Connessioni di canale integrate

Un esame dell'uso di canali laminati a caldo e colati nei vani degli ascensori

I collegamenti nel vano ascensore sono spesso soggetti a situazioni di carico impegnative. Ad esempio, le condizioni di carico dinamico, che hanno implicazioni per la resistenza a fatica della connessione, sono comuni. Anche i carichi sismici e da impatto possono essere considerati per la struttura. Pertanto, dovrebbe essere verificato per confermare che le caratteristiche tecniche del metodo di connessione siano adatte alle condizioni di carico che sperimenteranno. Anche le condizioni delle connessioni devono essere verificate per garantire che siano sicure per prestazioni a lungo termine.

Le connessioni saldate alle piastre in acciaio incorporate e le connessioni forate sono ben note nell'industria delle costruzioni indiana come metodi per fissare componenti a nuove strutture in calcestruzzo. Tuttavia, in pratica, questi metodi possono essere difficili da controllare in loco, sia in termini di precisione della posizione per la connessione, sia per l'affidabilità delle sue prestazioni portanti. Nessuno dei due metodi è veloce o facile da utilizzare quando è richiesta la regolazione delle posizioni di connessione. La posizione accurata di alcuni componenti dell'ascensore è fondamentale e spesso è necessaria la regolazione della connessione per soddisfare le tolleranze di costruzione o facilitare la sostituzione e la manutenzione delle apparecchiature in un secondo momento durante la vita dell'edificio.                 

Per le nuove strutture, in cui devono essere gettati i vani degli ascensori in cemento, l'uso pianificato di connessioni bullonate regolabili a canali gettati e laminati a caldo può fornire un'esperienza migliore per il progettista, l'installatore e il cliente.

Tipi e utilizzo dei canali integrati

I canali incorporati sono disponibili in una varietà di lunghezze, dimensioni di sezione e tipi. La selezione dei prodotti offre diverse gamme di carico e canali con diverse proprietà fisiche e tecniche. I profili dei canali in acciaio sono normalmente laminati a freddo oa caldo, con ancoraggi collegati in fabbrica per fornire ancoraggio all'interno del calcestruzzo. La normale finitura richiesta per i vani ascensore è zincata a caldo, ma sono disponibili anche canali in acciaio inossidabile. I collegamenti ai canali incorporati sono normalmente realizzati tramite bulloni a T twist-in, sebbene le piastre di bloccaggio femmina oi dadi del canale vengano occasionalmente utilizzati con bulloni a testa esagonale. I prodotti tipici sono mostrati nella Figura 1.

Il processo di installazione del sistema inizia con il posizionamento dei canali di fronte a nuovi vani ascensori in cemento quando il calcestruzzo viene versato. Quando il calcestruzzo è indurito, il riempitivo viene rimosso e i bulloni con testa a T vengono attorcigliati nei canali, consentendo l'installazione di componenti in qualsiasi posizione lungo la lunghezza del canale. La versatilità del posizionamento delle connessioni nei canali consente la precisione. Questa funzione di regolazione è migliorata dall'uso di staffe scanalate per fornire la regolazione dei componenti su altri piani. La regolazione combinata fornita dalle staffe asolate e dal canale in fusione compensa facilmente le inevitabili tolleranze costruttive. La Figura 2 mostra i processi di installazione tipici.

Problemi di progettazione della connessione

I tipi di carico applicati alle connessioni degli ascensori possono essere costituiti da alcuni o da tutti i seguenti: carichi di trazione, taglio, dinamici, sismici e di impatto. Questi carichi possono essere applicati tramite connessioni a componenti strutturali con proprietà fisiche diverse, come pareti in calcestruzzo, pavimenti e acciaio strutturale. A sua volta, la capacità dei componenti strutturali in calcestruzzo o in blocchi di supportare i carichi applicati dipenderà dalla loro resistenza alla compressione, dalle dimensioni fisiche, dalla distanza dal bordo della connessione e dal progetto dell'armatura.

Quindi, la capacità di una connessione di supportare i carichi imposti dipenderà sia dalle sue proprietà fisiche sia dalla capacità della struttura di supportare e distribuire adeguatamente i carichi. Il metodo di progettazione utilizzato per selezionare le connessioni dalle informazioni tecniche del produttore può essere basato sulla progettazione delle sollecitazioni applicate o sulla progettazione del carico e del fattore di resistenza.

