การแนะนำของโครงเหล็ก

โครงเหล็กเป็นเทคนิคการสร้างด้วย “โครงโครงกระดูก” ของเสาเหล็กแนวตั้งและคานไอแนวนอน สร้างขึ้นในตารางสี่เหลี่ยมเพื่อรองรับพื้น หลังคา และผนังของอาคารซึ่งทั้งหมดติดอยู่กับโครงการพัฒนาเทคนิคนี้ทำให้การก่อสร้างตึกระฟ้าเป็นไปได้

เหล็กแผ่นรีด "โปรไฟล์" หรือส่วนตัดขวางของเสาเหล็กใช้รูปร่างของตัวอักษร "I"ครีบกว้างสองอันของคอลัมน์มีความหนาและกว้างกว่าครีบบนคาน เพื่อให้ทนต่อแรงกดในโครงสร้างได้ดียิ่งขึ้นนอกจากนี้ยังสามารถใช้ส่วนเหล็กรูปสี่เหลี่ยมและกลมซึ่งมักจะเติมด้วยคอนกรีตคานเหล็กเชื่อมต่อกับเสาด้วยสลักเกลียวและตัวยึดแบบเกลียวและเชื่อมต่อด้วยหมุดย้ำในอดีต“ราง” ตรงกลางของคานเหล็ก I มักจะกว้างกว่ารางแบบเสาเพื่อต้านทานโมเมนต์การดัดที่สูงขึ้นที่เกิดขึ้นในคาน

แผ่นเหล็กกว้างสามารถใช้ปิดส่วนบนของโครงเหล็กในลักษณะ "แบบฟอร์ม" หรือแม่พิมพ์ลูกฟูก ใต้ชั้นหนาของคอนกรีตและเหล็กเสริมเหล็กเส้นอีกทางเลือกหนึ่งที่ได้รับความนิยมคือพื้นคอนกรีตสำเร็จรูปที่มีการปูทับด้วยคอนกรีตบางรูปแบบบ่อยครั้งในอาคารสำนักงาน พื้นผิวของพื้นสุดท้ายถูกจัดเตรียมโดยระบบพื้นยกบางรูปแบบ โดยมีช่องว่างระหว่างพื้นผิวทางเดินกับพื้นโครงสร้างที่ใช้สำหรับสายเคเบิลและท่อระบายอากาศ

โครงต้องได้รับการปกป้องจากไฟเนื่องจากเหล็กจะอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูงและอาจทำให้อาคารพังได้บางส่วนในกรณีของเสา มักจะทำโดยการหุ้มด้วยโครงสร้างที่ทนไฟบางรูปแบบ เช่น อิฐก่อ คอนกรีต หรือแผ่นยิปซั่มคานอาจจะหุ้มด้วยคอนกรีต ยิปซั่มบอร์ด หรือพ่นด้วยสารเคลือบเพื่อป้องกันความร้อนจากไฟ หรือสามารถป้องกันได้ด้วยโครงสร้างฝ้าเพดานทนไฟแร่ใยหินเป็นวัสดุที่นิยมใช้กันไฟในโครงสร้างเหล็กจนถึงต้นทศวรรษ 1970 ก่อนที่จะเข้าใจถึงความเสี่ยงต่อสุขภาพของเส้นใยแร่ใยหิน

“ผิว” ภายนอกของอาคารยึดติดกับกรอบโดยใช้เทคนิคการก่อสร้างที่หลากหลายและเป็นไปตามรูปแบบสถาปัตยกรรมที่หลากหลายมีการใช้อิฐ หิน คอนกรีตเสริมเหล็ก กระจกสถาปัตยกรรม แผ่นโลหะ และทาสี เพื่อป้องกันเหล็กจากสภาพอากาศ
โครงเหล็กขึ้นรูปเย็นเรียกอีกอย่างว่าโครงเหล็กน้ำหนักเบา (LSF)

เหล็กชุบสังกะสีแผ่นบางสามารถขึ้นรูปเย็นเป็นแท่งเหล็กเพื่อใช้เป็นวัสดุก่อสร้างแบบมีโครงสร้างหรือไม่มีโครงสร้างสำหรับทั้งผนังภายนอกและผนังกั้นทั้งในโครงการที่อยู่อาศัย เชิงพาณิชย์ และอุตสาหกรรม (ในภาพ)มิติของห้องถูกกำหนดด้วยรางแนวนอนที่ยึดกับพื้นและเพดานเพื่อร่างโครงร่างแต่ละห้องหมุดแนวตั้งจัดเรียงอยู่ในราง โดยปกติแล้วจะเว้นระยะห่าง 16 นิ้ว (410 มม.) และติดไว้ที่ด้านบนและด้านล่าง

