Sisteme de acoperiș cu structură de oțel: proiectare, încărcare și placare

Configurații primare ale cadrului structural

Sistemul de acoperiș începe cu cadrul primar, de obicei secțiuni late de flanșe laminate la cald sau grinzi conice construite. Cele trei tipologii dominante impun fiecare constrângeri distincte asupra anvelopei acoperișului. Cadrele rigide cu coloane drepte sau segmentate și căpriori oferă deschideri clare de până la 150 de picioare fără coloane interioare , făcându-le standard pentru depozite și hangare de avioane. Panta capriorii trebuie să echilibreze cerințele de drenaj față de tonaj de oțel; o pantă de 0,25:12 este minimul absolut pentru panourile trapezoidale cu fixare transversală, în timp ce 0,5:12 este recomandată pentru sistemele de cusături în picioare pentru a preveni băltarea.

Acoperișurile cu rame, care folosesc grinzi deschise sau grinzi crelate, permit conductelor mecanice și liniilor de stropire să treacă prin deschiderile de țesătură, reducând înălțimea totală a clădirii cu 18 până la 30 inci comparativ cu grinzile cu țesătură solidă. Compartimentul este costul de fabricație crescut și detalii mai complexe ale conexiunii la punctele panoului. Pentru aplicații cu deschidere lungă care depășește 200 de picioare, cadrele spațiale construite din secțiuni structurale tubulare tubulare (HSS) distribuie sarcinile printr-o rețea tridimensională de noduri și membri, dar unghiurile variabile de intersecție necesită cleme de atașare a placajului fabricate la comandă la fiecare nod de coardă.

Membrii secundari și ingineria panelor

Pane din oțel format la rece, de obicei secțiuni Z sau secțiuni C cu adâncime de la 8 la 12 inci, se întind între cadrele primare la intervale de 4 până la 6 picioare . Panele Z sunt în general preferate deoarece forma lor asimetrică permite suprapunerea la suporturi, creând o acțiune continuă a fasciculului care reduce deformarea cu până la 40% comparativ cu secțiunile pur și simplu acceptate . Spațierea panei nu este arbitrară; este dictată de deschiderea permisă a profilului de placare sub presiunea de ridicare a vântului specificată. Un panou de fixare expus de calibrul 24 poate necesita pane la 4 picioare pe centru, în timp ce un panou structural de cusătură verticală mai greu de calibrul 22 se poate întinde până la 5 sau 6 picioare, eliminând o linie de pane pe fiecare locaș.

Orientarea panei în raport cu panta acoperișului introduce o componentă de îndoire biaxială. Institutul American de Fier și Oțel (AISI S100) necesită verificarea atât a îndoirii pe axa puternică, cât și pe axa slabă, combinată cu torsiune din atașarea excentrică a diafragmei acoperișului. Tijele de înclinare sau unghiurile de înclinare, instalate perpendicular pe banda panei la mijlocul deschiderii sau în al treilea punct, consolidează flanșa de compresie împotriva flambajului lateral-torsional și transferă componenta gravitațională a greutății acoperișului în cadrul primar.

Selectarea profilului de placare și metode de atașare

Învelișul din oțel al acoperișului este bariera de vreme și pielea diafragmei rezistă la sarcini laterale. Alegerea între panourile cu cusături fixate și în picioare determină longevitatea etanșeității la apă a sistemului.

Sistemele prin prindere se bazează pe șuruburi șailate din neopren care se comprimă pe coroana panoului. Șaibele se degradează sub radiația UV și ciclul termic, cu o durată de viață de 15 până la 20 de ani înainte de a necesita înlocuire . Panourile cu cusături în picioare, formate la fața locului din stocul de bobine sau livrate ca tigăi formate din fabrică, cusătură mecanic împreună cu un blocare la 360 de grade care încapsulează clema. Baza clipului este înșurubat ferm pe pane, dar clapeta de glisare permite panoului să se extindă și să se contracte în mod independent. Pentru clădirile de peste 200 de picioare în lungime de streașină, ingineria punctului fix devine esențială; acoperișul este ancorat la o singură coamă sau linie de streașină, iar toate celelalte cleme sunt de tip culisant, cu rosturi de dilatație detaliate la pătrunderi.

Acțiunea diafragmei acoperișului și traseul de sarcină lateral

Acoperișul din oțel funcționează ca o diafragmă orizontală, transferând forțele vântului și seismice de la pereții de capăt și cadrele intermediare către tragurile verticale de contravântuire. Capacitatea diafragmei este o funcție de adâncimea profilului panoului, grosimea oțelului și modelul elementelor de fixare. O tablă cu nervuri late de tip B, adâncime de 1,5 inchi, la calibrul 22, atașată cu elemente de fixare acționate cu pulbere Hilti X-HSN 24 sau șuruburi autoforante #12-24 la 6 inchi pe centru la capetele panoului și 12 inchi pe centru la suporturile intermediare , oferă o capacitate de forfecare admisibilă de aproximativ 300 până la 500 de lire sterline pe picior liniar, în funcție de tabelele de proiectare a diafragmei Steel Deck Institute.

Condițiile de margine guvernează capacitatea. Cadrul perimetral paralel cu direcția sarcinii trebuie să aibă elemente de fixare structurale la fiecare nervură pentru a dezvolta forțele coardelor de delimitare. Un element de fixare lipsă sau sub antrenat de la bara de streașină reduce rigiditatea diafragmei la nivel local și transferă sarcina către conexiunile adiacente, un mod de defectare în cascadă care a fost documentat în studiile de daune post-uragan ale clădirilor metalice prefabricate.

