teollisuuden altistuminen vaatii AZ55 alumiini-sinkkiseospinnoitettu teräs (Galvalume) tai ruostumattomasta teräksestä valmistetut kiinnikkeet . Galvalume tarjoaa noin kahdesta neljään kertaa paremman suojan kuin galvanoidut pinnoitteet, koska alumiinia sisältävä matriisi suojaa uhrautuvasti paljaana olevaa terästä leikattujen reunojen kohdalla.

Galvaaninen korroosio on estettävissä oleva vikamekanismi. Kun kuparikourut, lyijylistat tai painekäsitelty puutavara kuparipohjaisilla suoja-aineilla koskettavat teräskattoa, muodostuu elektrolyyttikenno. Vähemmän jalometalli, sinkki- tai alumiinipinnoite, syöpyy ensisijaisesti. EPDM-kalvon tai korkeatiheyksisen polyeteenin liukulevyn on eristettävä erilaiset metallit. Jopa kiinnikkeet eivät ole immuuneja; ruostumattomasta teräksestä valmistetun paneelin hiiliteräsruuvit ruostuvat kuukausissa paneelin pysyessä ehjänä. Kiinnitysspesifikaatioiden on vastattava tai ylitettävä paneelin korroosionkestävyys.

Testaus ja käyttöönotto rakentamisen aikana

Kattojärjestelmän eheys varmistetaan sarjan pitopistetarkastuksilla. Ennen verhouksen asennusta orren kohdistus tarkistetaan narulinjalla tai laserilla; ylittävä poikkeama ±1/4 tuumaa 20 jalassa lennättää valmiin paneelin läpi näkyvänä aaltoiluna. Kun verhous on kiinnitetty, mutta ennen trimmauksen asentamista, vesisuihkutelinetesti simuloimalla 6 tuumaa sadetta tunnissa koko katon alueella, tunnistaa sauman aukot ja kiinnittimien ohitusvuodot, jotka ovat näkymättömiä kuivissa olosuhteissa.

Kalvon leikkauskyky voidaan todentaa kentällä käyttämällä ainetta rikkomatonta jäykkyystestiä. Hydraulinen sylinteri kohdistaa sivuttaiskuormituksen räystäään, ja mittakellot mittaavat tason taipuman. Mitatun joustavuuden vertaaminen suunnittelun jäykkyyteen havaitsee aukkoja kiinnityskuviossa tai riittämättömän laakeroinnin orreen ja palkkien välisissä liitoksissa ennen kuin rakennukseen kohdistuu suunnittelutuulitapahtuma.

Huoltokäynnistimet ja palvelun päättymisen merkkivalot

Teräskattojärjestelmä vaatii dokumentoidun tarkastusaikataulun, joka on sidottu havaittavaan vaurioitumiseen. Seuraava tarkistuslista tunnistaa siirtymäkohdan rutiinihuollosta pääoman vaihtoon:

• Kiinnitystiivisteet, joissa halkeamia tai puristusjälki on syvempää kuin 0,020 tuumaa.
• Pysyvät saumaliitokset, joissa näkyvät erotusraot ylittävät 1/16 tuumaa, mikä osoittaa pidikkeen väsymistä tai lämpöräikkää.
• Katon pinnalle jäänyt lampivesi yli 48 tuntia sateen jälkeen, mikä osoittaa riittämättömän kaltevuuden tai rakenteellisen taipuman.
• Pinnoite rakkuloita tai punaista ruostetta yli 3 %:lla paneelin kokonaispinta-alasta, mikä käynnistää uudelleenpinnoitus- tai paneelin vaihtoanalyysin.
• Purin uuman nurjahdus tai liitospultin venymä näkyy alapuolelta, mikä vaatii välitöntä rakenteellista tukiarviointia.