Hinter einer Vorhangfassade eines Hochhauses ist eine faserverstärkte Gipsplatte nicht nur eine passive Feuerbarriere oder akustische Auskleidung. Während das Gebäude steigt, muss das Brett selbst dem tatsächlichen Winddruck standhalten. Wie dieser Druck aus dem System abgeleitet wird, ist wichtiger, als den meisten Menschen bewusst ist.
Woher die Ladung eigentlich kommt
Es ist leicht anzunehmen, dass die äußere Glas- oder Aluminiumhaut den gesamten Wind abfängt. In der Praxis sind Vorhangfassaden selten luftdicht. Lücken in offenen -Fugenschutzgittern, Sickerlöcher und thermische Bewegung führen dazu, dass der Außenluftdruck in den Hohlraum hinter der Verkleidung entweicht. In den oberen Etagen verstärkt sich dieser Effekt. Der Luftdruck im Hohlraum schwankt mit jeder Böe, wodurch die Gipsplatte durch Überdruck nach innen gedrückt und durch Sog nach außen gezogen wird. Mit anderen Worten: Das Brett ist ein tragendes Element, das eine eigene Windberechnung benötigt.
Bestimmung des Auslegungsdrucks
Ausgangspunkt ist der geltende Code - ASCE 7 in den USA oder der Eurocode anderswo. Der Prozess nimmt die grundlegende Windgeschwindigkeit für die Region und schichtet dann Faktoren für Höhe, Exposition, Gebäudeform und Böenreaktion ein, um einen Nettoauslegungsdruck zu erhalten. Bei Bauteilen hinter der Verkleidung bestimmen lokale Spitzendruckkoeffizienten die Konstruktion, da in Eck- und Randzonen regelmäßig eine mehr als doppelt so hohe Saugwirkung auftritt wie in der Wandmitte. Als Lieferant müssen Sie die Koeffizienten nicht auswählen, aber Sie müssen Leistungsdaten der Platine liefern, die mit der endgültigen Design-Windlast übereinstimmen, einschließlich der erforderlichen Sicherheitsfaktoren.
Wie das Board dem Druck standhält
Die Gipskartonplatte wird mit selbstschneidenden Schrauben an vertikalen oder horizontalen Stahlpfosten befestigt. Der Bolzenabstand bestimmt die Biegespanne. Die Mathematik behandelt einen einen -Fuß-breiten Brettstreifen als einen gleichmäßig belasteten Balken -, typischerweise einen einfach unterstützten oder mehrspannigen Zustand.
Wenn der Bolzenabstand L (in Zoll) und der Nettowinddruck p (in psf) beträgt, beträgt die lineare Last auf einen 12-Zoll breiten Streifen w=p plf. Es regeln zwei Prüfungen:
Erstens, Biegefestigkeit. Das maximale Moment beträgt M=wL²/8. Der Widerstand der Platte ergibt sich aus ihrem Abschnittsmodul Z=bt²/6 (mit b=12 in und t der Plattendicke) und ihrem Bruchmodul MOR. In einer qualitätsfaserverstärkten Gipsplatte drücken die gleichmäßig verteilten, alkalibeständigen Glas- oder Holzfasern den MOR-Wert auf 1.200–1.700 psi, - um ein Vielfaches höher als bei einer herkömmlichen papierbeschichteten Platte. Die Bedingung, die erfüllt sein muss, ist M Kleiner oder gleich (MOR × Z) / , wobei es sich um einen Materialreduktionsfaktor handelt, der langfristige Witterungseinflüsse und Kriechen berücksichtigt.
Zweitens Steifheit und Durchbiegung. Unter Sog biegt sich das Brett nach außen. Eine zu starke Durchbiegung führt zu Rissen in den Verbindungen, bricht die Luftdichtung und konzentriert die Spannung auf die Schraubenköpfe. Die Durchbiegung in der Mitte der Spannweite unter gleichmäßiger Belastung beträgt Δ=5wL⁴/(384EI). Das Trägheitsmoment I=bt³/12 und E ist der Elastizitätsmodul der Platte. Da faserverstärkte Kerne dicht und fasermodifiziert sind, liegt E typischerweise zwischen 400.000 und 900.000 psi - und ist bei gleicher Dicke weitaus steifer als handelsüblicher Gips. Die Durchbiegungsgrenze beträgt normalerweise L/360 oder, wenn die Gelenkbewegung kritisch ist, L/480.
Was das für die Vorstandsauswahl bedeutet
Aus Produktsicht benötigt der Designer wirklich eine klare Matrix: Für eine bestimmte Plattendicke und übliche Ständerabstände - sagen wir 16 Zoll in der Mitte oder 24 Zoll in der Mitte - was ist die zulässige Druckgrenze? Diese Werte ergeben sich aus der Umkehrung der Festigkeits- und Durchbiegungsformeln unter Verwendung von von Drittanbietern-geprüften-mechanischen Eigenschaften. Beispielsweise kann eine hoch-dichte 5/8{{10}Zoll-Faser-Gipsplatte auf Ständern mit 16 Zoll Überdruck häufig maximale Windlasten über 63 psf (3 kPa) bewältigen. Dies deckt die meisten Hochhausgebiete außerhalb der von Hurrikanen-anfälligen Küsten ab. Wenn die erforderliche Bewertung höher steigt, fällt die Wahl entweder auf ein dickeres Brett oder einen engeren Ständerabstand -, ein Kompromiss, der sich sofort auf die Kosten und die Installationsgeschwindigkeit auswirkt.
Verbindungselemente dürfen kein nachträglicher Einfall sein
Die Berechnungen des Boards allein reichen nicht aus. Unter Unterdruck möchte sich die gesamte Platte von den Noppen lösen. Die Durchzieh--Durchzieh- und Herausziehkapazität-der Schrauben muss mit der gesamten Auftriebskraft auf das Blech übereinstimmen. Dies hängt vom Kantenabstand, dem Schraubentyp und der Bolzendicke ab und lässt sich am besten mit Testdaten auf Systemebene-behandeln, anstatt die Platine isoliert zu betrachten.
Wenn eine faserverstärkte Gipsplatte in einen Hohlraum eines Hochhauses eingebaut wird, handelt es sich nicht um einen Massenfüllstoff. Es ist ein vorhersehbarer, kalkulierter Teil der strukturellen Verteidigung. Durch die Verknüpfung des Windwegs, der Biegelogik und der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften des Boards wird die Materialauswahl von einer groben Schätzung zu etwas, auf das Sie sich mit Sicherheit verlassen können.