I binari di ancoraggio in acciaio fuso utilizzati per supportare questi carichi sono prodotti con due metodi principali: laminazione a freddo ea caldo. Entrambi i tipi sono adatti a sopportare carichi di trazione statica e di taglio trasversale. Tuttavia, per i carichi di taglio longitudinali (carichi nella direzione dell'apertura nel profilo del canale), carichi dinamici, sismici e di impatto, i profili laminati a caldo hanno prestazioni migliori.

A causa del movimento delle cabine degli ascensori e delle porte in servizio, i collegamenti delle guide, delle travi divisorie e delle porte sono soggetti a carichi dinamici. I carichi laterali sulla rotaia di guida possono anche indurre un carico di taglio longitudinale nel collegamento del canale gettato in opera. A seconda della posizione e dello scopo di un edificio, nella progettazione potrebbe essere necessario tenere conto anche dei carichi sismici o di impatto. Per questi motivi, i canali laminati a caldo e gettati sono generalmente preferiti per i collegamenti critici nel vano ascensore.

Connessioni tipiche nei vani degli ascensori

I binari di ancoraggio gettati possono essere utilizzati per quasi tutti i collegamenti pre-pianificati al calcestruzzo. Prima di esaminare alcuni degli aspetti più dettagliati della progettazione dei collegamenti degli ascensori, può essere utile presentare come questi prodotti vengono generalmente utilizzati nei vani degli ascensori.

 Le applicazioni più comuni sono per l'ancoraggio di porte, guide per ascensori e travi divisorie. Tuttavia, i canali di ancoraggio gettati nel vano vengono utilizzati anche per collegamenti strutturali, collegamenti trave di sollevamento e servizi. Nelle aree di ingresso degli ascensori anche i pannelli a parete o le opere d'arte sono stati supportati utilizzando questo metodo al fine di ottenere la necessaria regolazione della posizione richiesta per i collegamenti.

I collegamenti ai canali in ghisa sono forniti da bulloni a T twist-in. Una linea sul gambo del bullone a T funge da indicatore di sicurezza per mostrare che il bullone a T è completamente bloccato nel canale.

Capacità di carico dinamico

Il carico dinamico ciclico è una causa ben nota di rottura per fatica nei componenti in acciaio. La sollecitazione all'interno del materiale utilizzato per fabbricare il componente caricato può contribuire alla rottura per fatica precoce. I canali laminati a caldo sono prodotti in modo tale da ridurre significativamente lo stress del materiale intrinseco creato dalla maggior parte dei processi di formatura a freddo. Pertanto, sono preferiti rispetto alle alternative di canali laminati a freddo in un ambiente di carico dinamico, dove l'affidabilità della connessione a lungo termine è una priorità per motivi di sicurezza. I test empirici hanno consentito la creazione di dati accurati per prevedere le variazioni di carico cicliche consentite che agiscono su canali laminati a caldo fino a due milioni di cicli. I recenti sviluppi nella modellazione della fatica dei materiali hanno anche prodotto una base matematica per stimare le prestazioni dinamiche quando è richiesta un'aspettativa di vita di oltre due milioni di cicli. Il carico dinamico dovrebbe essere considerato sia per il binario di guida che per i collegamenti della porta.

Carico longitudinale

Il carico di taglio longitudinale si verifica quando il carico di taglio scorre parallelamente all'apertura nel canale gettato in opera. Per evitare che i bulloni a T di collegamento scorrano lungo il canale in queste condizioni di carico, devono essere applicate coppie elevate. Ad esempio, questo tipo di carico può verificarsi quando vengono applicati carichi laterali alle guide degli ascensori. I bordi spessi dei canali laminati a caldo consentono di supportare coppie elevate. 

Questa caratteristica consente anche l'uso di bulloni a T dentati, che mordono fisicamente il labbro del canale per fornire una maggiore resistenza ai carichi longitudinali. I profili laminati a freddo normalmente non possono supportare le forze di schiacciamento associate a coppie di bulloni elevate e quindi non sono molto efficaci in questa condizione di carico.

