Ποια είναι τα χαρακτηριστικά χρήσης των διαφόρων τύπων πουλίνων;

Μια ομάδα αποθήκης στις καναδικές πεδιάδες αφιέρωσε κάποτε τρεις ημέρες για να βιδώσει αυτό που φαινόταν μια εντελώς λογική οροφή από C-προφίλ. Τα άνοιγμα ήταν μεγάλα, το φορτίο χιονιού βαρύ, και η παραμόρφωση στο μέσον του ανοίγματος εμφανίστηκε ακόμη και πριν από την πλήρη τοποθέτηση των πανέλων με ανεβασμένο ακροδέκτη. Η αντικατάσταση με Z-προφίλ με επικάλυψη, στην ίδια απόσταση, επέτρεψε στον μηχανικό να μειώσει το πάχος του χάλυβα και να εξακολουθήσει να επιτυγχάνει καλύτερη απόδοση όσον αφορά την παραμόρφωση. Αυτή η εργασία δεν κατέληξε ποτέ σε επικεφαλίδες, αλλά συνοψίζει ακριβώς την απόφαση για τα προφίλ: το προφίλ που επιλέγετε καθορίζει σιωπηλά το ανώτατο όριο της συμπεριφοράς ολόκληρου του δευτερεύοντος πλαισίου.

Τα ψυχροσχηματιζόμενα προφίλ εμφανίζονται σε δύο κυρίαρχα σχήματα και μία ήσυχη τρίτη επιλογή. Οι διαφορές δεν είναι καθαρά εσωτερικές. Η συμμετρία της διατομής, η δυνατότητα επικάλυψης και ο τρόπος με τον οποίο το στοιχείο αλληλεπιδρά με την αντιστήριξη και την επένδυση αποφασίζουν εάν μια οροφή αντέχει μια χιονοπτώση ή αναπτύσσει κυματιστό ταβάνι που καμία προσπάθεια σφίξιμος καρφιών δεν μπορεί να διορθώσει.

Το C-προφίλ είναι ένα αξιόπιστο στοιχείο απλού ανοίγματος, όχι ένα καθολικό στοιχείο οροφής

Ένας C προφίλ είναι ένα κανάλι. Το κεντρικό τμήμα (web) βρίσκεται στη μέση, οι πέταλα (flanges) κατευθύνονται προς την ίδια κατεύθυνση και η διατομή είναι συμμετρική ως προς τον κατακόρυφο άξονά της. Αυτή η συμμετρία καθιστά την ανάλυσή του εξαιρετικά απλή, εύκολη την προσάρτηση με βίδες διαμέσου του κεντρικού τμήματος (web) και ανεκτική για εργατικές ομάδες που μόλις αρχίζουν να εξοικειώνονται με το ρυθμό της δευτερεύουσας κατασκευής.

Το πρόβλημα είναι η συνέχεια. Ένας προφίλ τύπου C δεν μπορεί να ενσωματωθεί (nest) με το επόμενο κομμάτι όπως ένας προφίλ τύπου Z. Οι προφίλ C μπορούν να συνδεθούν με βίδες άκρο με άκρο, αλλά η σύνδεση δεν δημιουργεί πραγματική συνεχή δοκό (lapped beam). Κάθε άνοιγμα συμπεριφέρεται κυρίως ανεξάρτητα, γεγονός που σημαίνει υψηλότερη θετική ροπή στο μέσον του ανοίγματος και μεγαλύτερη παραμόρφωση (deflection) για το ίδιο φορτίο σε σύγκριση με μια συνεχή διάταξη. Για τους κατακόρυφους προφίλ (wall girts), τις σύντομες οροφές και τις μικρές εγκαταστάσεις, όπου το άνοιγμα παραμένει κάτω των 20–24 ποδιών, αυτός ο περιορισμός σπάνια δημιουργεί πρόβλημα. Επιπλέον, ο προφίλ τύπου C είναι πιο φιλικός γύρω από ανοίγματα. Οι λεπτομέρειες κατασκευής πλαισίων παραθύρων και πορτών είναι ευκολότερο να εργαστούν όταν τα πέταλα (flanges) κατευθύνονται ήδη προς μία συνεκτική κατεύθυνση.

