Az acélszerkezetű épületekben a szelemenek másodlagos teherhordó elemek, amelyeket vízszintesen szerelnek fel a tető szarufák vagy falkeretek mentén. Fő funkciójuk a tető- vagy falburkolati panelek megtámasztása, a hóterhelés, a szélterhelés, a tetőlemezek önsúlyának és egyéb külső terheléseknek a fő tetőtartókra vagy portálvázakra való átvitele. Szelemen nélkül a fém tetőpanelek nem képezhetnek stabil épületburkot. A szelemenek többnyire hideghengerlési technológiával készülnek horganyzott vagy cink-alumínium bevonatú acéltekercsekből, amelyek kis önsúlyúak, nagy szilárdságúak és kényelmes helyszíni felszereléssel rendelkeznek.
A szelemenek számára nincs egyetlen univerzális osztályozási szabvány. Csoportosíthatók keresztmetszet alakja, gyártási folyamata, beépítési helye, anyagminősége és korróziógátló felületkezelése szerint. A különböző típusú szelemenek nagymértékben különböznek egymástól a teherbíró képesség, a szakasz merevsége, a csatlakozási mód, a költségek és az alkalmazható építési forgatókönyvek tekintetében.
1. Osztályozás keresztmetszeti profil szerint
A keresztmetszet alakja a legelterjedtebb módja a szelemenek osztályozásának a mérnöki gyakorlatban. A főbb típusok közé tartozik a C-szelemen, Z-szelemen, U-szelemen, Σ-szelemen (szigma szelemen), melegen hengerelt I-szelvényű szelemen és üreges téglalap alakú csőszelemen. Közülük a hidegen alakított C és Z szelemenek foglalják el a legnagyobb piaci részesedést a könnyűacél műhelyekben és raktárakban.
C-szelemen, más néven csatorna szelemen, C-alakú nyitott keresztmetszete többmenetes hideghengerléssel készült. Két ajka derékszögben befelé hajlik. A szabványos specifikációk 80 mm-től 300 mm-ig terjedő mélységekre vonatkoznak, állítható karimaszélességgel és peremmérettel. A C-szelemenek egyszerűen előállíthatók és a helyszínen könnyen vághatók. A csavarkötések közvetlenül elvégezhetők a szalagokon és a karimákon lévő előre lyukasztott lyukakon keresztül. Legfőbb gyengesége azonban a negatív szélszívóterhelés melletti gyenge teljesítményben rejlik. Amikor a felfelé irányuló szélerő hat a tetőre, a C-szelvények viszonylag gyenge torziós merevséget mutatnak.C-szelemenekalkalmasak rövid fesztávú tetőkre, falszelemenre és másodlagos támasztékokra, ahol a fesztáv általában nem haladja meg a 6 métert. Széles körben használják falburkolatok alátámasztására és kis méretű raktártetőkre. Egyik fontos jellemzője, hogy a C-szelemenek nem fedik át egymást a folyamatos támogatás érdekében. Minden fesztávot egymástól függetlenül kell a szarufák támaszaihoz csatlakoztatni.
Z-szelemenZ alakú keresztmetszetet vesz fel. Karimája inkább ferde, semmint merőleges a szövedékre. Az eltolt karimageometria lehetővé teszi, hogy a szomszédos Z-szelemenszegmensek átfedjék egymást a tartó szarufák felett, így folyamatos többnyílású szerkezeti rendszer jön létre. A folyamatos átfedés nagymértékben csökkenti a középső fesztávú hajlítónyomatékot és az elhajlást, így a Z-szelemenek hosszabb fesztávot is elbírnak, általános terhelési feltételek mellett általában 6 m és 9 m között. Emiatt a Z-szelemen a preferált választás a nagy fesztávú gyári tetőkhöz. Az azonos súlyú és anyagvastagságú C-szelemennel összehasonlítva a Z-szelemen magasabb teljes profilmodulust és jobb hajlításgátló teljesítményt nyújt. Ennek ellenére a Z-szelemenek kevésbé kényelmesek fali alkalmazásokhoz. Az átfedő csatlakozás precíz vágási hossz-számítást igényel a gyártás során. Az előre kilyukasztott furatok helyzetének szigorúan meg kell egyeznie az átfedő méretekkel. A Z-szelemen a legjobban használható nagyméretű gyártóüzemek, logisztikai raktárak és kiállítási csarnokok ferde fémtetőihez.
