Strukturell lera kakel
Strukturella lerplattor beskriver en kategori av byggmaterial av bränd lera som används för att konstruera tak, väggar och golv för strukturella och icke-strukturella ändamål, särskilt i brandskyddsapplikationer. Även kallad byggnadsplatta , strukturell terrakotta , ihålig kakel , saltillotegel och lerblock , är materialet en extruderad leraform med stort djup som gör att det kan läggas på samma sätt som annat ler- eller betongmurverk. I Nordamerika användes den främst under det sena 1800-talet och början av 1900-talet, nådde topppopularitet vid sekelskiftet och minskade runt 1950-talet. Strukturell lera tegel växte i popularitet i slutet av artonhundratalet eftersom det kunde konstrueras snabbare, var lättare och krävde enklare platt falskarbete än tidigare tegelvalvkonstruktioner. Varje enhet är vanligtvis gjord av lera eller terrakotta med ihåliga hålrum, eller celler, inuti den. Färgerna på terrakotta förvandlas från grå (rå, fuktig lera) till orange, röd, gul och krämfärgade toner. Detta beror på en effekt av bränningsprocessen som härdar leran så att den kan användas för strukturella ändamål. Materialet används ofta i golvbågar, brandskydd , skiljeväggar och pälsverk . Det fortsätter att användas i Europa för att bygga brandsäkra väggar och skiljeväggar. I Nordamerika har materialet till stor del ersatts av betongmurverk .
Historia, ursprung och utveckling
Före 1850-1870-talen
Lerplattor i olika kapaciteter har använts i tusentals år. Romarna var bland de första som använde lerkakel i konstruktionen genom att bygga lerkrukor för att lätta valvlaster. Den första registrerade strukturella användningen av terrakottaformer var dock i Italien på 500-talet i kupolen av kyrkan San Vitale i Ravenna. Lerkrukor fodrade med gips av paris lättade kupolens belastning på ett liknande sätt som tidigare romersk konstruktion.
1850-1870-talen
Den första registrerade användningen av strukturella lerkakel i USA var 1853. Frederick A. Peterson designade handformade lerovaler som han placerade mellan I-balkar och täckte med cement för att skapa golv. Peterson debuterade sin metod i Cooper Union Building i New York City. Petersons metod massproducerades eller replikerades dock inte förrän på 1870-talet. År 1871 patenterade Balthasar Kreischer och George H. Johnson en ny metod som liknar Petersons, baserad på tidigare prejudikat inklusive de av den brittiske arkitekten Joseph Bunnett 1858, såväl som design av Peterson. Var och en av dessa metoder uppstod ur ett växande behov av att brandsäkra byggnader efter massiva bränder över hela USA under det sista kvartalet av artonhundratalet. Före den utbredda användningen dominerade konstruktioner av lerkakel, tegel och murverk brandskyddstekniker. Men konstruktionen av tegel och murverk, särskilt valv, var tung, var tidskrävande att bygga och krävde konstruktion av kostsamma specialformningar. Strukturell lerkakel erbjöd ett lättare, snabbare och enklare alternativ. Ett sammankopplat system av kantiga lerplattor som passade ihop med en slutsten blev populärt i början av 1870-talet, efter att mönster av Vincent Garcin massproducerats för att skapa platta segmenterade bågar. Denna platta segmenterade båge, utvecklad av Garcin, användes först i USA på New York Post Office, Kendall Building i Chicago och Singer Manufacturing Building i St. Louis, och blev den mest produktiva användningen av ihåliga lerplattor till slutet århundradet.
1880-1900-tal
Med sin ökade popularitet blev strukturell lerkakel ett av de mest populära materialen för att brandsäkra järn- och stålkonstruktioner. Dess kapacitet för brandskydd förverkligades dock inte helt förrän Peter Bonnett Wight uppfann "kakelskon" 1881. "Kakelskon" täckte den exponerade sidan av metallbalkar och isolerade dem helt från brand.
1910-1950-talen
Plattbågskonstruktion växte i popularitet med det ökande antalet byggnader som använde stål- och järnkonstruktionselement i sin design. Nya byggnormer för brandsäkring hjälpte till vid användning och spridning av strukturella lerplattor i skyskrapor och andra stora byggnader. Efter 1910 började tillverkarna testa och utveckla starkare och mer komplexa strukturella lerplattor som fungerade bättre vid kompression. Större tryckhållfasthet, som till stor del återfinns i uppfinningen av ändtryckbågen, gjorde att materialet kunde användas i längre golvspann. Men eftersom armerad betong växte i popularitet som ett billigare och mindre komplext alternativ, minskade användningen av strukturella lertegelplattor i golv och tak. I allt högre grad användes lerkakel inuti betonggolv för att göra det lättare, eller som centrering/formsättning för betongkonstruktion. Med uppkomsten av armerad betonggolv och metalldäck, föll strukturella lerplattor ur popularitet för användning i horisontella applikationer. Medan användningen av strukturella lertegelplattor i golv och tak minskade, åtnjöt dess användning i väggar popularitet in på 1950-talet. Väggplattor fortsätter att tillverkas, men speciella kakelenheter kräver ofta anpassade uppdrag. Lerkakelbågar tillverkas inte längre och på grund av brist på skickliga hantverkare för att lägga bågsystemen byts de aldrig ut.
Horisontell applikation
Typer av klinkergolv
Sidotryckbågekonstruktion
Sidotryckbågskonstruktion, den första metoden som används i kakelgolvbågar, består av ihåliga plattor som läggs parallellt med I-balkar.
