Kakšne so lastnosti uporabe različnih vrst purlinov?

Ekipa na skladišču na kanadskih prerijah je enkrat tri dni pritrdila tisto, kar je izgledalo kot popolnoma razumno strešno nosilko C-profila. Razponi so bili dolgi, obremenitev s snegom velika in odklon v sredini razpona se je pojavil že preden so bili ploščati elementi z navpičnimi šivi povsem nameščeni. Zamenjava z prekrivnimi Z-profilnimi nosilками pri isti razdalji med nosilki je omogočila inženirju zmanjšati debelino jekla in hkrati izboljšati odklon. Ta projekt nikoli ni postal naslovnica, a natančno prikazuje odločitev o izbiri nosilk: profil, ki ga izberete, tiho določa zgornjo mejo za obnašanje celotne sekundarne konstrukcije.

Hladno oblikovane nosilke se pojavljajo v dveh prevladujočih oblikah in eni tiho tretji možnosti. Razlike niso le estetske. Simetrija prereza, možnost prekrivanja in način, kako se nosilec povezuje z oprijemom in oblogo, odločajo, ali streha prenese snežno nevihto ali pa se na njej razvije valovita površina, ki jo ni mogoče odpraviti z dodatnim privijanjem sponk.

C-profil je delovna konjska enoprečna nosilka, ne pa univerzalna strešna komponenta

C-profil je kanal. Sredinski del (web) leži v sredini, rebra (flanges) kažejo v isto smer in presek je simetričen glede na navpično os. Ta simetrija omogoča zelo enostavno analizo, enostavno pripenjanje skozi sredinski del in je dobro razumljiva za ekipa, ki še učijo ritma sekundarnega okvirja.

Težava je zveznost. C-profil se ne more prekrivati z naslednjim kosom na način, kot to omogoča Z-profil. Purlini se lahko pripenjajo koncu na konec, vendar takšna povezava ne ustvari resničnega prekrivnega nosilca. Vsak razpon se obnaša predvsem neodvisno, kar pomeni višji pozitivni navor v sredini razpona in večjo deformacijo pri isti obremenitvi v primerjavi z zvezno ureditvijo. Za stenske girtse, kratke strešne razpone in majhne delavnice, kjer ostane razpon pod približno 6–7,3 m, ta omejitev redko povzroči težave. C-profil je tudi bolj prijazen okoli odprtin. Podrobnosti okoli oken in vrat je lažje izdelati, kadar so rebra že usmerjena v eno skladno smer.

Praktično pravilo, ki velja za večino nizkozgradbenih industrijskih del: če je razpon strehe kratek in obremenitvena slika umerna, C-profil ni kompromis. Je ekonomična rešitev. Če isti profil uporabimo v razponu 30 čevljev z obremenitvijo od snežnega tlaka, ki jo je treba spoštovati, začnejo preverjanja odklonov povedati drugačno zgodbo.

Z-profilni podstropni nosilci spremenijo računsko enačbo z prekrivanjem, vendar zahtevajo več od namestitvenega osebja

Z-profili so točkovno simetrični. Če enega zavrtimo za 180 stopinj okoli njegovega središča, se ujema s samim seboj. Ta geometrija omogoča, da se sosednji deli med seboj vključijo in prekrijejo nad podporami, kar vrsto posameznih podstropnih nosilcev spremeni v nekaj, kar je bliže zveznemu nosilcu.

Konstrukcijska prednost ni tržni izraz. Prekrivni Z-profilniki učinkoviteje porazdelijo navor, zmanjšajo največji pozitivni navor v sredini razpona in zmanjšajo preves brez povečanja globine profila. Primerjave z industrijskimi standardi kažejo, da imajo glede na dolžino prekrivanja, debelino materiala in oporo obremenitveno prednost približno 20 do 30 odstotkov nad primerljivimi C-profilniki. Ustrezen premik razponske tabele je sledeč: C-profilniki pogosto dosežejo največji razpon okoli 7,3 m, medtem ko prekrivni Z-profilniki pri isti globini zanesljivo dosežejo razpone od 9 do 12 m.

Ta dodatna nosilnost prinaša dodatne zahteve na gradbišču. Usmeritev je pomembna. Smer kraka mora ustrezati naklonu strehe; pri strmi strehi obrnjen Z-profilnik ni majhna napaka. Pri prekrivnih spojih so potrebni ustrezni vzorci vijakov in pravilno privijanje; če ekipa hitro izvede prekrivanje, lahko nastane točka visoke togosti, ki se obnaša povsem drugače kot v projektu.