A Sigma szelemen (Σ-szelemen) egy optimalizált hidegen alakított profil. Szövedéke nem lapos, hanem több közbenső merevítő bordát is tartalmaz a szakaszba préselve. Ezek a beépített merevítők nagymértékben javítják a szalag helyi stabilitását és torziós merevségét anélkül, hogy növelnék az acéllemez vastagságát. Azonos anyagsúly mellett a sigma szelemen nagyobb teherbírást ér el, mint a C-szelemen és a Z-szelemen. Hosszabb támasztótávolságot tud megvalósítani, és csökkenti a projektek teljes acélfelhasználását. A Sigma szelemenek népszerűek az európai acélgyártási piacokon. Hátránya a bonyolultabb hengeralakító szerszámok és a magasabb gyártási költség. Különféle sigma specifikációkhoz speciális formák szükségesek.
Az U-szegmens nyitott U-csatornaként viselkedik. Főleg másodlagos kis méretű tartóelemként használják, nem pedig fő tetőszelemenként. Gyakran szolgál áthidalóként, belső faltámaszként vagy kiegészítő keretként. A melegen hengerelt I-gerenda vagy H-szelvényű szelemen nagy terhelésű körülmények között alkalmazható, például nehéz berendezéseket szállító tetőkön vagy vastag betonlapokon. Ezek a melegen hengerelt profilok nagy önsúlyúak és magas anyagköltséggel rendelkeznek. A négyszögletes üreges csőszelemenek zárt profilként kiváló torziós teljesítménnyel rendelkeznek, de kevésbé gazdaságosak nagy felületű szabványos tetők esetén. Több alkalmazást találnak speciális építészeti struktúrákra.
2. Beépítési helyzet szerinti osztályozás: tetőszegély és falszelemen
Az épületkeretekre történő beépítési helytől függően a szelemenek tetőszegélyekre és fali szelemenekre esnek. Teljesen eltérő terhelési kombinációkat viselnek.
A tetőszegélyek vízszintesen vannak felszerelve a fő tető szarufák tetejére. Ellenállnak a gravitációs terhelésnek, beleértve a tetőpanel súlyát, a hó felhalmozódását, a karbantartó személyzet élőterhelését, valamint a felfelé irányuló szélszívó erőt. A szélszívás rendkívül kritikus a tető kialakításához; sok szelemenmeghibásodást a felhajtó szélerővel szembeni elégtelen ellenállás okoz. A Z-szelemen a domináns tetőszelemen választék a hosszú fesztávú követelményekhez.
A falszelemencek a függőleges főkeret oszlopokhoz csatlakoznak. Támogatják a külső falburkolatokat, és főleg vízszintes szélnyomásnak ellenállnak, legyen az pozitív vagy negatív. A függőleges gravitációs terhelés viszonylag kicsi. A C-szelemeneket széles körben alkalmazzák fali szelemenekhez, mert lapos karimás felületük sokkal egyszerűbbé teszi a fali panelek rögzítését. Egyes projektekben a Z-szelvények falszelemenként is használhatók, ha folyamatos fesztávra van szükség.
3. Gyártási technológia szerinti osztályozás: hidegen alakított szelemen vs melegen hengerelt szelemen
A gyártási folyamat a szelemeneket hidegen hengerelt és melegen hengerelt szelemenekre osztja.
A hidegen alakított szelemeneket szobahőmérsékleten, horganyzott acéltekercsekből hengerelő sorokkal állítják elő. A C-szelemen, a Z-szelemen és a sigma szelemen mind ebbe a kategóriába tartoznak. A hideg megmunkálás anyagmegmunkálási keményítő hatást hoz létre, javítva a folyáshatárt. A vékonyfalú kialakítás nyersanyag-megtakarítást eredményez. Az automatizált tömeggyártás versenyképesen tartja az egységárat. Szinte minden könnyű acélszerkezetű épület választja a hidegen alakított szelemeneket. A korlátozás a vékony falvastagság; nem alkalmasak rendkívül nehéz koncentrált terhelésekre.
A melegen hengerelt szelemeneket magas hőmérsékletű hengerlési eljárással alakítják ki. A tipikus termékek közé tartoznak a melegen hengerelt csatornaacél, az I-gerenda és a H-gerenda szelemenek. A falvastagság vastagabb, a metszet merevsége erőteljes. Nehézipari műhelyekben alkalmazzák, ahol a tetőknek nehézgépeket kell tartaniuk. Nyilvánvaló hátrányuk a nagy önsúly és a magasabb projekt összköltség. A melegen hengerelt szelemenek nem gazdaságosak a hagyományos fémlemez tetők esetében.
4. Osztályozás felületi korróziógátló kezelés alapján
Mivel a szelemenek ki vannak téve a kültéri légköri környezetnek, a felületi korróziógátló kezelés közvetlenül meghatározza az élettartamot. Három fő típusa általános: tűzihorganyzott szelemen, cink-alumínium bevonatú szelemen és festett/porszórt szelemen.
