Designet av Todd Brady og Stephen H. Miller, CDTC kaldformede (CFSF) (også kjent som "light gauge") ramme var opprinnelig et alternativ til tre, men etter tiår med aggressivt arbeid, spilte den endelig sin rolle. I likhet med snekkerbehandlet treverk kan stålstolper og skinner kuttes og kombineres for å skape mer komplekse former. Men inntil nylig har det ikke vært noen reell standardisering av komponenter eller forbindelser. Hvert grovt hull eller annet spesielt strukturelt element må være individuelt detaljert av en Engineer of Record (EOR). Entreprenører følger ikke alltid disse prosjektspesifikke detaljene, og kan «gjøre ting annerledes» i lang tid. Til tross for dette er det betydelige forskjeller i kvaliteten på feltmontering.
Til syvende og sist avler fortrolighet misnøye, og misnøye inspirerer til innovasjon. Nye rammeelementer (utover standard C-Studs og U-Tracks) er ikke bare tilgjengelige ved bruk av avanserte formingsteknikker, men kan også forhåndskonstrueres/forhåndsgodkjennes for spesifikke behov for å forbedre CFSF-stadiet når det gjelder design og konstruksjon. .
Standardiserte, spesialbygde komponenter som samsvarer med spesifikasjonene kan utføre mange oppgaver på en konsistent måte, og gi bedre og mer pålitelig ytelse. De forenkler detaljering og gir en løsning som er enklere for entreprenører å installere riktig. De fremskynder også byggingen og gjør inspeksjoner enklere, noe som sparer tid og bryderi. Disse standardiserte komponentene forbedrer også sikkerheten på arbeidsplassen ved å redusere kostnadene for skjæring, montering, skruing og sveising.
Standard praksis uten CFSF-standarder har blitt en så akseptert del av landskapet at det er vanskelig å forestille seg kommersiell eller høyhusbygging uten den. Denne utbredte aksepten ble oppnådd på relativt kort tid og ble ikke mye brukt før slutten av andre verdenskrig.
Den første CFSF-designstandarden ble publisert i 1946 av American Iron and Steel Institute (AISI). Den siste versjonen, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing – General), er nå standarden i Canada, USA og Mexico.
Grunnleggende standardisering gjorde en stor forskjell og CFSF ble en populær byggemetode, enten de var bærende eller ikke-bærende. Fordelene inkluderer:
Så innovativ som AISI-standarden er, kodifiserer den ikke alt. Designere og entreprenører har fortsatt mye å bestemme.
CFSF-systemet er basert på pigger og skinner. Stålstolper, som trestolper, er vertikale elementer. De danner vanligvis et C-formet tverrsnitt, med "toppen" og "bunnen" av Cen som danner den smale dimensjonen til tappen (flensen). Guider er horisontale rammeelementer (terskler og overliggere), som har en U-form for å romme stativer. Stativstørrelser ligner vanligvis på nominelt "2×" trelast: 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ tommer) er "2 x 4" og 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ tomme) er lik "2×6". I disse eksemplene blir dimensjonen på 41 mm referert til som "hylle", og dimensjonen på 89 mm eller 140 mm er referert til som "web", og låner konsepter som er kjent fra varmvalset stål og lignende I-bjelkeelementer. Størrelsen på sporet tilsvarer den totale bredden på tappen.
Inntil nylig måtte de sterkere elementene som kreves av prosjektet, detaljeres av EOR og monteres på stedet ved hjelp av en kombinasjon av kombistendere og skinner, samt C- og U-formede elementer. Den nøyaktige konfigurasjonen er vanligvis gitt til entreprenøren, og selv innenfor samme prosjekt kan det variere sterkt. Imidlertid har CFSFs tiår med erfaring ført til erkjennelsen av begrensningene til disse grunnleggende formene og problemene knyttet til dem.
Vann kan for eksempel samle seg i bunnskinnen til en stendervegg når stenderen åpnes under bygging. Tilstedeværelsen av sagflis, papir eller andre organiske materialer kan forårsake mugg eller andre fuktrelaterte problemer, inkludert forringelse av gips eller tiltrekke skadedyr bak gjerder. Et lignende problem kan oppstå hvis vann siver inn i ferdige vegger og samler seg fra kondens, lekkasjer eller søl.