Performanța termică și controlul condensului

Oțelul conduce căldura aproximativ De 400 de ori mai rapid decât izolația din vată minerală , făcând puntea termică la pane și agrafe calea dominantă de pierdere a căldurii. Un acoperiș din oțel cu izolație din fibră de sticlă R-30 acoperită peste pane are o valoare R efectivă de numai R-11 până la R-14 când sunt luate în considerare scurtcircuitele termice, conform metodelor de calcul ASHRAE 90.1 Anexa A. Soluția este un bloc distanțier termic, de obicei o bandă rigidă de poliizocianurat de 1,5 inci instalată între flanșa panei și placare, combinată cu izolație de înaltă densitate, care realizează o suprafață totală peste partea superioară a panei, mai degrabă decât să fie comprimată la grosimea zero la fiecare linie structurală.

Riscul de condensare atinge vârfuri la intersecția punctului de rouă din cadrul ansamblului. Un acoperiș din oțel fără aerisire într-un climat rece necesită o barieră de aer continuă și un dispozitiv de întârziere a vaporilor pe partea caldă interioară. Consultanții în domeniul construcțiilor specifică de obicei: a Foaie de polietilenă de 10 mil sau o membrană inteligentă de întârziere a vaporilor sub pane, etanșată la toate turele și pătrunderile, pentru a împiedica aerul umed din interior să ajungă în partea inferioară rece a platformei de oțel. Fără această barieră, înghețul se acumulează în cavitatea de izolație, se topește în timpul ciclurilor termice și se scurge pe plăcile de tavan, adesea confundate cu o scurgere de acoperiș.

Protecție împotriva coroziunii și compatibilitate cu materialele

Mediul de service dictează specificația substratului și a acoperirii. Oțelul galvanizat G90 (0,90 uncii de zinc pe metru pătrat) oferă o protecție adecvată pentru aplicații interioare, non-industriale, dar expunerile de coastă sau industriale grele necesită Oțel acoperit cu aliaj de aluminiu-zinc AZ55 (Galvalume) sau elemente de fixare din oțel inoxidabil . Galvalume oferă de aproximativ două până la patru ori mai multă protecție la marginile acoperirilor galvanizate, deoarece matricea bogată în aluminiu protejează în mod sacrificial oțelul expus la marginile tăiate.

Coroziunea galvanică este un mecanism de defecțiune care poate fi prevenit. Când jgheaburile de cupru, tăbliile de plumb sau cheresteaua tratată sub presiune cu conservanți pe bază de cupru intră în contact cu acoperișul de oțel, se formează o celulă electrolitică. Metalul mai puțin nobil, stratul de zinc sau aluminiu, se corodează de preferință. Un strat de separare de membrană EPDM sau o folie de alunecare din polietilenă de înaltă densitate trebuie să izoleze metale diferite. Nici măcar elementele de fixare nu sunt imune; Șuruburile din oțel carbon dintr-un panou din oțel inoxidabil vor rugini în câteva luni, în timp ce panoul rămâne intact. Specificațiile elementelor de fixare trebuie să corespundă sau să depășească rezistența la coroziune a panoului.

Testarea și punerea în funcțiune în timpul construcției

Integritatea sistemului de acoperiș este verificată printr-o succesiune de inspecții la punctele de reținere. Înainte de instalarea placajului, alinierea panei este verificată cu o linie de sfoară sau cu laser; o abatere depăşitoare ±1/4 inch în 20 de picioare va telegraf prin panoul finit ca ondulație vizibilă. După ce placarea este asigurată, dar înainte de aplicarea ornamentelor, se efectuează un test pe rack de pulverizare cu apă, simulând 6 inci de ploaie pe oră pe întreaga suprafață a acoperișului, identifică golurile de cusături și scurgerile de ocolire a elementelor de fixare care sunt invizibile în condiții uscate.

Capacitatea de forfecare a diafragmei poate fi verificată pe teren utilizând un test de rigiditate nedistructiv. Un berbec hidraulic aplică o sarcină laterală la streașină, iar cadranele măsoară deformarea în plan. Compararea flexibilității măsurate cu rigiditatea proiectată identifică goluri în modelul elementelor de fixare sau rezemare insuficientă la conexiunile pane-capriori înainte ca clădirea să fie supusă unui eveniment de vânt de proiectare.

Declanșatoare de întreținere și indicatori de încheiere a serviciului

Un sistem de acoperiș din oțel necesită un program de inspecție documentat legat de degradarea observabilă. Următoarea listă de verificare identifică punctul de tranziție de la întreținerea de rutină la înlocuirea capitalului:

• Garniturile de fixare care prezintă fisuri circumferențiale sau compresie fixate mai mult de 0,020 inchi.
• Îmbinări cu cusături în picioare, cu goluri vizibile de separare care depășesc 1/16 inch, indicând oboseala clemei sau clichetul termic.
• Apă strânsă rămasă pe suprafața acoperișului mai mult de 48 de ore după precipitații, indicând o pantă inadecvată sau o deformare a structurii.
• Acoperirea cu vezicule sau pete roșie de rugină pe mai mult de 3% din suprafața totală a panoului, declanșând o analiză de acoperire sau înlocuire a panoului.
• Flambarea panei sau alungirea șurubului de conectare vizibilă din partea inferioară, care necesită evaluarea imediată a sprijinirii structurale.