Verhoseinän upotetut osat | Valettavat ankkurit ja kiinnikkeet

Mihin verhoseiniä käytettiin – keskiaikaisesta puolustuksesta nykyaikaisiin julkisivuihin

Termi "verhoseinä" on peräisin keskiaikaisesta sotilasarkkitehtuurista. Verhoseinä oli ulkopuolisen puolustusmuurin osa, joka kulki kahden linnoituksen tai bastionin välissä – rakenteellisten ankkuripisteiden väliin ripustettu "verho". Se ei kantanut katto- tai lattiakuormia; sen tehtävänä oli pelkästään sulkea ja puolustaa. Tämä määrittävä ominaisuus – seinä, joka ulottuu rakenteellisten tukien väliin ilman että itse olisi rakenteellinen – siirtyy suoraan nykyaikaiseen arkkitehtuurin määritelmään.

Nykyrakentamisessa verhoseinä on kevyt, ei-rakenteinen verhousjärjestelmä, joka sulkee sisäänsä rakennuksen ulkopinnan, mutta ei siirrä rakennuksen lattia- ja kattokuormia. Siitä tehtiin käytännöllinen 1900-luvun alussa kehittämällä teräs- ja teräsbetonirakenteisia runkoja, joiden ansiosta rakennukset pystyivät seisomaan kokonaan sisärungollaan ilman, että ulkoseinältä vaadittiin kantamaan rakenteellista kuormaa. Ensimmäinen modernin arkkitehtuurin täysin lasitettu verhoseinäjulkisivu ilmestyi Hallidie Buildingissa San Franciscossa (1918). 1950-luvulle mennessä alumiinin suulakepuristustekniikka teki järjestelmän yleiskäyttöön, ja nykyään verhoseinäjärjestelmät peittävät suurimman osan kaupallisista korkeista rakennuksista maailmanlaajuisesti.

Upotetut osat, jotka ankkuroivat nämä järjestelmät rakennerunkoon, edustavat teknistä jatkuvuutta keskiaikaisen periaatteen - rakenteen ankkuripisteiden pitämän kattavan ei-kantavan pinnan - ja sen nykyaikaisen suunnittelun välillä.

Onko verhoseinä metallia – materiaalit, komponentit ja järjestelmän kokoonpano

Nykyaikainen verhoseinäjärjestelmä sisältää runsaasti metallia, mutta se ei ole metalliseinä homogeenisessa mielessä. Se on komposiittikokoonpano, jossa metallikehysosat kantavat rakenteellista kuormaa järjestelmän sisällä, kun taas erilaiset täytemateriaalit - lasi, alumiinikomposiittipaneelit, kivi, terrakotta tai eristetyt spandrelipaneelit - täyttävät kehysosien väliset tyhjät tilat säänkestävyyden suojaamiseksi.

Kehysjärjestelmä – ristikot ja peräpeilit – on nykykäytännössä lähes yleisesti alumiinia. Alumiinilejeeringistä 6063 valmistetut suulakepuristetut osat yhdistävät korkean lujuus-painosuhteen, erinomaisen korroosionkestävyyden ja rajattoman poikkileikkauksen monimutkaisuuden yhdestä suulakepuristussuuttimesta. Vakioverhoseinälevy 4 metrin jännevälille laattasta laattaan kestää tuulikuormat 1,5–3,0 kPa noin painavassa osassa 3-5 kg/m — rakenteellinen tehokkuus, jota mikään muu metallinen suulakepuristusmateriaali ei pysty vastaamaan vertailukelpoisin kustannuksin.

Onko verhoseinä rakenteellinen — kuormitusreitit ja sulautettujen osien suunnittelu

Verhoseinä ei ole rakenteellinen tarkassa teknisessä mielessä: se ei kanna lattia-, katto- tai muiden rakennusosien painoa. Päärakennerunko – betoni tai teräs – seisoo ja toimii täysin riippumattomasti verhoseinästä. "Ei-rakenteinen" ei kuitenkaan tarkoita "kuormittamatonta" - verhoseinäjärjestelmä kantaa merkittäviä suunnittelukuormia, jotka on suunniteltava huolellisesti ja siirrettävä rakenteeseen upotetun osan ja kannatinjärjestelmän kautta.