En løsning er en spesiell gangvei med hull boret for drenering. Forbedrede studdesign er også under utvikling. De har innovative funksjoner som strategisk plasserte ribber som bøyer seg i tverrsnitt for ekstra stivhet. Den teksturerte overflaten på tappen hindrer skruen i å "bevege seg", noe som resulterer i en renere forbindelse og en mer jevn finish. Disse bittesmå forbedringene, multiplisert med titusenvis av pigger, kan ha stor innvirkning på et prosjekt.
Gå utover stendere og skinner Tradisjonelle stendere og skinner er ofte tilstrekkelig for enkle vegger uten grove hull. Laster kan omfatte vekten av selve veggen, overflater og utstyr på den, vekten av vinden, og for noen vegger også permanente og midlertidige laster fra taket eller etasjen over. Disse lastene overføres fra toppskinnen til søylene, til bunnskinnen, og derfra til fundamentet eller andre deler av overbygget (f.eks. betongdekke eller konstruksjonsstålsøyler og -bjelker).
Hvis det er en grov åpning (RO) i veggen (som en dør, et vindu eller en stor VVS-kanal), må belastningen fra over åpningen overføres rundt den. Overliggeren må være sterk nok til å støtte belastningen fra en eller flere såkalte stendere (og den vedlagte gipsplaten) over overliggeren og overføre den til stenderne (RO vertikale elementer).
Likeledes må dørkarmstolper utformes for å bære større belastning enn vanlige stolper. For eksempel, i innvendige rom, må åpningen være sterk nok til å bære vekten av gipsplaten over åpningen (dvs. 29 kg/m2 [6 lbs per kvadratfot] [ett lag på 16 mm (5/8 tomme) pr. time med vegg.) per side av gips] eller 54 kg/m2 [11 pund per kvadratfot] for en to-timers strukturell vegg [to strøk med 16 mm gips per side]), pluss seismisk belastning og typisk vekten av døren og dens treghetsoperasjon. På utvendige steder skal åpninger kunne tåle vind, jordskjelv og lignende belastninger.
I den tradisjonelle CFSF-designen lages topper og terskelstolper på stedet ved å kombinere standard lameller og skinner til en sterkere enhet. En typisk omvendt osmosemanifold, kjent som en kassettmanifold, lages ved å skru og/eller sveise fem stykker sammen. To stolper er flankert av to skinner, og en tredje skinne er festet på toppen med hullet vendt opp for å plassere stolpen over hullet (Figur 1). En annen type kasseskjøt består av kun fire deler: to bolter og to føringer. Den andre består av tre deler – to spor og en hårnål. De nøyaktige produksjonsmetodene for disse komponentene er ikke standardiserte, men varierer mellom entreprenører og til og med arbeidere.
Selv om kombinatorisk produksjon kan forårsake en rekke problemer, har den vist seg godt i industrien. Kostnadene for prosjekteringsfasen var høye fordi det ikke var noen standarder, så grove åpninger måtte designes og sluttføres individuelt. Å kutte og montere disse arbeidsintensive komponentene på stedet øker også kostnadene, sløser med materialer, øker avfallet på stedet og øker sikkerhetsrisikoen på stedet. I tillegg skaper det kvalitets- og konsistensproblemer som profesjonelle designere bør være spesielt opptatt av. Dette har en tendens til å redusere konsistensen, kvaliteten og påliteligheten til rammen, og kan også påvirke kvaliteten på gipsfinishen. (Se "Dårlig tilkobling" for eksempler på disse problemene.)
Tilkoblingssystemer Å feste modulære koblinger til stativer kan også forårsake estetiske problemer. Metall til metall overlapping forårsaket av tappene på den modulære manifolden kan påvirke veggens finish. Ingen innvendige gipsplater eller utvendig kledning skal ligge flatt på metallplaten som skruehodene stikker ut fra. Hevede veggflater kan forårsake merkbare ujevne overflater og krever ekstra korrigerende arbeid for å skjule dem.
