Wybór materiałów do mocowania elementów architektonicznych: Przewodnik po wydajności i trwałości

Wspornik okładzinowy ze stali nierdzewnej 1.4301 (AISI 304) i wspornik 1.4404 (AISI 316L) o identycznych wymiarach różnią się wagowo od 2 do 3 procent molibdenu, co powoduje zmianę współczynnika odporności na wżery z około 19 do około 25. Na fasadzie znajdującej się 60 metrów nad promenadą oddziela mocowanie, które jest nadal zdrowe w 25. roku życia, od tego, które jest perforowane w rok ósmy.

Wybór materiału na architektoniczne elementy mocujące to udokumentowana zgodność gatunku stopu, stanu, masy powłoki i szczegółów izolacji galwanicznej z jednej strony oraz dwa fakty projektowe ustalone przed pierwszym rysunkiem warsztatowym, z drugiej strony: kategoria korozyjności atmosferycznej zdefiniowana w ISO 9223 i projektowana klasa trwałości użytkowej zdefiniowana w EN 1990.

Napraw te dwa dane wejściowe, a reszta specyfikacji stanie się arytmetyczna. Pomiń je, a mocowanie stanie się pełnowymiarowym eksperymentem korozyjnym finansowanym przez klienta.

Naprawa sprzętu wycofuje się z powodu korozji, a nie przeciążenia

W kategoriach C4 i C5 według ISO 9223 goła stal węglowa traci od 50 do 200 mikrometrów głębokości powierzchni w pierwszym roku ekspozycji, więc sposobem wycofywania architektonicznych elementów mocujących jest raczej korozja atmosferyczna niż przeciążenie konstrukcyjne.

Nie jest to argument przeciwko konstrukcji mechanicznej. Konstrukcja kotwy zgodna z EN 1992-4 i kwalifikacja zgodnie z EAD 330232 już posiadają współczynniki bezpieczeństwa 2,0 lub wyższe w przypadku trybów zniszczenia stożka betonowego i stali. Marginesem, który jest zwykle niedookreślony, jest margines środowiskowy.

Dwie sekwencje obejmują większość problemów terenowych. W pierwszym przypadku powłoka protektorowa zużywa się lokalnie na krawędzi cięcia, spoinie lub zadrapaniu w miejscu pracy, a utrata przekroju rozpoczyna się w strefie 20 milimetrów, podczas gdy reszta elementu pozostaje nienaruszona. W drugim przypadku chlorki niszczą pasywną warstwę elementu ze stali nierdzewnej, wybranego ze względu na jego wygląd, a nie PREN, a wżery zaczynają się w miejscu zagięcia formowanego na zimno, gdzie naprężenia własne osiągają szczyt.

Cztery zmienne materiałowe określające żywotność mocowania

Cztery zmienne decydują o trwałości mocowania architektonicznego: skład chemiczny stopu wyrażony jako PREN, masa powłoki zgodna z EN ISO 1461, kompatybilność galwaniczna zmontowanej pary metali oraz różnicowy ruch termiczny, który musi absorbować złącze. Każdy z nich można zapisać w specyfikacji jako liczbę.

Chemia stopów: podaj PREN, a nie nazwę gatunku

PREN 25 to praktyczna podłoga do mocowania ze stali nierdzewnej w promieniu 10 kilometrów od linii brzegowej; 35 lub więcej to podłoga w strefie rozbryzgów.

PREN = Cr 3,3 x Mo 16 x N, wyliczone ze składu nominalnego, więc wartość można sprawdzić na dowolnym certyfikacie huty.

Następują dwie konsekwencje. 1.4301 nie zawiera celowego dodatku molibdenu, dlatego też radzi sobie zadowalająco w atmosferach śródlądowych C3 i słabo w atmosferach morskich C5-M. Duplex 1.4462 osiąga PREN 35, zapewniając minimalną wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 450 megapaskali na poziomie 0,2% w porównaniu z około 190 megapaskalami w przypadku wyżarzonego 1.4301, zatem mniej i lżejszych zamków wytrzymuje to samo obciążenie panelu.

Masa powłokowa: numery EN ISO 1461

Cynkowanie ogniowe zgodnie z EN ISO 1461 określa minimalną powłokę dla każdego zakresu grubości stali, wyrażoną zarówno jako masa, jak i grubość lokalna.

