Какви са характеристиките на употреба на различните типове греди за покриви?

Екип от складови работници в канадските прериите веднъж прекарал три дни, за да закрепи с болтове това, което изглеждало като напълно разумен покрив с C-образни пурлини. Пролетите били дълги, снеговата натовареност — висока, а деформацията в средата на пролетта се проявила още преди стоящите шевови панели да бъдат напълно монтирани. Замяната на C-образните пурлини с надхвърлящи се Z-образни профили при същото разстояние позволила на инженера да намали дебелината на стоманата и все пак да постигне по-добра деформационна устойчивост. Този проект никога не попаднал в заглавията, но точно той илюстрира решението за избор на пурлини в едно изречение: профилът, който изберете, тихо определя максималната производителност на цялата вторична конструкция.

Хладноформованите пурлини се срещат в два доминиращи профила и един по-малко забележим трети вариант. Разликите между тях не са само външни. Симетрията на профила, възможността за надхвърляне и начина, по който елементът взаимодейства с подпорите и облицовката, определят дали покривът ще издържи снежно натоварване или ще се образува вълнообразен таван, който никакво допълнително затягане на крепежните елементи не може да поправи.

C-образният профил е надежден елемент за проста пролет, а не универсален покривен компонент

C-образният профил е канал. Стената се намира в средата, фланците сочат в една и съща посока, а сечението е симетрично спрямо вертикалната си ос. Тази симетрия прави анализа изключително лесен, улеснява болтовото свързване през стената и е по-търпима за бригади, които все още усвояват ритъма на монтажа на второстепенните конструкции.

Проблемът е непрекъснатостта. C-сечението не може да се прилепва към следващия елемент по начина, по който го прави Z-сечението. Пурлините могат да се свързват помежду си с болтове в краищата, но такова свързване не създава истински припокриващ гредов елемент. Всяка разстояние се държи предимно самостоятелно, което означава по-голям положителен момент в средата на разстоянието и по-голямо отклонение при една и съща товарна схема в сравнение с непрекъснато разположение. За стени с греди, кратки покривни участъци и малки цехове, където разстоянието остава под приблизително 6–7,3 м, това ограничение рядко се оказва проблем. C-профилът също е по-удобен около отвори. Детайлите за рамките на прозорци и врати са по-лесни за изпълнение, когато фланците вече сочат в една и съща посока.

Практическо правило, което се потвърждава при повечето ниски промишлени сгради: ако разстоянието между опорите на покрива е кратко и товарната картина е умерена, C-профила не е компромис. Той е икономическият отговор. Ако обаче същият профил се използва в разстояние от 30 фута при проектен снежен товар, който заслужава внимание, проверките за деформация започват да показват различна картина.

Z-пурлините променят изчисленията чрез припокриване, но изискват повече от монтажника

Z-профилите са централно симетрични. При завъртане на един такъв профил с 180 градуса около неговия център той съвпада със себе си. Тази геометрия позволява съседните елементи да се вместват и припокриват над опорите, което превръща редица отделни пурлини в нещо, по-близко до непрекъсната греда.

Структурната изгода не е маркетингов език. Направените от Z-образни профили с нахлупване греди разпределят момента по-ефективно, намалявайки максималния положителен момент в средата на разстоянието и намалявайки деформацията, без да се налага по-дълбок профил. Сравнения в рамките на отрасъла показват предимство по натоварване от приблизително 20 до 30 процента спрямо сравнителен C-образен профил, като това зависи от дължината на нахлупването, дебелината на материала и укрепването. Таблицата за разстояния се коригира съответно: C-профилите често достигат максимум около 24 фута, докато Z-профилите с нахлупване лесно достигат 30–40 фута при същото семейство дълбочини.

Тази допълнителна носимост идва с допълнителни разходи на строителната площадка. Ориентацията има значение. Посоката на фланците трябва да съвпада с наклона на покрива, а при стръмни скатове обърнатият Z-профил не е малка грешка. Връзките с нахлупване изискват правилни шаблони за болтове и затегнатост, а бригадите, които набързат с нахлупването, могат да създадат точка на концентрирано напрежение, която се държи напълно различно от модела в проекта.