I recenti sviluppi nella tecnologia dei canali laminati a caldo hanno portato allo sviluppo di profili di canali colati con labbri seghettati e bulloni a T con teste seghettate abbinate. I denti del bullone a T e del canale si incastrano meccanicamente per resistere ai carichi di taglio longitudinali. Questa caratteristica consente il trasferimento di carichi longitudinali elevati ed è la soluzione migliore per questa condizione di carico. Vedere la Figura 4.

Carico sismico e da impatto

Test recenti hanno dimostrato che i canali laminati a caldo seghettati con ancoraggi per impieghi gravosi si comportano bene nei test sismici simulati e di impatto. Questi test sono stati condotti secondo i requisiti dell'industria nucleare per le aree rilevanti per la sicurezza della struttura in calcestruzzo. Questo test trova applicazione anche dove è richiesta la prestazione sicura della connessione in aree sismicamente attive, o dove lo scopo dell'edificio richiede la resistenza alle esplosioni. Nel regime di prova, la gamma HZA-PS di canali laminati a caldo seghettati è stata sottoposta a carico ciclico di breve durata fino alla capacità normale in calcestruzzo fortemente fessurato. I campioni di prova sono stati quindi completamente caricati ed è stata misurata la deflessione. I risultati mostrano prestazioni costanti, anche con calcestruzzo gravemente fessurato a carichi normali e una resa progressiva alla fine. Questa gamma di canali è adatta anche per carichi dinamici e longitudinali a lungo termine. Vedere la Figura 13.

Connessioni a diversi tipi di struttura

Sebbene sia comune utilizzare pareti continue in cemento per formare nuovi vani ascensore, vengono utilizzati anche altri metodi di costruzione. I blocchi di cemento pieni o cavi vengono spesso posati per formare i vani degli ascensori e collegamenti affidabili con bulloni forati possono essere molto difficili da realizzare. In questi casi, i canali laminati a caldo e gettati possono conferire affidabilità alle connessioni se una trave ad anello in calcestruzzo viene gettata ai livelli richiesti per le rotaie di guida. Vedere la Figura 14.

Le strutture in acciaio possono richiedere connessioni al bordo di solette composite sottili che utilizzano casseforme metalliche permanenti. I canali laminati a caldo funzionano bene in piccole aree di calcestruzzo con distanze dal bordo ridotte rispetto alla connessione. Le prestazioni del canale laminato a caldo possono essere migliorate anche utilizzando speciali ancoraggi per consentire ai sottili elementi in calcestruzzo di trasferire efficacemente i carichi imposti nella struttura. Vedere la Figura 15.

Quando sono richieste connessioni regolabili ad elementi strutturali in acciaio, i canali laminati a caldo sono spesso saldati in superficie o imbullonati e funzionano bene al di fuori del calcestruzzo. In questo caso, occorre prestare attenzione a fornire un supporto adeguato per la staffa di collegamento. Vedere la Figura 16.

Conclusioni e indicazioni per un uso futuro

L'uso di canali laminati a caldo nei vani degli ascensori deve essere pianificato prima della costruzione. Ciò richiede consenso e decisioni tempestive tra una serie di parti interessate. Sebbene il sistema sia più costoso in termini di materiale rispetto ai bulloni forati o alle piastre saldate, è vantaggioso per l'installazione. La velocità e la precisione del sistema, unite all'utilizzo di semplici strumenti senza bisogno di alimentazione, convince la maggior parte degli installatori del valore aggiunto del sistema.

Gli ingegneri responsabili della sicurezza degli ascensori riconoscono il valore di un sistema di connessione con prestazioni a lungo termine che può essere installato ripetutamente in sicurezza. I clienti e i loro consulenti di ascensori preferiscono che gli edifici vengano completati rapidamente per ridurre i costi di finanziamento e apprezzano un sistema di connessione che consente la rapida sostituzione dei componenti difettosi per ridurre al minimo i tempi di fermo dell'ascensore. Il processo di valutazione dei benefici di questo sistema di connessione è ancora nelle prime fasi in alcuni paesi, come l'India. Tuttavia, i canali gettati a caldo laminati sono in procinto di essere utilizzati per i collegamenti degli ascensori in due grattacieli situati in Kohinoor Square a Mumbai. Gli edifici sono 52 piani e alti 32 piani.