Verhoseinän upotetut osat – tyypit, suunnittelu ja asennusvaatimukset

Verhoseinien upotetut osat eivät ole yksittäinen tuoteluokka, vaan ryhmä ankkurityyppejä, jotka on valittu rakenteellisen alustan, mitoituskuormituksen suuruuden, vaaditun säätöalueen ja rakennusohjelman rajoitusten perusteella. Nykykäytännön neljä päätyyppiä ovat:

• Cast-in-kanavat (Halfen, Jordahl tai vastaava): Jatkuva kuumavalssattu teräskanava T-pulttiuralla, valettu betonilaatan tai pilarin pintaan valun aikana. Kanava tarjoaa äärettömän asennonsäädön sen pituudella ja määritellyn kuormituskapasiteetin pituutta kohti. Valettavat kanavat ovat suositeltavin upotettu osa korkean rakennuksen yhtenäistettyjen verhoseinien yhteydessä uusissa rakennuksissa – niiden avulla kannattimen asentoa voidaan hienosäätää rungon kartoituksen jälkeen rakenteen rakenteen mukaiseksi. Kantavuus vaihtelee 25 kN - 80 kN leikkausvoima ankkuripulttia kohti riippuen kanavan poikkileikkauksesta ja betonin lujuudesta.
• Hitsatut levyn upotetut osat (teräslevy leikkaustapeilla tai ankkuritangoilla): Tasainen teräslevy, jossa on hitsatut leikkauspultit tai deformoituneet tankoankkurit, jotka on sijoitettu muottiin ja valettu rakenneelementtiin. Kiinnike hitsataan tämän jälkeen etulevyyn paikan päällä. Hitsattuja levyjärjestelmiä käytetään paikoissa, joissa suuri pistekuorma on keskittynyt – julkisivutuki siirtopalkeissa, julkisivuissa, joissa on suurikokoisia kivipaneeleja, tai paikoissa, joissa kannatingeometria estää kanavajärjestelmien käytön. Ne vaativat korkeimman paikannustarkkuuden asennuksessa, koska jälkisäätö ei ole mahdollista ilman rakenteellisia muutoksia.
• Jälkiasennetut ankkurit (kemiallinen tai mekaaninen laajeneminen): Ankkurit asennetaan poraamalla kovettuneeseen betoniin rakennerungon valmistumisen jälkeen. Sekä kemiallisilla hartsiankkureilla että mekaanisilla paisuntaankkureilla saavutetaan vastaavat kuormat kuin valujärjestelmissä edellyttäen, että betoni on riittävän lujaa ja reunaetäisyydet säilyvät valmistajan ETA:n (European Technical Assessment) tai ICC-ES-hyväksynnän mukaisesti. Jälkiasennettuja ankkureita käytetään kunnostusprojekteissa, suunnittelun muutoksissa, menetetyissä valukohdissa ja rakenteissa, joissa valuosien muottipääsy ei ollut mahdollista. Ne tuovat mukanaan merkittävän työmaan laadunvalvontavaatimuksen – porauskulma, reiän puhtaus ja hartsin lämpötila vaikuttavat kaikki saavutettuun kuormituskykyyn.
• Valmiit upotetut lisäosat: Tehdasvaletut teräsosat betonielementeissä — käytetään runkoelementtirakennuksissa, joissa elementtipilari tai laatan reuna valmistetaan valvotussa tehdasympäristössä. Tehdasasetuksella saavutetaan sijaintitoleranssit ±2 mm , huomattavasti tiukempi kuin työmaavalettu betoni ±10 mm, ja tuottaa jatkuvasti luotettavan ankkurigeometrian, joka yksinkertaistaa kannakkeen suunnittelua. Terät ovat tyypillisesti patentoituja tuotteita betonielementtien valmistajan vakiovalikoimasta.

Upotettujen osien asennustoleranssit ja rakenteellinen koordinointi

Upotettujen osien sijainnin tarkkuus on kriittinen verhoseinän asennuskustannusten ja -ohjelman kannalta. Verhoseinäkiinnikejärjestelmä tarjoaa rajallisen säätöalueen - tyypillisesti ±20 - ±30 mm kolmella akselilla — ottamaan huomioon rakenteelliset toleranssit rakennerungossa. Jos upotetut osat jäävät tämän alueen ulkopuolelle, korjaus on tehtävä ennen julkisivun asennusta, mikä lisää kustannuksia ja viivettä.