• Stal o grubości 6 milimetrów i grubsza: średnio 85 mikrometrów, lokalne minimum 70 mikrometrów, około 610 gramów na metr kwadratowy.
• Stal 3 do 6 milimetrów: średnio 70 mikrometrów, lokalne minimum 55 mikrometrów.
• Stal 1,5 do 3 milimetrów: średnio 55 mikrometrów, lokalne minimum 45 mikrometrów.
• Cynk galwaniczny zgodny z normą ISO 2081 pozostawia osady o wielkości od 5 do 12 mikrometrów, czyli mniej więcej jedną dziesiątą powyższej.

Arytmetykę stojącą za tymi liczbami warto wykonać raz. Norma ISO 9223 odnotowuje utratę cynku w pierwszym roku wynoszącą od 0,7 do 2,1 mikrometra rocznie w kategorii C3 i od 2,1 do 4,2 w C4, zatem powłoka zanurzeniowa o grubości 85 mikrometrów zapewnia 25-letni okres konserwacji w C4, podczas gdy warstwa galwaniczna o grubości 12 mikrometrów wyczerpuje się w ciągu 3 do 6 lat. Ta sama tabela wyjaśnia, dlaczego cynkowanie nie jest odpowiedzią C5-M: 4,2 do 8,4 mikrometra rocznej utraty cynku powoduje zużycie nawet grubej powłoki w ciągu 10 do 20 lat. W tym porównaniu zbadano ten sam kompromis zalane szyny kotwiące z HDG i stali nierdzewnej .

Cynkowana ogniowo szyna kotwiąca do wbetonowania Porównaj opcje kanałów kotwiących HDG i stali nierdzewnej do fasad i okładzin, omawiając profile, dane dotyczące obciążenia i kompromisy w zakresie korozji. Zobacz produkt →

Kompatybilność galwaniczna: szczegóły dotyczące różnych metali

Aluminium i stal nierdzewna znajdują się w odległości około 0,4 do 0,6 V od siebie w szeregu galwanicznym w wodzie morskiej, a w mokrym połączeniu aluminium staje się anodą. O uszkodzeniu decyduje współczynnik powierzchni: duża katoda ze stali nierdzewnej skierowana w stronę małej anody aluminiowej powoduje szybkie lokalne straty, dlatego też łożysko ze śrubą M8 ze stali nierdzewnej bezpośrednio na aluminiowym wsporniku jest detalem wartym przeprojektowania.

Trzy kontrole działają. Podkładki izolacyjne z EPDM lub nylonu pod nierdzewnymi łącznikami osadzonymi na aluminium, powłoka barierowa lub warstwa anodowana na styku oraz drenaż zapobiegający zatrzymywaniu wody w złączu.

Ruch termiczny: współczynnik rozszerzalności jako czynnik wejściowy obliczeniowy

Aluminium rozszerza się przy 23,1 mikrometra na metr na kelwin, stal nierdzewna 1.4404 przy 16,0, a stal węglowa przy 12,0. Zatem 3-metrowa aluminiowa szyna okładzinowa na fasadzie zwróconej w stronę wahań temperatury powierzchni wynoszącej 40 kelwinów przesuwa się zatem o około 2,8 milimetra względem konstrukcji. Szczelinowe otwory i przesuwne klipsy amortyzują ten ruch; w pełni skręcane, sztywne połączenie nie powoduje tego, a obciążenie migruje do panelu lub podłoża.

Dopasowanie materiału mocującego do kategorii korozyjności

W przypadku projektowanego okresu trwałości wynoszącego 50 lat, stal nierdzewna 1.4404 jest gatunkiem minimalnym dla atmosfer C4 i C5-M ISO 9223, natomiast stal węglowa ocynkowana ogniowo zgodnie z EN ISO 1461 obejmuje gatunki C3 i C4 śródlądowe.

Kategoria CX, która obejmuje tunele traktowane solami odladzającymi i strefy rozbryzgów na morzu, przesuwa specyfikację do stali nierdzewnej 1.4529 przy PREN około 44 lub do stali duplex 1.4462, gdzie obciążenia uzasadniają zastosowanie niższego stopu.

Projekty przybrzeżne i śródlądowe wymagają różnych specyfikacji sprzętu

Ten sam system elewacyjny położony 15 kilometrów w głąb lądu i 300 metrów od morza wymaga różnych gatunków mocowania, systemów powłok i częstotliwości przeglądów, nawet jeśli obciążenie wiatrem i masa panelu są identyczne.

