Nella costruzione di edifici con struttura in acciaio, gli arcarecci sono elementi portanti secondari installati orizzontalmente lungo le travi del tetto o i telai delle pareti. La loro funzione principale è quella di sostenere i pannelli di rivestimento del tetto o delle pareti, trasferire il carico di neve, il carico del vento, il peso proprio delle lastre del tetto e altri carichi esterni alle capriate principali del tetto o ai telai dei portali. Senza arcarecci, i pannelli metallici del tetto non possono formare involucri edilizi stabili. Gli arcarecci sono per lo più prodotti mediante tecnologia di profilatura a freddo da bobine di acciaio zincato o rivestito di zinco-alluminio, caratterizzati da peso proprio leggero, elevata resistenza e comoda installazione in loco.
Non esiste un unico standard di classificazione universale per gli arcarecci. Possono essere raggruppati per forma della sezione trasversale, processo di produzione, luogo di installazione, qualità del materiale e trattamento superficiale anticorrosivo. I diversi tipi di arcarecci differiscono notevolmente in termini di capacità portante, rigidezza della sezione, metodo di connessione, costi e scenari di costruzione applicabili.
1. Classificazione per profilo della sezione trasversale
La forma della sezione trasversale è il modo più comune per classificare gli arcarecci nella pratica ingegneristica. I tipi principali includono l'arcareccio a C, l'arcareccio a Z, l'arcareccio a U, l'arcareccio a Σ (arcareccio sigma), l'arcareccio con sezione a I laminato a caldo e l'arcareccio a tubo rettangolare cavo. Tra questi, gli arcarecci a C e Z formati a freddo occupano la quota di mercato maggiore nelle officine e nei magazzini in acciaio leggero.
Arcareccio a C, noto anche come arcareccio a canale, ha una sezione trasversale aperta a forma di C, prodotta mediante laminazione a freddo multipassaggio. Le sue due labbra si piegano verso l'interno ad angolo retto. Le specifiche standard coprono profondità che vanno da 80 mm a 300 mm, con larghezza della flangia e dimensione del labbro regolabili. Gli arcarecci a C sono semplici da produrre e facili da tagliare in cantiere. Le connessioni bullonate possono essere completate direttamente tramite fori preforati su anime e flange. Tuttavia, il suo principale punto debole risiede nelle scarse prestazioni in condizioni di carico di aspirazione del vento negativo. Quando la forza del vento ascendente agisce sul tetto, le sezioni a C mostrano una rigidità torsionale relativamente debole.Arcarecci a Csono adatti per tetti a campata corta, arcarecci di pareti e supporti secondari dove la luce generalmente non supera i 6 metri. Trovano largo impiego come supporto per rivestimenti di pareti e coperture di magazzini di piccole dimensioni. Una caratteristica importante è che gli arcarecci a C non possono sovrapporsi da un'estremità all'altra per un supporto continuo. Ogni campata deve essere collegata in modo indipendente ai supporti delle travi.
Arcareccio a Zadotta una sezione trasversale a forma di Z. Le sue flange sono inclinate anziché perpendicolari all'anima. La geometria sfalsata della flangia consente ai segmenti adiacenti dell'arcareccio a Z di sovrapporsi tra loro sulle travi di supporto, creando un sistema strutturale multi-campata continuo. La sovrapposizione continua riduce notevolmente il momento flettente e la deflessione della campata centrale, pertanto gli arcarecci a Z possono supportare campate più lunghe, normalmente comprese tra 6 m e 9 m in condizioni di carico comuni. Ciò rende Z‑purlin la scelta preferita per i tetti di stabilimenti di grandi dimensioni. Rispetto all'arcareccio a C di pari peso e spessore del materiale, l'arcareccio a Z offre un modulo di sezione complessivo più elevato e migliori prestazioni anti-flessione. Tuttavia, gli arcarecci a Z sono meno convenienti per le applicazioni a parete. La connessione sovrapposta richiede un calcolo preciso della lunghezza di taglio durante la fabbricazione. Le posizioni dei fori preforati devono corrispondere rigorosamente alle dimensioni sovrapposte. Z‑purlin funziona meglio per tetti metallici inclinati di impianti di produzione su larga scala, magazzini logistici e padiglioni espositivi.