Teollisuuden standardi lähestymistapa toleranssien hallintaan suurissa verhoseinäprojekteissa sisältää a kolmivaiheinen tutkimusohjelma : kaatamista edeltävä tutkimus (muotti tarkistetaan ennen betonin valua), kaistaleen jälkeinen tutkimus (rakennettu sijainti kirjataan muotin poistamisen jälkeen) ja asennuskartoitus (julkisivuurakoitsijan tutkimukset ennen asennusta kunnostusta vaativien paikkojen tunnistamiseksi). Korkean rakennuksen projekteissa kaistaleen jälkeiset mittaustiedot syötetään suoraan verhoseinien valmistajalle – kiinnikkeiden siirtymät säädetään valmistusohjelmassa kompensoimaan rakenteellisia valmiita asentoja sen sijaan, että yritetään siirtää upotettuja osia.

Materiaalitiedot ja upotettujen osien korroosionkestävyys

Verhoseinän upotetut osat toimivat alkalisen betoniympäristön (pH 12–13) ja kosteudelle ja ilmansaasteille altistetun ulkoisen kannatinvyöhykkeen rajapinnalla. Materiaalin valinnan tulee koskea molempia ympäristöjä. Kaksi pääasiallista materiaalipolkua ovat kuumasinkitty hiiliteräs ja ruostumaton teräs, joilla kummallakin on erityiset käyttöolosuhteet:

• Kuumasinkitty hiiliteräs (HDG ISO 1461:n mukaan): Vakiospesifikaatio upotetuille levyille, kanaville ja ankkuritangoille sisäisissä tai kohtalaisen valotussovelluksissa. Sinkkipinnoite (vähintään 85 mikronia ISO 1461 -standardin mukaisesti yli 6 mm:n osille) tarjoaa noin 40-60 vuoden suoja C3-syövyttävyysympäristössä (kaupunki-/teollisuusilmapiiri) katodisen suojauksen avulla. HDG:n upotettuja osia ei saa käyttää suorassa kosketuksessa erilaisten metallien (alumiini, kupari) kanssa ilman eristystä – galvaaninen potentiaaliero aiheuttaa nopeutettua sinkin liukenemista.
• Ruostumaton teräs (luokka 316L / EN 1.4404): Vaaditaan rannikko- ja merenläheisissä sovelluksissa, kemikaalien käsittelyympäristöissä, uima-allaskoteloissa ja kaikissa sovelluksissa, joissa kloridin kerrostuminen upotetun osan pinnalle on todennäköistä. Molybdeenipitoisuus 316L tarjoaa kriittisen kloridin pistesyöpymiskestävyyden, joka puuttuu vakiolaatuisesta 304-laadusta. Kaikkien alttiina olevien kannakkeiden osien tulee olla meriluokiteltuissa ympäristöissä (noin 1 km:n säteellä rannikosta näkyvissä paikoissa) vähintään 316 litraa. Duplex ruostumaton teräs (Grade 2205) on tarkoitettu sovelluksiin, jotka vaativat sekä suurta lujuutta että parannettua kloridinkestävyyttä – vedenalaiset julkisivurakenteet, vuorovesivyöhykearkkitehtuuri.
• Bimetallieristysvaatimukset: Kun alumiiniset verhoseinäkannattimet koskettavat teräksisiä upotettuja osia, PTFE:tä, neopreeniä tai anodisoitua alumiinia oleva eristävä aluslevy tai pehmuste on asetettava galvaanisen korroosion estämiseksi. Teräksen ja alumiinin galvaaninen potentiaaliero elektrolyyttisessä ympäristössä (kosteus liuenneiden suolojen kanssa) aiheuttaa alumiinin - tämän parin anodisen materiaalin - kiihtyvän korroosion. Tämä vaatimus on määritelty BS EN 1999-1-1:ssä (Eurocode 9) ja AAMA-ohjeissa alumiinijulkisivuliitännöille, ja se on ei neuvoteltavissa rannikkoalueilla.