To, co nie zmienia się pomiędzy obiema kolumnami, to pojemność mechaniczna. Wsporniki w obu przypadkach przenoszą takie same obciążenia; poruszają się tylko naddatek na korozję i szczegóły izolacji. Regulowane wsporniki kątowe ze stali nierdzewnej w kolorze 1.4404 są standardową odpowiedzią na stronę przybrzeżną, ponieważ noga ze szczeliną pochłania tolerancję i ruchy termiczne bez wprowadzania sztywnego połączenia.

Regulowany wspornik okładzinowy ze stali nierdzewnej w kształcie litery L Zapoznaj się z zakresami regulacji wsporników 1.4404, obciążalnością i szczegółami izolacji dla fasad wentylowanych, w przypadku których specyfikacja opiera się na korozji przybrzeżnej i tolerancjach. Zobacz produkt →

Sześcioetapowa procedura weryfikacji materiału

Sześć kontroli, przeprowadzanych w kolejności, sprawdza specyfikację materiału przed złożeniem zamówienia.

1. Ustal kategorię korozyjności na podstawie zmierzonego osadzania się chlorków i czasu zawilgocenia zgodnie z normą ISO 9223, a nie na podstawie adresu lokalizacji.
2. Napraw klasę życia zawodowego w projekcie. EN 1990 klasa 4 oznacza 50 lat, a okucia w tej klasie traktowane są jako niewymienne.
3. Przelicz oba dane wejściowe na numery materiałów: minimum PREN 25 dla stali nierdzewnej przybrzeżnej, 85 mikrometrów cynku ogniowego dla C3 i C4 śródlądowego.
4. Wypisz każdą parę odmiennych metali w złożeniu i nazwij element izolujący dla każdej z nich.
5. Poproś o dowody testów: raporty dotyczące mgły solnej ISO 9227, kwalifikacje kotew EAD 330232 lub ACI 355.2 oraz certyfikaty walcowni EN 10204 typ 3.1 na ciepło.
6. Sprawdź na miejscu za pomocą miernika grubości powłoki zgodnie z ISO 2178, sprawdź obecność podkładek izolujących i obrobione krawędzie cięcia.

Okładziny kamienne dodają jeszcze jedną decyzję dotyczącą materiału: wpuszczane kotwy z podcięciem ze stali 1.4404 rozkładają obciążenie poprzez mechanicznie wpustowany stożek, a nie uchwyt cierny, dzięki czemu płyta kamienna i mocowanie ze stali nierdzewnej są dopasowane zarówno pod względem wytrzymałości, jak i odporności na chlorki.

Kotwa Dorp In Undercut do okładzin kamiennych Zobacz, jak kotwy podcinające 1.4404 wykorzystują dopasowaną geometrię stożka do mocowania paneli z kamienia naturalnego, w rozmiarach M6 i M8 oraz wartościach obciążeń. Zobacz produkt →

Jiangsu Aozheng Metal Products Co., Ltd. oferuje te gatunki w postaci odlewanych szyn kotwiących, wsporników okładzinowych, kotew podciętych i szyn rozporowych, stali nierdzewnej 1.4301, 1.4404 i 1.4462 oraz stali węglowej cynkowanej ogniowo, co pozwala na specyfikacja materiału biegnąc od osadzonego ceownika aż do końcowego wspornika panelu.

Koszt, trwałość i 50-letni okres użytkowania

Norma EN 1990 umieszcza 50-letni okres użytkowania w klasie konstrukcyjnej 4, a osprzęt mocujący w tej klasie jest zaprojektowany jako element niewymienny, a nie materiał eksploatacyjny.

Sprawa kosztowa wynika raczej z dostępu niż z ceny materiału. Wspornik na wysokość 40 metrów w przypadku wentylowanej fasady osiąga się przy pomocy tego samego zespołu wspinaczy na maszt lub dostępu linowego, który wymienia panel, więc awaria korozyjna po 12 latach kosztuje znacznie więcej niż delta materiału między 1.4301 a 1.4404, która koncentruje się w zawartości molibdenu w kilkuset kilogramach stali nierdzewnej. Trwałość kupuje się raz, na etapie specyfikacji i płaci się za nią albo wtedy, albo później, na wysokości.