Čelični okvir je građevinska tehnika s "kosturnim okvirom" od vertikalnih čeličnih stupova i vodoravnih I-greda, konstruiranih u pravokutnoj mreži za podupiranje podova, krova i zidova zgrade koji su svi pričvršćeni na okvir.Razvoj ove tehnike omogućio je izgradnju nebodera.
Valjani čelični "profil" ili presjek čeličnih stupova ima oblik slova "I".Dvije široke prirubnice stupa su deblje i šire od prirubnica na gredi, kako bi bolje podnijele tlačno naprezanje u strukturi.Također se mogu koristiti kvadratni i okrugli čelični cjevasti dijelovi, često ispunjeni betonom.Čelične grede povezane su sa stupovima vijcima i navojnim spojnicama, a povijesno povezane zakovicama.Središnja "mreža" čelične I-grede često je šira od mreže stupa kako bi se oduprla većim momentima savijanja koji se javljaju u gredama.
Široke čelične ploče mogu se koristiti za pokrivanje vrha čeličnog okvira kao "oblika" ili valovitog kalupa, ispod debelog sloja betona i čeličnih armaturnih šipki.Još jedna popularna alternativa je pod od predgotovljenih betonskih podnih jedinica s nekim oblikom betonskog vrha.Često u uredskim zgradama, konačna podna površina je osigurana nekim oblikom podignutog podnog sustava s prazninom između površine za hodanje i strukturalnog poda koji se koristi za kabele i kanale za rukovanje zrakom.
Okvir je potrebno zaštititi od požara jer čelik omekšava na visokoj temperaturi i to može uzrokovati djelomično urušavanje zgrade.U slučaju stupova to se obično radi tako da se obloži nekim oblikom vatrootporne konstrukcije kao što je zid, beton ili gips ploča.Grede se mogu obložiti betonom, gips kartonom ili pošpricati premazom za izolaciju od topline vatre ili se mogu zaštititi stropnom konstrukcijom otpornom na vatru.Azbest je bio popularan materijal za protupožarnu zaštitu čeličnih konstrukcija sve do ranih 1970-ih, prije nego što su u potpunosti shvaćeni zdravstveni rizici azbestnih vlakana.
Vanjska "koža" zgrade je usidrena na okvir pomoću različitih građevinskih tehnika i slijedeći veliki izbor arhitektonskih stilova.Opeke, kamen, armirani beton, arhitektonsko staklo, metalni lim i jednostavno boja korišteni su za pokrivanje okvira kako bi se čelik zaštitio od vremenskih uvjeta.
Hladno oblikovani čelični okviri također su poznati kao laki čelični okviri (LSF).
Tanke ploče od pocinčanog čelika mogu se hladno oblikovati u čelične nosače za upotrebu kao strukturni ili nestrukturalni građevinski materijal za vanjske i pregradne zidove u projektima stambene, komercijalne i industrijske gradnje (na slici).Dimenzija prostorije određena je vodoravnom tračnicom koja je pričvršćena za pod i strop kako bi se ocrtavala svaka soba.Vertikalni klinovi raspoređeni su u tračnicama, obično razmaknuti 16 inča (410 mm) i pričvršćeni na vrhu i dnu.
Tipični profili koji se koriste u stambenoj gradnji su klinovi u obliku slova C i tračnice u obliku slova U, te razni drugi profili.Elementi okvira općenito se proizvode u debljini od 12 do 25 gauge.Teški promjeri, kao što su promjer 12 i 14, obično se koriste kada su aksijalna opterećenja (paralelna s duljinom elementa) velika, kao što je u nosivoj konstrukciji.Srednje teški promjeri, kao što su promjer 16 i 18, obično se koriste kada nema aksijalnih opterećenja, ali teških bočnih opterećenja (okomito na element) kao što su vanjski zidni klinovi koji moraju izdržati opterećenja vjetra uraganske snage duž obale.Lagani promjeri, kao što je promjer 25, obično se koriste tamo gdje nema aksijalnih opterećenja i vrlo laganih bočnih opterećenja, kao što je u unutarnjoj konstrukciji gdje elementi služe kao okvir za zidove između prostorija.Zidna završna obrada je usidrena na dvije rubne strane klina, čija debljina varira od 1+1⁄4 do 3 inča (32 do 76 mm), a širina mreže kreće se od 1+5⁄8 do 14 inča (41 do 356 mm).Pravokutni dijelovi uklanjaju se s mreže kako bi se omogućio pristup električnim ožičenjima.
Čeličane proizvode pocinčani čelični lim, osnovni materijal za proizvodnju hladno oblikovanih čeličnih profila.Čelični lim se zatim valja u konačne profile koji se koriste za okvir.Limovi su pocinčani (pocinčani) kako bi se spriječila oksidacija i korozija.Čelični okvir pruža izvrsnu fleksibilnost dizajna zbog visokog omjera čvrstoće i težine čelika, što mu omogućuje da se proteže na velikim udaljenostima, kao i otpornost na opterećenja vjetra i potresa.
Zidovi s čeličnim okvirom mogu biti projektirani tako da nude izvrsna toplinska i akustična svojstva – jedno od specifičnih razmatranja pri gradnji pomoću hladno oblikovanog čelika je da može doći do toplinskog mosta preko zidnog sustava između vanjskog okruženja i unutarnjeg klimatiziranog prostora.Toplinski most se može zaštititi postavljanjem sloja vanjske fiksne izolacije duž čeličnog okvira – koji se obično naziva 'toplinski prekid'.
Razmak između klinova obično je 16 inča u sredini za vanjske i unutarnje zidove kuće, ovisno o projektiranim zahtjevima opterećenja.U uredskim apartmanima razmak je 24 inča (610 mm) u sredini za sve zidove osim otvora za dizala i stubišta.
Korištenje čelika umjesto željeza u konstrukcijske svrhe u početku je bilo sporo.Prva zgrada sa željeznim okvirom, Ditherington Flax Mill, izgrađena je 1797. godine, ali tek je razvojem Bessemerovog procesa 1855. proizvodnja čelika postala dovoljno učinkovita da čelik postane široko korišten materijal.Jeftini čelici, koji su imali visoku vlačnu i tlačnu čvrstoću i dobru duktilnost, bili su dostupni od oko 1870., ali kovano i lijevano željezo nastavili su zadovoljavati većinu potražnje za građevinskim proizvodima na bazi željeza, uglavnom zbog problema proizvodnje čelika iz alkalnih ruda.Ove probleme, uglavnom uzrokovane prisutnošću fosfora, riješio je Sidney Gilchrist Thomas 1879. godine.
Tek je 1880. započela era gradnje temeljena na pouzdanom mekom čeliku.Do tog datuma kvaliteta čelika koji se proizvodi postala je relativno dosljedna.[1]
Zgrada osiguranja doma, dovršena 1885., bila je prva koja je koristila konstrukciju kosturnog okvira, potpuno uklanjajući funkciju nosivosti svoje zidane obloge.U ovom slučaju željezni stupovi samo su ugrađeni u zidove, a čini se da je njihov kapacitet nosivosti sekundaran u odnosu na kapacitet ziđa, posebno za opterećenja vjetrom.U Sjedinjenim Državama, prva zgrada s čeličnim okvirom bila je Rand McNally Building u Chicagu, podignuta 1890. godine.
Vrijeme objave: 6. lipnja 2022