Μια πρακτική αρχή που ισχύει στην πλειονότητα των βιομηχανικών κατασκευών χαμηλού ύψους: εάν το άνοιγμα της στέγης είναι μικρό και τα φορτία είναι μέτρια, η διατομή C δεν αποτελεί συμβιβασμό. Είναι η οικονομικότερη λύση. Ωστόσο, αν χρησιμοποιήσετε την ίδια διατομή σε ένα άνοιγμα 30 ποδιών με σχεδιαστικό χιονιάτικο φορτίο που αξίζει σεβασμού, οι έλεγχοι καμπυλότητας αρχίζουν να δείχνουν μια διαφορετική εικόνα.

Οι Z ράβδοι αλλάζουν τους υπολογισμούς μέσω επικάλυψης, αλλά απαιτούν περισσότερη εμπειρία από τον εγκαταστάτη.

Οι διατομές Z είναι σημειακά συμμετρικές. Αν περιστρέψετε μία κατά 180 μοίρες γύρω από το κέντρο της, θα ταιριάζει ακριβώς με τον εαυτό της. Αυτή η γεωμετρία επιτρέπει σε γειτονικά τμήματα να ενσωματωθούν και να επικαλύπτονται πάνω από τα σημεία στήριξης, μετατρέποντας μια σειρά από αυτόνομες ράβδους σε κάτι που πλησιάζει περισσότερο μια συνεχή δοκό.

Το δομικό πλεονέκτημα δεν είναι μαρκετινγκ ορολογία. Οι επικαλυπτόμενες Z δοκοί κατανέμουν τη ροπή αποτελεσματικότερα, μειώνοντας τη μέγιστη θετική ροπή στο μέσον του άνοιγματος και μειώνοντας την παραμόρφωση χωρίς να απαιτείται βαθύτερη διατομή. Συγκρίσεις με τη βιομηχανία δείχνουν πλεονέκτημα φόρτισης περίπου 20 έως 30 τοις εκατό σε σχέση με μια αντίστοιχη C δοκό, ανάλογα με το μήκος επικάλυψης, το πάχος και την ενίσχυση. Ο πίνακας ανοιγμάτων αντιστοιχίζεται ανάλογα: οι C δοκοί συνήθως φτάνουν μέχρι περίπου 24 πόδια, ενώ οι επικαλυπτόμενες Z δοκοί επιτυγχάνουν άνετα ανοίγματα 30 έως 40 ποδιών με την ίδια οικογένεια βάθους.

Αυτή η επιπλέον ικανότητα συνεπάγεται ένα κόστος στο χώρο εργασίας. Η προσανατολισμός έχει σημασία. Η κατεύθυνση των πετάλων πρέπει να συμπίπτει με την κλίση της στέγης, και σε απότομες κλίσεις η αντιστροφή της Z δοκού δεν είναι μικρό λάθος. Οι επικαλυπτόμενες συνδέσεις απαιτούν κατάλληλα μοτίβα βιδών και σφίξιμο, ενώ οι ομάδες που επισπεύδουν την επικάλυψη μπορούν να δημιουργήσουν ένα σημείο ακαμψίας που συμπεριφέρεται εντελώς διαφορετικά από το υπόδειγμα σχεδιασμού.