Sluttryckbågekonstruktion
Ändtrycksbågkonstruktionen är sammansatt av ihåliga plattor som läggs vinkelrätt mot I-balkar. Denna metod blev populär efter att den upptäcktes vara femtio procent effektivare än sidotryckbågar.
Bok Kakel
En populär användning av strukturell lertegel var boktegel, en platt ihålig kakel, som användes i taksystem. Bokplattor användes också i upphöjda golv för att tillåta VVS och andra system att köras i byggnader.
Kompositkonstruktion
I slutet av 1890-talet kombinerade det mest populära systemet med kakelgolvbågar både sido- och ändtryckskonstruktion. Men med den ökade populariteten för betongkonstruktion började kompositkonstruktioner använda båda metoderna i samband med armerad betong. Senare system använde lerkakel och armerad betong för att ersätta tegelgolvbågar på 1930-talet.
Vertikal applikation
Den mest populära och varaktiga formen av strukturell lerplatta är dess användning i vertikala applikationer som ett strukturellt element. I den vertikala applikationen används strukturella lerkakelblock i både pelare och bärande väggar. Likaså användes strukturella lerkakelblock ofta som underlag för ytterväggar och fyllde ofta tomrummen bakom arkitektoniska ornament, sten eller tegel. I tidig stålkonstruktion användes lerkakelblock historiskt som utfyllnad mellan konstruktionselement, vilket gav välbehövligt sidostöd. I vissa fall skapades hela väggar - vanligtvis i envåningsbyggnader, sällan högre - av strukturell lerkakel, vanligtvis flera sidor tjocka. Cellerna i dessa block kan antingen vara ofyllda eller fyllda med förstärkning och injekteringsbruk.
Specialitetstyper
Strukturella glaserade plattor
_(14740652866).jpg)
Strukturella glasade fasadplattor är kanske dess vanligaste och mest produktiva form av lerkakelblock. Strukturella glasade fasadplattor har använts flitigt i institutioner där en hållbar, lättrengörbar yta önskas. Materialet är vanligt förekommande i skolor, kriminalvårdsanläggningar, simbassänger och liknande anläggningar. En mängd olika former har utvecklats för att möjliggöra konstruktion av hörn, mössor, väggbas och andra element med standardstorlekar. SGFT kan inte lätt skäras utan skada på den glaserade ytan, så flera dussin specialformer finns tillgängliga för att tillåta de flesta situationer. SGFT har en bränd glaserad yta som kan tillverkas i färger som liknar de som finns tillgängliga från vanliga keramiska plattor. SGFT har i vissa applikationer ersatts av glasade murverk, en komposit av betongmurverk och en kakelliknande ytbeläggning.
Specialiserade typer av strukturella lerplattor tillverkades med en förglasad eller glaserad krökt yta för användning vid byggande av gårdssilos . Andra former, kallade "telefonplattor", användes som underjordiska flercelliga ledningar för telefonkablar.
Tillverkning och klassificering
Tillverkning
Strukturella lerplattor tillverkas fortfarande enligt historiska processer: lera knådas till en lämplig konsistens, pressas i formar. och eldade i stora ugnar. Olika formar och former används för varje typ och form av strukturell lerplatta.
Klassificering
Strukturella lerplattor klassificeras i tre kvaliteter: hård, halvporös och porös. Varje klassificering särskiljs av hur lång tid plattan bränns under tillverkningsprocessen, och varje klassificering används för olika ändamål.
Hårt kakel har den största strukturella styrkan av de tre kategorierna och används till stor del i applikationer där det utsätts för väder och vind. Dess hårdhet står emot fukt, eftersom den är mindre porös än andra klassificeringar. Hårt kakel är dock mindre brandsäkert då det är benäget att spricka vid hög värme.
Halvporös kakel har måttlig styrka och är motståndskraftig mot fukt.
Porös kakel tillverkas genom att blanda lera med halm, sågspån eller andra material som bränns ut under tillverkningsprocessen, vilket gör det mycket poröst och lättare, förutom att minska strukturella dödlaster. Porös kakel var att föredra bland byggare för brandskydd eftersom den uppförde sig bra i hög värme.
Kakel delas in i bärande och icke-bärande kategorier. Bärande plattor beskrivs under ASTM Standard C34, uppdelad i klass LBX, för områden som är utsatta för väder och vind, och LB, för skyddade applikationer. Icke-bärande plattor beskrivs under ASTM C56 i en klass, OBS. Den används för invändiga skiljeväggar och kan läggas med celler som löper horisontellt eller vertikalt. Kakel kan vara räfflad för att acceptera en gipsfinish, eller slät. Speciella former fanns tillgängliga för att fästa på och att passa runt strukturella stålformer, vilket gav en brandsäker kapsling för de bärande stålelementen.
Strukturella lerplattor tillverkas i en mängd olika standardstorlekar, inklusive 4 tum (10 cm), 6 tum (15 cm), 8 tum (20 cm), 10 tum (25 cm) och 12 tum (30 cm) tjocklekar, och vanligtvis 12 tum (30 cm) x 12 tum (30 cm) eller 12 tum (30 cm) x 8 tum (20 cm) ansiktsmått. Kakel tillverkades också i en serie graderade kilformer för installation mellan stålelement som en brandsäker plan båggolvkonstruktion, för att täckas med en slityta av betong ovanför. I andra fall användes strukturell lertegel som ett permanent formmaterial för att minska bulk och vikt av strukturella betonggolvplattor.