Sigma purlin (Σ‑purlin) è un profilo ottimizzato formato a freddo. La sua anima non è piatta ma presenta diverse nervature intermedie di irrigidimento pressate nella sezione. Questi irrigidimenti integrati migliorano notevolmente la stabilità locale dell'anima e la rigidità torsionale senza aumentare lo spessore della piastra in acciaio. A parità di peso del materiale, l'arcareccio sigma raggiunge una capacità di carico maggiore rispetto all'arcareccio a C e all'arcareccio a Z. Può realizzare campate di supporto più lunghe e ridurre il consumo totale di acciaio dei progetti. Gli arcarecci Sigma sono popolari nei mercati europei delle costruzioni in acciaio. I suoi svantaggi sono gli utensili per la profilatura più complessi e i costi di produzione più elevati. Per le diverse specifiche sigma sono necessari stampi speciali.
L'arcareccio a U si comporta come un canale a U aperto. Viene utilizzato principalmente come componente di supporto secondario di piccole dimensioni anziché come arcareccio principale del tetto. Spesso funge da architrave, supporto della parete interna o cornice accessoria. Gli arcarecci con travi a I o sezione ad H laminati a caldo si applicano a condizioni di carico pesante, come tetti che trasportano attrezzature pesanti o lastre di cemento spesse. Questi profilati laminati a caldo hanno un peso proprio elevato e un costo del materiale elevato. Gli arcarecci rettangolari a tubo cavo possiedono eccellenti prestazioni torsionali come profili chiusi, ma sono meno economici per tetti standard di grandi dimensioni. Trovano più applicazioni per strutture architettoniche speciali.
2. Classificazione in base alla posizione di installazione: arcareccio del tetto e arcareccio della parete
A seconda della posizione di montaggio sulle strutture dell'edificio, gli arcarecci si dividono in arcarecci del tetto e arcarecci delle pareti. Sopportano combinazioni di carico completamente diverse.
Gli arcarecci del tetto sono montati orizzontalmente sopra le travi principali del tetto. Resistono ai carichi gravitazionali, tra cui il peso del pannello del tetto, l'accumulo di neve, il carico mobile del personale di manutenzione e la forza di aspirazione del vento verso l'alto. L'aspirazione del vento è estremamente critica per la progettazione del tetto; molti casi di cedimento degli arcarecci sono causati da un'insufficiente resistenza alla forza del vento verso l'alto. L'arcareccio a Z è la scelta dominante per gli arcarecci del tetto per requisiti di lunga campata.
Gli arcarecci delle pareti si collegano alle colonne verticali del telaio principale. Supportano il rivestimento delle pareti esterne e resistono principalmente alla pressione del vento orizzontale, positiva o negativa. Il carico di gravità verticale è relativamente piccolo. Gli arcarecci a C sono ampiamente adottati per gli arcarecci a parete perché la loro superficie piatta della flangia rende molto più semplice il fissaggio dei pannelli a parete. In alcuni progetti, le sezioni a Z possono essere utilizzate anche come arcarecci di parete se è necessaria la progettazione di campate continue.
3. Classificazione per tecnologia di produzione: arcareccio formato a freddo vs arcareccio laminato a caldo
Il processo di produzione divide gli arcarecci in arcarecci laminati a freddo e arcarecci laminati a caldo.
Gli arcarecci formati a freddo vengono prodotti a temperatura ambiente mediante linee di profilatura da bobine di acciaio zincato. L'arcareccio a C, l'arcareccio a Z e l'arcareccio a sigma appartengono tutti a questa categoria. La lavorazione a freddo crea un effetto di incrudimento del materiale, migliorando la resistenza allo snervamento. Il design a parete sottile consente di risparmiare materia prima. La produzione automatizzata di massa mantiene il prezzo unitario competitivo. Quasi tutti gli edifici leggeri con struttura in acciaio scelgono gli arcarecci formati a freddo. La limitazione è lo spessore sottile della parete; non sono adatti a carichi concentrati estremamente pesanti.
Gli arcarecci laminati a caldo vengono modellati mediante un processo di laminazione ad alta temperatura. I prodotti tipici includono gli arcarecci in acciaio per canali laminati a caldo, travi a I e travi a H. Lo spessore della parete è più spesso, la rigidità della sezione è potente. Vengono applicati nelle officine dell'industria pesante dove i tetti devono sostenere macchinari pesanti. Il loro ovvio svantaggio è il peso proprio elevato e il costo totale del progetto più elevato. Gli arcarecci laminati a caldo non sono economici per i normali tetti in lamiera.
4. Classificazione in base al trattamento anticorrosivo superficiale
Poiché gli arcarecci sono esposti all'ambiente atmosferico esterno, il trattamento anticorrosivo della superficie ne determina direttamente la durata. Sono comuni tre tipi principali: arcareccio zincato a caldo, arcareccio rivestito in zinco-alluminio e arcareccio verniciato/rivestito a polvere.