โปรไฟล์ทั่วไปที่ใช้ในการก่อสร้างที่อยู่อาศัยคือสตั๊ดรูปตัว C และรางรูปตัวยู และโปรไฟล์อื่นๆ ที่หลากหลายชิ้นส่วนเฟรมโดยทั่วไปมีความหนา 12 ถึง 25 เกจเกจขนาดใหญ่ เช่น เกจ 12 และ 14 มักใช้เมื่อโหลดตามแนวแกน (ขนานกับความยาวของชิ้นส่วน) สูง เช่น ในโครงสร้างรับน้ำหนักเกจขนาดกลาง-หนัก เช่น เกจ 16 และ 18 มักใช้เมื่อไม่มีแรงกดในแนวแกน แต่มีโหลดด้านข้างที่หนักมาก (ตั้งฉากกับชิ้นส่วนประกอบ) เช่น หมุดยึดผนังด้านนอกที่ต้องต้านทานแรงลมจากพายุเฮอริเคนตามแนวชายฝั่งเกจวัดแสง เช่น เกจ 25 เกจ มักใช้ในที่ที่ไม่มีโหลดตามแนวแกนและโหลดด้านข้างที่เบามาก เช่น ในโครงสร้างภายในที่สมาชิกทำหน้าที่เป็นกรอบสำหรับผนังที่ยุบตัวระหว่างห้องพื้นผิวผนังถูกยึดเข้ากับหน้าแปลนทั้งสองด้านของสตั๊ด ซึ่งมีความหนาตั้งแต่ 1+1⁄4 ถึง 3 นิ้ว (32 ถึง 76 มม.) และความกว้างของรางมีตั้งแต่ 1+5⁄8 ถึง 14 นิ้ว (41) ถึง 356 มม.)ส่วนที่เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าจะถูกลบออกจากเว็บเพื่อให้สามารถเข้าถึงสายไฟได้

โรงถลุงเหล็กผลิตเหล็กแผ่นเคลือบสังกะสี ซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับการผลิตโครงเหล็กขึ้นรูปเย็นจากนั้นเหล็กแผ่นจะถูกม้วนเป็นโปรไฟล์สุดท้ายที่ใช้สำหรับทำกรอบแผ่นเคลือบสังกะสี (สังกะสี) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนโครงเหล็กให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงของเหล็ก ซึ่งช่วยให้ขยายได้ในระยะทางไกล และยังต้านทานแรงลมและแผ่นดินไหว

ผนังโครงเหล็กสามารถออกแบบให้มีคุณสมบัติทางความร้อนและเสียงที่ดีเยี่ยม หนึ่งในข้อพิจารณาเฉพาะเมื่อสร้างโดยใช้เหล็กขึ้นรูปเย็นก็คือ การเชื่อมด้วยความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้ทั่วทั้งระบบผนังระหว่างสภาพแวดล้อมภายนอกกับพื้นที่ภายในอาคารการป้องกันการเชื่อมด้วยความร้อนสามารถป้องกันได้โดยการติดตั้งชั้นฉนวนที่ยึดอยู่กับที่ภายนอกตามแนวโครงเหล็ก ซึ่งโดยทั่วไปจะเรียกว่า 'ตัวแบ่งความร้อน'

ระยะห่างระหว่างหมุดมักจะอยู่ที่ 16 นิ้วตรงกลางสำหรับผนังภายนอกและภายในของบ้าน ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการรับน้ำหนักที่ออกแบบไว้ในห้องชุดสำนักงาน ระยะห่าง 24 นิ้ว (610 มม.) ตรงกลางผนังทั้งหมด ยกเว้นช่องลิฟต์และบันได

การใช้เหล็กแทนเหล็กเพื่อวัตถุประสงค์ในเชิงโครงสร้างเริ่มช้าอาคารโครงเหล็กหลังแรก Ditherington Flax Mill สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2340 แต่จนกระทั่งถึงการพัฒนากระบวนการ Bessemer ในปี พ.ศ. 2398 การผลิตเหล็กจึงมีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับเหล็กที่จะเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเหล็กราคาถูกซึ่งมีกำลังรับแรงดึงและแรงอัดสูงและมีความเหนียวที่ดีมีวางจำหน่ายตั้งแต่ปี พ.ศ. 2413 แต่เหล็กดัดและเหล็กหล่อยังคงตอบสนองความต้องการผลิตภัณฑ์ก่อสร้างที่มีธาตุเหล็กเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากปัญหาในการผลิตเหล็กจากแร่อัลคาไลน์เป็นหลักปัญหาเหล่านี้ ส่วนใหญ่เกิดจากการมีฟอสฟอรัส ซิดนีย์ กิลคริสต์ โธมัสแก้ไขได้ในปี พ.ศ. 2422

จนกระทั่งถึงปี พ.ศ. 2423 ยุคของการก่อสร้างที่ใช้เหล็กอ่อนที่เชื่อถือได้ได้เริ่มต้นขึ้นเมื่อถึงวันนั้น คุณภาพของเหล็กที่ผลิตได้มีความสม่ำเสมอพอสมควร[1]

อาคารประกันภัยบ้านซึ่งสร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2428 เป็นอาคารแรกที่ใช้โครงสร้างโครงโครงกระดูก โดยขจัดหน้าที่รับน้ำหนักของผนังก่ออิฐฉาบปูนโดยสิ้นเชิงในกรณีนี้ เสาเหล็กฝังอยู่ในผนังเท่านั้น และความสามารถในการรับน้ำหนักของเสาดูเหมือนจะรองจากความจุของอิฐ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแรงลมในสหรัฐอเมริกา อาคารโครงเหล็กแห่งแรกคืออาคาร Rand McNally ในเมืองชิคาโก ซึ่งสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2433