Metallipalkit rakentamiseen ja modulaaristen terässiltojen rakennusopas

Rakennusprojekteissa käytetyt metallipalkkityypit

Rakennusrungot yhdistävät useita valssattuja ja valmistettuja muotoja, joista jokainen sopii tiettyyn jänneväliin, kuormitusrataan tai liitosyksityiskohtaan. Väärän profiilin valinta on yksi yleisimmistä syistä muutoskäskyihin teräsasennuksen aikana.

Rakennetut levykannattimet, jotka on hitsattu laippa- ja uumalevyistä mieluummin kuin valssaamalla valssaamalla, hallitsevat pitkäjänteistä työtä, kun vakioluettelosyvyydet loppuvat. Tämä profiili on useimmiten määritelty modulaarisille terässillan pääpalkeille, koska valmistajat voivat säätää laipan paksuutta jaksolta taivutusmomenttikaavion mukaiseksi sen sijaan, että käyttäisivät vakiopoikkileikkausta koko jännevälille.

Kantokyvyn ja jännevälin laskelmat

Tietyn palkin sallittu jänneväli riippuu kolmesta syötöstä: teräksen myötölujuudesta, profiilin poikkileikkausmoduulista ja käytetystä kuormitusyhdistelmästä (kuollut kuorma plus elävä kuorma, johon lisätään tarvittaessa tuuli tai seisminen). Toimintasääntönä on, että insinöörit mitoivat lattiapalkit noin jännevälin syvyyteen jaettuna 20:llä tyypillisille toimistokuormille, jotka ovat 50 puntaa neliöjalkaa kohti, ja varmistavat sitten, että taipuma pysyy jännevälin alapuolella jaettuna 360:lla liikkeelle herkkien pintojen osalta.

Alla oleva kaavio havainnollistaa yleisen W-muotoisen sarjan suhdetta tasaisella lattiakuormituksella, ja näyttää kuinka sallittu jänneväli kasvaa palkin syvyyden kanssa kiinteällä 50 psf:n kuormalla.

Näissä luvuissa oletetaan A992 Grade 50 -teräksestä vakiojäykistysväleillä ja ne ovat havainnollistavia eivätkä korvaa leimattua rakennelaskelmaa. Syvemmät osat eivät skaalaudu lineaarisesti painon mukaan : Siirtyminen W10:stä W30:een suunnilleen kolminkertaistaa sallitun jännevälin ja vain kaksinkertaistaa painon jalkaa kohti, minkä vuoksi pitkäjänteiset katot ja siltakannet suosivat syvempiä, jänneväliin nähden kevyempiä osia useiden matalien palkkien pinoamisen sijaan.

Teräslaadut ja palkkien materiaalin valinta

Arvosanavalinta vaikuttaa sekä hintaan että osion kokoon. Neljä laatua kattavat suurimman osan rakennus- ja modulaaristen terässiltojen valmistustöistä.

• A36-hiiliteräs: 36 000 psi:n tuotto, yleisin laatu kulmille, levyille ja sivuosille, joissa painonsäästöllä on vähemmän merkitystä kuin kustannuksilla.
• A992 Grade 50: 50 000 psi:n tuotto, oletusarvo valssatuille W-muodoille Yhdysvalloissa 2000-luvun alusta lähtien, mikä antaa noin 39 prosenttia enemmän lujuutta kuin A36 vastaavalla yksikköhinnalla.
• A572 Grade 50/60/65: Korkealujuus niukkaseosteinen teräs, jota käytetään levypalkeissa ja raskaasti kuormitetuissa siltapalkeissa, saatavana jopa 65 000 psi:n tuottovoimalla.
• Säänkestävä teräs (A588-tyyppi): muodostaa vakaan oksidikerroksen, joka eliminoi toistuvat maalausjaksot. Se on laajalti määritelty paljaille modulaarisille terässiltapalkeille maaseutu- ja maantiellä.