A tűzihorganyzott szelemen a legnépszerűbb megoldás. A hengeralakítás után a profilokat olvadt cinkfolyadékba merítik, így cink-vas ötvözet védőréteget képeznek. Megbízható rozsdaállóságot biztosít az általános ipari és légköri környezetben.
A cink-alumínium (Al-Zn) bevonatú szelemen alapanyagként cink-alumínium-szilícium előbevonatú acéltekercset használ. A bevonat teljesítménye felülmúlja a hagyományos horganyzást, különösen a sóspray-korróziós tengerparti területeken. A hengeralakítás után nincs szükség másodlagos forró merítési feldolgozásra.
A festett szelemeneket általában szemcseszórással tisztítják, majd szerves festékkel vagy porbevonattal vonják be. A festékrétegek dekoratív megjelenést biztosítanak. De ha a bevonat karcolások keletkeznek a szállítás vagy telepítés során, a helyi rozsda gyorsan kialakul. A festett szelemenek jobban megfelelnek a beltéri környezetnek.
5. Kiválasztási elvek a gyakorlati mérnöki munkában
Nincs abszolút "legjobb" szelementípus. A mérnököknek a projekt tényleges peremfeltételei szerint kell kiválasztaniuk.
Először erősítse meg a fesztávolságot és a terhelést. A 6 méter feletti nagy fesztávú tetőknél a folyamatos átfedési képességnek köszönhetően a Z-szelemen vagy a szelemen használata javasolt. A rövid fesztávú falaknál a C-szelemen költséghatékonyabb. A nagy, koncentrált terhelésű forgatókönyveknél figyelembe kell venni a melegen hengerelt H-szelvényű szelemeneket.
Másodszor, értékelje a környezeti korrózió szintjét. A tengerparti vagy vegyi üzemi környezetnek cink-alumínium bevonatú vagy nagy vastagságú tűzihorganyzott szelemeneket kell választania.
Harmadszor, elemezze a csatlakozást és az építési állapotot. Ha a helyszíni építési csapat ismeri az egyszerű csavarozott alkatrészeket, a C-szelemen csökkenti a telepítési hibákat. A Z-szelemen pontos vágást igényel az átfedő kötéseknél.
Negyedszer, egyensúlyozza ki a projekt teljes költségvetését. A Sigma szelemen csökkenti az acél súlyát, de növeli az alkatrész egységárát. Az átfogó gazdasági összehasonlítás elengedhetetlen.
A gyakorlatban előforduló gyakori hibák közé tartozik a C-szelemen helytelen használata hosszú fesztávú tetők esetén, a szélszívó terhelés figyelmen kívül hagyása a tetőszelementervezésnél, valamint a vékony bevonatú szelemenek felhordása erősen korróziós helyeken.
Összefoglalva, a szelemenek több dimenzió szerint is kategorizálhatók. A keresztmetszet alakja szerint a főbb típusok C-szelemmel, Z-szelemmel, szigma-szelemmel, U-szelemmel, melegen hengerelt szelvényszelemmel és üreges csőszelemettel rendelkeznek. Beépítési hely szerint ezek tető- és falszelemenek. Gyártási technológia szerint vannak hidegen alakított szelemenek és melegen hengerelt szelemenek. A felületkezelési típusok közé tartoznak a tűzihorganyzott, cink-alumínium bevonatú és festett szelemenek.
A C-szelemen és a Z-szelemen a két legszélesebb körben használt hidegen hengerelt szelemen termék a modern acélszerkezetekben. A Z-szelemen kiváló a hosszú fesztávú tetőrendszereknél a folyamatos átfedő csatlakozás révén, míg a C-szelemen a fali szelemen és a rövid fesztávú alkalmazásoknál nyújt előnyöket. A Sigma szelemenek optimalizált, könnyű fejlesztést képviselnek, a melegen hengerelt szelemenek pedig nagy terhelésű speciális körülményeket szolgálnak ki. A korróziógátló felületkezelésnek meg kell felelnie a helyi légköri korróziós környezetnek.
A szelemen helyes megválasztása jelentősen befolyásolja az épület biztonságát, az acélfogyasztást, az építkezés előrehaladását és a hosszú távú karbantartási költségeket. A tervezőknek, beszerzőknek és gyártóknak teljes mértékben meg kell érteniük a különböző szelementípusok jellemzőit, el kell kerülniük a nem megfelelő specifikáció kiválasztását, és biztosítaniuk kell az acélszerkezetű tető- és falrendszerek stabilitását és tartósságát. Az előregyártott konstrukciók folyamatos fejlesztésével a nagy teljesítményű könnyű szelemenprofilok, mint például a sigma szelemen, egyre nagyobb piaci részesedést szereznek a globális acélépítési projektekben.