Predelava kemikalije v srednjem zahodu ZDA ponuja uporabno ilustracijo. Obstoječa strešna konstrukcija je uporabljala plošče z vpenjalnimi sorniki na Z-nosilcih z razmikom 1,5 metra. Nov sistem stojnih šivov je dodal priključne elemente in spremenil pot toplotnega gibanja. Z-profilni nosilci so imeli dovolj osnovne trdnosti, a vijaki za prekrivanje na končnih poljih niso bili nikoli dimenzionirani za obratne dvigalne sile, ki jih priključni elementi stojnih šivov prenašajo v zgornji pas Z-nosilcev. Rešitev ni bila debelejša debelina materiala, temveč spremenjen vzorec prekrivanja in drsni priključni elementi ob nosilni liniji, ki omogočajo gibanje strehe brez vlečenja zgornjega pasu Z-nosilcev v vrtenje.

Hat-profilni nosilci rešujejo drugačen problem, običajno takrat, ko ovojnina zahteva ravno podporo

Profili oblike klobuka so tretji profil, ki redko dobi najvišjo pozornost, a se pogosto pojavlja v različnih paketih za kovinske stavbe. Oblika je odprta na dnu, z dvema krilcema, ki ležita na primarni nosilni konstrukciji, ter ravno zgornjo površino za plošče. Prav ta ravnost zgornje površine je ključna. Profili oblike stojnega šiva z širokim profilom, nadgradnje podkonstrukcij ter primeri, ko ovojnina zahteva neprekinjeno ravnost nosilne površine, pogosto bolj ustreznijo profilu oblike klobuka kot odprti profil C ali Z.

Pregibni profili oblike klobuka niso primerni za prosti razpon 35 čevljev. Njihova učinkovitost pri upogibanju okoli močnejše osi je nižja kot pri profilu Z primerljive globine, hkrati pa ne zagotavljajo enake kontinuitete prekrivanja. Vendar pa so za krajše razpone, strešne obloge (soffite) in sekundarne konstrukcije, kjer geometrijo določa ovojnina, profili oblike klobuka lahko odpravijo neprijetno deformacijo plošč, ki jo povzročajo odprta krilca.

Primerjalna tabela, ki običajno zaključi razpravo

Številke spodaj odražajo običajno severnoameriško prakso hladnega oblikovanja. Niso univerzalne konstante, vendar pošteno opisujejo kompromis.

Odločitve o oprijemih in premazih pogosto pomembnejše kot oznaka profila

Purlin brez prečnih oprijemov je neoprijemljena gred, ki čaka le na vzrok za prevrnitev. Smernice Združenja proizvajalcev kovinskih stavb omejujejo razmik med prečnimi oprijemi na največ 60-kratno globino purlina, v območjih z visokimi vetri pa se ta omejitev pogosto zoži na 40-kratno globino purlina. Način odpovedi ni subtilen. Najprej se izgubi stabilnost notranjih reb (flange) v stranskem smeri, nato pa se pri vrtenju purlina za več kot nekaj stopinj znatno zmanjša njegova nosilnost za navpične obremenitve. Stavba, ki je na papirju izgledala popolnoma v redu, lahko izgubi celotno mejo (bay) pod obremenitvijo, ki je lažja od načrtovane snežne obremenitve.

Premaz je še en tiho spreminjajoč se dejavnik. ASTM A653 določa osnovo za cinkirano jeklo za hladno oblikovanje. Premaz G90 je pogost za industrijske notranje objekte, vendar lokacija znotraj 10 milj od obale ali znotraj meje kemične obrabne cone običajno utemeljuje prehod na G115 ali G140. Razlika v stroških je majhna v primerjavi s stroški dela za odstranitev strehe, da bi nadomestili ploščnike, ki so zaradi rje postali rdeči, po desetletju. Nobena izbira profila ne nadomesti premalo določene zaščite pred korozijo.

Kjer se izbira profila sreča z realnostjo izdelave

Vsaka odločitev glede prečk se na koncu odraža na profilirnem stroju. Profil C in profil Z nista zamenljiva izdelka iste nastavitve brez spremembe orodja, kakovost prekrivanja, doslednost kota rebra in ravnost pa vse skupaj odvisno od tega, kako natančno je linija nadzorovana. Profil, ki je za nekaj stopinj izven pravokotnosti, lahko teoretično neprekinjeno zaporedje profilov Z spremeni v vrsto elementov, ki se ne ujemajo čisto, kar pomeni, da zaklepniki prekrivanja prenašajo obremenitev neenakomerno, podpirajoče elemente pa morajo kompenzirati izkrivljen sistem.

Shenyang Zhongwei Heavy Industry uporablja opremo za hladno oblikovanje, ki preklopi med profili C in Z z omejenim časom za preklop, kar omogoča prilagoditev prereza razponu in primeru obremenitve namesto prisiljanja standardnega profila v načrt, ki mu ne ustreza. Ista proizvodna linija zagotavlja rezanje na dolžino in predhodno izvrtavanje, zato se na gradbišču vzorec prekrivanja in luknje za povezave pojavijo v skladu z zaporedjem montaže. Takšna proizvodna disciplina ne spremeni inženirskih izračunov, a prepreči, da bi jih na terenu podkopali težavi s prileganjem.