L'arcareccio zincato a caldo è la soluzione più popolare. Dopo la profilatura, i profili vengono immersi in zinco liquido fuso per formare strati protettivi in lega di zinco-ferro. Offre una resistenza affidabile alla ruggine per ambienti industriali e atmosferici generali.
L'arcareccio rivestito in zinco-alluminio (Al-Zn) utilizza come materia prima una bobina di acciaio preverniciata in zinco-alluminio-silicio. Le prestazioni del rivestimento superano la zincatura tradizionale, soprattutto per le aree costiere soggette a corrosione da nebbia salina. Non è necessaria alcuna lavorazione secondaria per immersione a caldo dopo la profilatura.
Gli arcarecci verniciati vengono solitamente puliti con sabbiatura e poi ricoperti con vernice organica o rivestimento in polvere. Gli strati di vernice forniscono un aspetto decorativo. Ma una volta che si sono verificati graffi sul rivestimento durante il trasporto o l'installazione, la ruggine locale si svilupperà rapidamente. Gli arcarecci dipinti sono più adatti per l'ambiente interno.
5. Principi di selezione nell'ingegneria pratica
Non esiste un tipo di arcareccio "migliore" in assoluto. Gli ingegneri devono selezionare in base alle effettive condizioni al contorno del progetto.
Per prima cosa, conferma la portata e il carico. Per tetti con campate lunghe superiori a 6 metri, si consiglia l'arcareccio a Z o l'arcareccio sigma grazie alla capacità di sovrapposizione continua. Per le pareti a campata corta, l'arcareccio a C è più conveniente. Gli scenari di carico concentrato pesante dovrebbero prendere in considerazione gli arcarecci con sezione ad H laminati a caldo.
In secondo luogo, valutare il livello di corrosione ambientale. L'atmosfera costiera o degli stabilimenti chimici dovrebbe scegliere arcarecci rivestiti in zinco-alluminio o zincati a caldo ad alto spessore.
In terzo luogo, analizzare la connessione e le condizioni di costruzione. Se il team di costruzione del cantiere ha familiarità con semplici componenti imbullonati, C‑purlin riduce gli errori di installazione. L'arcareccio a Z richiede un taglio accurato per i giunti sovrapposti.
In quarto luogo, bilanciare il budget totale del progetto. L'arcareccio Sigma migliora il risparmio di peso dell'acciaio ma aumenta il prezzo unitario dei componenti. È essenziale un confronto economico globale.
Gli errori più comuni nella pratica includono l'uso improprio degli arcarecci a C per tetti a campata lunga, l'ignorare il carico di aspirazione del vento per la progettazione degli arcarecci del tetto e l'applicazione di arcarecci a rivestimento sottile in siti ad alta corrosione.
Per riassumere, gli arcarecci possono essere classificati da più dimensioni. In base alla forma della sezione trasversale, i tipi principali comprendono l'arcareccio a C, l'arcareccio a Z, l'arcareccio a sigma, l'arcareccio a U, l'arcareccio a sezione laminata a caldo e l'arcareccio a tubo cavo. In base al luogo di installazione si tratta di arcarecci del tetto e arcarecci di parete. In base alla tecnologia di produzione, ci sono arcarecci formati a freddo e arcarecci laminati a caldo. I tipi di trattamento superficiale includono arcarecci zincati a caldo, rivestiti in zinco-alluminio e verniciati.
L'arcareccio a C e l'arcareccio a Z sono i due arcarecci laminati a freddo più utilizzati nelle moderne costruzioni in acciaio. L'arcareccio a Z eccelle per i sistemi di tetto a campata lunga grazie alla connessione continua sovrapposta, mentre l'arcareccio a C mostra vantaggi per gli arcarecci a parete e le applicazioni a campata corta. Gli arcarecci Sigma rappresentano uno sviluppo leggero ottimizzato e gli arcarecci laminati a caldo servono condizioni speciali di carico pesante. Il trattamento superficiale anticorrosione deve corrispondere all'ambiente di corrosione atmosferica locale.
La corretta scelta dell'arcareccio influenza in modo significativo la sicurezza dell'edificio, il consumo di acciaio, l'avanzamento della costruzione e i costi di manutenzione a lungo termine. Progettisti, acquirenti e costruttori devono comprendere appieno le caratteristiche dei diversi tipi di arcarecci, evitare una selezione impropria delle specifiche e garantire la stabilità e la durata dei sistemi di tetto e parete con struttura in acciaio. Con il continuo sviluppo della costruzione prefabbricata, i profili per arcarecci leggeri ad alte prestazioni come il sigma purlin guadagneranno una quota di mercato crescente nei progetti globali di costruzione in acciaio.