En løsning på tilkoblingsproblemet er å bruke ferdige klemmer, feste dem til stolpene på karmen og koordinere skjøtene. Denne tilnærmingen standardiserer tilkoblinger og eliminerer inkonsekvenser forårsaket av fabrikasjon på stedet. Klemmen eliminerer metalloverlapping og utstikkende skruehoder på veggen, og forbedrer veggens finish. Det kan også halvere installasjonsarbeidskostnadene. Tidligere måtte en arbeider holde topplokket i vater mens en annen skrudde den på plass. I et klipssystem installerer en arbeider klipsene og klikker deretter kontaktene på klipsene. Denne klemmen er vanligvis produsert som en del av et prefabrikkert monteringssystem.
Grunnen til å lage manifolder fra flere stykker bøyd metall er å gi noe sterkere enn et enkelt stykke spor for å støtte veggen over åpningen. Siden bøying stivner metallet for å forhindre vridning, og effektivt danner mikrobjelker i elementets større plan, kan det samme resultatet oppnås ved å bruke et enkelt metallstykke med mange bøyninger.
Dette prinsippet er lett å forstå ved å holde et ark med litt utstrakte hender. Først bretter papiret på midten og glir. Men hvis det brettes en gang langs lengden og deretter rulles ut (slik at papiret danner en V-formet kanal), er det mindre sannsynlig at det bøyer seg og faller. Jo flere folder du lager, jo stivere blir det (innenfor visse grenser).
Flerbøyeteknikken utnytter denne effekten ved å legge til stablede spor, kanaler og løkker til den generelle formen. "Direct Strength Calculation" - en ny praktisk datamaskinassistert analysemetode - erstattet den tradisjonelle "Effective Width Calculation" og tillot enkle former å bli konvertert til passende, mer effektive konfigurasjoner for å få bedre resultater fra stål. Denne trenden kan sees i mange CFSF-systemer. Disse formene, spesielt når du bruker sterkere stål (390 MPa (57 psi) i stedet for den tidligere industristandarden på 250 MPa (36 psi)), kan forbedre den generelle ytelsen til elementet uten at det går på bekostning av størrelse, vekt eller tykkelse. bli. det har vært endringer.
Når det gjelder kaldformet stål, spiller en annen faktor inn. Kaldbearbeiding av stål, som bøying, endrer egenskapene til selve stålet. Flytegrensen og strekkstyrken til den bearbeidede delen av stålet øker, men duktiliteten avtar. De delene som fungerer mest får mest. Fremskritt innen valseforming har resultert i strammere bend, noe som betyr at stålet nærmest den buede kanten krever mer arbeid enn den gamle valseformingsprosessen. Jo større og tettere bøyningene er, desto mer stål i elementet vil bli styrket ved kaldbearbeiding, noe som øker elementets samlede styrke.
Vanlige U-formede spor har to bend, C-pigger har fire bend. Den forhåndskonstruerte modifiserte W-manifolden har 14 bøyninger arrangert for å maksimere mengden metall som aktivt motstår stress. Enkeltstykket i denne konfigurasjonen kan være hele dørkarmen i den grove åpningen av dørkarmen.
For svært brede åpninger (dvs. over 2 m [7 fot]) eller høye belastninger, kan polygonen forsterkes ytterligere med passende W-formede innsatser. Den legger til mer metall og 14 bøyninger, noe som bringer det totale antallet bøyninger i den generelle formen til 28. Innsatsen er plassert inne i polygonen med inverterte W-er slik at de to W-ene sammen danner en grov X-form. Ws ben fungerer som tverrstenger. De monterte de manglende tappene over RO, som ble holdt på plass med skruer. Dette gjelder uansett om det er installert en forsterkende innsats eller ikke.
Hovedfordelene med dette forhåndsformede hode-/klipssystemet er hastighet, konsistens og forbedret finish. Ved å velge et sertifisert prefabrikkert overliggersystem, for eksempel et godkjent av International Code of Practice Committee Evaluation Service (ICC-ES), kan designere spesifisere komponenter basert på belastnings- og veggtype brannbeskyttelseskrav, og unngå å måtte designe og detaljere hver jobb , sparer tid og ressurser. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, akkreditert av Standards Council of Canada [SCC]). Denne prefabrikasjonen sikrer også at blindåpninger bygges som designet, med jevn strukturell soliditet og kvalitet, uten avvik på grunn av skjæring og montering på stedet.