Μια αναβάθμιση χημικού εργοστασίου στη Μεσοδύση των ΗΠΑ αποτελεί χρήσιμο παράδειγμα. Ο υφιστάμενος σκελετός της οροφής χρησιμοποιούσε πλάκες με διαπεραστική στερέωση σε Z-δοκάρια σε απόσταση 5 ποδιών (1,52 μ) μεταξύ τους. Το νέο σύστημα ορθοστατικής ραφής πρόσθεσε εξαρτήματα σύνδεσης και άλλαξε τη διαδρομή της θερμικής διαστολής-συστολής. Τα Z-τμήματα είχαν επαρκή αρχική αντοχή, αλλά οι βίδες σύνδεσης στα άκρα των διαστημάτων δεν είχαν ποτέ σχεδιαστεί για τις αντίστροφες ανυψωτικές δυνάμεις που μεταφέρουν τα εξαρτήματα ορθοστατικής ραφής στην ανώτερη πέταλη του δοκαριού. Η λύση δεν ήταν η χρήση πιο βαριάς γαλβανισμένης λαμαρίνας. Ήταν ένα τροποποιημένο μοτίβο σύνδεσης και ολισθαίνοντα εξαρτήματα στη γραμμή του σκελετού, τα οποία επέτρεπαν στην οροφή να κινείται χωρίς να προκαλείται περιστροφή της πέταλης του δοκαριού.

Τα τμήματα σχήματος καπέλου επιλύουν ένα διαφορετικό πρόβλημα, συνήθως όταν το εξωτερικό περίβλημα απαιτεί επίπεδη υποστήριξη

Οι διατομές «καπέλου» είναι η τρίτη προφίλ που σπάνια λαμβάνει πρωταγωνιστική θέση, αλλά εμφανίζεται σε πολλά πακέτα μεταλλικών κτιρίων. Το σχήμα είναι ανοιχτό στο κάτω μέρος, με δύο πτερύγια που στηρίζονται στην κύρια υποστήριξη και μια επίπεδη επιφάνεια στο πάνω μέρος για την τοποθέτηση της πλάκας. Αυτή η επίπεδη επιφάνεια είναι το κεντρικό σημείο. Οι πλάκες με υψηλή προφίλ και κατακόρυφη σύνδεση, οι υποκατασκευές για επαναπροσαρμογή, καθώς και οι περιπτώσεις όπου το εξωτερικό περίβλημα απαιτεί συνεχή επίπεδη επιφάνεια στήριξης, προτιμούν συνήθως τη διατομή «καπέλου» αντί για ανοιχτή διατομή C ή Z.

Οι δοκοί «καπέλου» δεν είναι το κατάλληλο εργαλείο για ελεύθερο άνοιγμα 35 ποδιών. Η αντοχή τους σε κάμψη γύρω από τον ισχυρό άξονα είναι χαμηλότερη από αυτήν μιας διατομής Z αντίστοιχου βάθους, και δεν προσφέρουν την ίδια συνέχεια με επικάλυψη. Ωστόσο, για μικρότερα ανοίγματα, για τα κάτω μέρη (soffits) και για δευτερεύουσες κατασκευές όπου η γεωμετρία καθορίζεται από το εξωτερικό περίβλημα, η προφίλ «καπέλου» μπορεί να εξαλείψει την ανεπιθύμητη παραμόρφωση των πλακών που προκαλείται από ανοιχτά πτερύγια.

Ο πίνακας σύγκρισης που συνήθως τερματίζει τη συζήτηση

Οι αριθμοί που ακολουθούν αντανακλούν τη συνήθη βόρειοαμερικανική πρακτική κατασκευής με ψυχρή διαμόρφωση. Δεν είναι καθολικές σταθερές, αλλά περιγράφουν ειλικρινώς τον συμβιβασμό.

Οι αποφάσεις για τη στήριξη και την επίστρωση συχνά έχουν μεγαλύτερη σημασία από την ετικέτα του προφίλ