Painon säästö lajivalintayhdisteestä koko projektin aikana. 30 000 neliöjalan varastorungossa pääpalkkien vaihtaminen A36:sta luokkaan 50 leikkaa tyypillisesti teräksen kokonaistonnimäärää 12–18 prosenttia, mikä alentaa sekä materiaali- että nosturiaikakustannuksia, vaikka Grade 50:n tonnihinta onkin hieman korkeampi.

Korroosiosuoja- ja pinnoitusjärjestelmät

Pinnoittamaton rakenneteräs menettää noin 0,001-0,005 tuumaa profiilipaksuutta vuodessa tyypillisessä ulkoteollisuusympäristössä, minkä vuoksi pinnoitteen valintaa käsitellään suunnittelupäätöksenä eikä jälkikäteen, erityisesti paljaissa palkkeissa ja modulaarisissa terässiltapalkeissa, jotka sijaitsevat lähellä veden risteyksiä.

Kuumasinkitys on oletusvalinta alle 40 jalan palkeille, jotka sopivat upotussäiliöön, kun taas kenttäkäyttöiset epoksi/polyuretaanijärjestelmät kattavat pidemmät levypalkit ja kootut modulaariset terässiltaosat, jotka ylittävät säiliön mitat.

Valmistus-, hitsaus- ja liitäntämenetelmät

Metallipalkin myymälävalmistus noudattaa kiinteää järjestystä, ja järjestyksellä on väliä, koska sarjan ulkopuolinen poraus tai hitsaus aiheuttaa vääristymiä, joita on kallista korjata jälkikäteen.

1. Laippa- ja rainalevyjen leikkaaminen pituuteen CNC-plasma- tai happipolttoaineleikkauksella, leikkaustoleransseilla tyypillisesti plus tai miinus 1/16 tuumaa.
2. Rainan sovitus- ja liimahitsaus laippoihin, tarkastetaan neliömäisyys ennen täyden hitsauksen aloittamista.
3. Täyshitsaus, yleensä uppokaarihitsaus pitkille suorille levypalkeille, joka laskee hitsausmetallia nopeammin ja vähemmän vikoja kuin käsin suojattu metallikaarihitsaus.
4. Poraus- tai lävistyspulttireiät kenttäliitoslevyille ja liitoskulmille, sijoitetaan myymälämallista varmistamaan kentän sovituksen.
5. Camber tarkastus ja oikaisu, koska pitkät palkit on esikameroitu ylöspäin estämään omakuorman taipumista kuormitettuna.
6. Pinnan esikäsittely ja pinnoitus ennen toimitusta.

Rakennusten runkojen kenttäliitännät käyttävät tyypillisesti lujia pultteja (luokka A325 tai A490) kenttähitsauksen sijaan, koska pulttiliitokset ovat nopeampia asentaa, helpompi tarkistaa oikea vääntömomentti ja ne toimivat ennustettavasti sekä rakennuksen rungoissa että modulaarisissa terässiltaliitoksissa.

Kustannusvertailu: Teräspalkit vs betoni ja puu

Materiaalikustannukset tonnia kohden kertovat vain osan tarinasta; asennettu hinta per neliöjalkaa kehystetty alue on luku, joka todella ohjaa palkin valintaa useimmissa projekteissa.

Teräs voittaa päättäväisimmin projekteissa, joissa on pitkät vapaat jännevälit, tiukat aikataulut tai tarve myöhempään saneerausjoustoon, koska kantavan seinän poistaminen tai aukon lisääminen on yksinkertaista pultatetulla teräskehyksellä ja paljon häiritsevämpää valubetonilla.

Huolto- ja tarkastusohjeet

Dokumentoitu tarkastusväli pidentää palkin käyttöikää reilusti alkuperäisiä suunnitteluoletuksia pidemmälle, erityisesti liikennekuormitukselle ja säävaihteluille alttiina oleville paljaille ja modulaarisille terässiltarakenteille.

Tärkeitä seikkoja tarkastuksen aikana ovat pulttien vääntömomentti jatkoliitoksissa, pinnoitekalvon paksuus palkin päissä, joihin vesi pyrkii kerääntymään, ja näkyvä poikkileikkauksen menetys laakerikohdissa, joissa palkki koskettaa perustusta tai tukia.

Usein kysytyt kysymykset