Ретрофит на химически завод в Средния запад на САЩ предлага полезен пример. Съществуващата покривна конструкция използва панели с чрез-фастениране върху Z-образни профили на разстояние 5 фута един от друг. Новата система със стоящи шевове добавя крепежни скоби и променя пътя на термично разширение. Z-профилите притежават достатъчна сурова якост, но болтовете за припокриване в крайните отсеки никога не са били проектирани да поемат обратните издърпващи усилия, които скобите за стоящи шевове предават в горната фланца на профила. Решението не е по-дебел калибър. То е преработен модел на припокриване и плъзгащи се скоби по линията на рамката, които позволяват на покрива да се движи, без да задърпва фланцата на профила в завъртане.

Шапковидните профили решават различен проблем, обикновено когато облицовката изисква равна опорна повърхност

Секциите с форма на шапка са третият профил, който рядко получава първостепенно внимание, но се среща в множество пакети за метални сгради. Формата е отворена отдолу, с два фланеца, опиращи се на основната подпора, и плоска горна повърхност за панела. Тази плоска горна повърхност е ключовият момент. Панелите със стоящ шев с широк профил, модернизирани подконструкции и ситуации, при които облицовката изисква непрекъсната плоска опорна повърхност, обикновено предпочитат секция с форма на шапка пред отворен профил C или Z.

Профилите с форма на шапка не са подходящият инструмент за разстояние между опорите от 35 фута. Ефективността им при огъване около силната ос е по-ниска в сравнение с профил Z с аналогична дълбочина и те не осигуряват същата непрекъснатост при застъпване. Но за по-къси разстояния между опорите, тавани и второстепенни конструкции, където геометрията се определя от облицовката, профилът с форма на шапка може да елиминира нежеланата деформация на панелите, причинена от отворените фланци.

Таблицата за сравнение, която обикновено слага край на спора

Числата по-долу отразяват обичайната северноамериканска практика за студено формовани профили. Те не са универсални константи, но честно представят компромиса.

Решенията относно подпори и покрития често имат по-голямо значение от етикета на профила

Профилът (пърлин), който няма междинни подпори, е неподкрепена греда, която само чака повод да се завърти. Ръководството на Асоциацията на производителите на метални сгради ограничава разстоянието между междинните подпори до максимум 60 пъти дълбочината на пърлина, макар в райони с високи ветрове това разстояние често се намалява до 40 пъти дълбочината. Режимът на разрушение не е незабележим. Първо се огъват вътрешните фланци без латерална подкрепа, а след като пърлинът се завърти с повече от няколко градуса, неговата способност да поема вертикални товари рязко намалява. Сграда, която изглежда напълно коректна при проектните изчисления, може да загуби цяла секция под товар, по-малък от проектния снежен товар.

Покритието е другата тиха променлива. ASTM A653 определя базовите изисквания за цинково покритие на студено деформирана стомана. Покритие G90 е често срещано за промишлени проекти във вътрешните райони, но обект, разположен на разстояние до 10 мили от брега или в химически обработваща зона, обикновено оправдава използването на по-висок клас покритие – G115 или G140. Разликата в цената е незначителна в сравнение с трудозатратите за демонтаж на покрив, за да се заменят ръждясали греди след десет години. Нито един профил не може да компенсира недостатъчната корозионна защита.

Където изборът на профил среща реалността на производството

Всеки възел на решетката в крайна сметка се определя от ролковия формовъч. Секцията тип „C“ и секцията тип „Z“ не са взаимозаменяеми продукти от една и съща настройка без промяна на инструментите, а качеството на припокриването, последователността на ъглите на фланците и праволинейността зависят от това колко точно се контролира линията. Секция, която е наклонена само с няколко градуса спрямо правия ъгъл, може да превърне теоретично непрекъснатата серия от Z-секции в ред от елементи, които не се подреждат плътно един в друг — което означава, че болтовете за припокриване поемат товара неравномерно, а укрепващите елементи трябва да компенсират деформирана конструкция.

Shenyang Zhongwei Heavy Industry работи с оборудване за студено формоване, което превключва между C- и Z-профили с ограничено време за преоръжаване, което прави практически възможно да се подбере профилът според разстоянието между опорите и натоварването, вместо да се налага използването на стандартен профил в конструкция, за която той не е подходящ. Същата производствена линия осигурява отрязване на дължина и предварително пробиване на детайли, така че шаровете за припокриване и отворите за свързващи елементи пристигат на строителната площадка, съгласувани с последователността на монтажа. Такава производствена дисциплина не променя инженерните изчисления, но предотвратява тяхното компрометиране от проблеми с монтажа на обекта.