Ένας πουρλίν χωρίς διατάξεις στήριξης είναι μια δοκός χωρίς στήριξη που περιμένει μόνο μια δικαιολογία για να στραφεί. Οι κατευθυντήριες γραμμές της Metal Building Manufacturers Association ορίζουν ως μέγιστη απόσταση μεταξύ διατάξεων στήριξης το 60πλάσιο του ύψους του πουρλίν, αν και σε περιοχές με ισχυρούς ανέμους αυτή η τιμή συχνά περιορίζεται στο 40πλάσιο του ύψους. Ο τρόπος αστοχίας δεν είναι ελαφρός. Οι εσωτερικές πτέρυγες χωρίς λατερική στήριξη λυγίζουν πρώτες, και μόλις ένας πουρλίν στραφεί κατά λίγες μόνο μοίρες, η φέρουσα ικανότητά του υπό κατακόρυφο φορτίο μειώνεται σημαντικά. Ένα κτίριο που φαινόταν απόλυτα εντάξει στα υπολογιστικά έγγραφα μπορεί να χάσει μια αγκύλη υπό φόρτιση μικρότερη από το σχεδιασμένο χιόνι.

Η επίστρωση είναι η άλλη σημαντική, αλλά συχνά παραβλεπόμενη, μεταβλητή. Η προδιαγραφή ASTM A653 καθορίζει τη βασική γραμμή για χαλύβδινα ελάσματα ψυχρής διαμόρφωσης με επίστρωση ψευδαργύρου. Μια επίστρωση G90 είναι συνήθης για βιομηχανικές εργασίες σε ενδοχώρα, αλλά μια τοποθεσία εντός 10 μιλίων από την ακτογραμμή ή εντός ορίων χημικής επεξεργασίας συνήθως δικαιολογεί την αναβάθμιση σε G115 ή G140. Η διαφορά κόστους είναι μικρή σε σχέση με το κόστος εργασίας για την αφαίρεση ενός δώματος προκειμένου να αντικατασταθούν οι δοκοί που έχουν υποστεί κόροση μετά από δέκα χρόνια. Καμία επιλογή προφίλ δεν αντισταθμίζει την ανεπαρκή προστασία από την κόροση.

Όπου η επιλογή του προφίλ συναντά την πραγματικότητα της κατασκευής

Κάθε απόφαση σχετικά με τα προφίλ οδηγεί τελικά σε μία μηχανή κύλισης. Ένα προφίλ τύπου C και ένα προφίλ τύπου Z δεν είναι ανταλλάξιμα προϊόντα από την ίδια ρύθμιση χωρίς αλλαγή των εργαλείων, ενώ η ποιότητα της επικάλυψης, η σταθερότητα της γωνίας των πετάλων και η ευθυγράμμιση εξαρτώνται όλες από το βαθμό ακρίβειας με τον οποίο ελέγχεται η γραμμή. Ένα προφίλ που είναι λίγες μοίρες εκτός ορθογωνιότητας μπορεί να μετατρέψει μία θεωρητικά συνεχή σειρά Z σε μία σειρά μελών που δεν εφαρμόζονται καθαρά μεταξύ τους, γεγονός που σημαίνει ότι τα βιδωτά σημεία επικάλυψης δέχονται φόρτιση ανομοιόμορφα και οι συνδετήρες πρέπει να αντιστέκονται σε ένα στρεβλό σύστημα.

Shenyang Zhongwei Heavy Industry λειτουργεί εξοπλισμό ψυχρής διαμόρφωσης που εναλλάσσεται μεταξύ προφίλ C και Z με περιορισμένο χρόνο αλλαγής, γεγονός που το καθιστά πρακτικό να προσαρμόζεται η διατομή στο άνοιγμα και την περίπτωση φόρτισης, αντί να επιβάλλεται ένα τυποποιημένο προφίλ σε μια διάταξη για την οποία δεν είναι κατάλληλο. Η ίδια γραμμή παραγωγής τροφοδοτεί την κοπή σε μήκος και την προ-τρύπηση λεπτομερειών, οπότε το μοτίβο επικάλυψης και τα οπές για τους συνδετήρες φθάνουν στον χώρο εγκατάστασης συγχρονισμένα με τη σειρά εγκατάστασης. Αυτό το είδος της πειθαρχίας στην παραγωγή δεν αλλάζει τα μαθηματικά του μηχανικού σχεδιασμού, αλλά εμποδίζει τα μαθηματικά αυτά να αντιστρέφονται λόγω προβλημάτων εφαρμογής επιτόπου.