Installasjonskonsistensen er også forbedret ettersom klemmene har forhåndsborede gjengede hull, noe som gjør det enklere å nummerere og plassere skjøter med karmbolter. Eliminerer metalloverlapping på vegger, forbedrer gipsflatens flathet og forhindrer ujevnheter.
I tillegg har slike systemer miljøgevinster. Sammenlignet med komposittkomponenter kan stålforbruket til manifolder i ett stykke reduseres med opptil 40 %. Siden dette ikke krever sveising, elimineres de medfølgende utslippene av giftige gasser.
Brede flensbolter Tradisjonelle stendere er laget ved å skjøte (skrue og/eller sveise) to eller flere stendere. Selv om de er kraftige, kan de også skape sine egne problemer. De er mye lettere å montere før installasjon, spesielt når det gjelder lodding. Dette blokkerer imidlertid tilgangen til stenderdelen festet til døråpningen med hul metallramme (HMF).
En løsning er å skjære et hull i en av stolpene for å feste til rammen fra innsiden av stolpen. Dette kan imidlertid gjøre inspeksjon vanskelig og kreve ekstra arbeid. Inspektører har vært kjent for å insistere på å feste HMF til den ene halvdelen av dørkarmen og inspisere den, og deretter sveise den andre halvdelen av den doble bolten på plass. Dette stopper alt arbeid rundt døråpningen, kan forsinke annet arbeid, og krever økt brannbeskyttelse på grunn av sveising på stedet.
Prefabrikkerte stendere med bred skulder (spesielt utformet som stendere på bjelker) kan brukes i stedet for stabelbare stendere, noe som sparer betydelig tid og materiale. Adgangsproblemene knyttet til HMF-døråpningen er også løst ettersom den åpne C-siden gir uavbrutt tilgang og enkel inspeksjon. Den åpne C-formen gir også full isolasjon der de kombinerte overliggene og karmstolpene vanligvis skaper et gap på 102 til 152 mm (4 til 6 tommer) i isolasjon rundt døråpningen.
Forbindelser på toppen av veggen Et annet designområde som har dratt nytte av innovasjon er forbindelsen på toppen av veggen til øvre dekk. Avstanden fra en etasje til en annen kan variere litt over tid på grunn av variasjon i dekksnedbøyning under ulike belastningsforhold. For ikke-bærende vegger bør det være et gap mellom toppen av stenderne og panelet, dette gjør at dekket kan bevege seg ned uten å knuse stenderne. Plattformen skal også kunne beveges opp uten å knekke tappene. Klaringen er minst 12,5 mm (½ tomme), som er halvparten av den totale bevegelsestoleransen på ±12,5 mm.
To tradisjonelle løsninger dominerer. Den ene er å feste et langt spor (50 eller 60 mm (2 eller 2,5 tommer)) til dekket, med tappspissene rett og slett satt inn i sporet, ikke sikret. For å forhindre at stenderne vrir seg og mister sin strukturelle verdi, føres et stykke kaldvalset kanal inn gjennom et hull i stenderne i en avstand på 150 mm (6 tommer) fra toppen av veggen. konsumerende prosess Prosessen er ikke populær blant entreprenører. I et forsøk på å kutte hjørner, kan noen entreprenører til og med gi avkall på kaldvalset kanal ved å sette stendere på skinner uten mulighet til å holde dem på plass eller jevne dem ut. Dette bryter med ASTM C 754 standardpraksis for installasjon av stålrammeelementer for å produsere gjengede gipsplater, som sier at stenderne må festes til skinnene med skruer. Hvis dette avviket fra designet ikke oppdages, vil det påvirke kvaliteten på den ferdige veggen.
En annen mye brukt løsning er dobbeltspordesignet. Standardsporet plasseres på toppen av tappene og hver tapp er boltet til den. En andre, spesiallaget, bredere bane er plassert over den første og koblet til toppdekket. Standardspor kan gli opp og ned inne i tilpassede spor.
Det er utviklet flere løsninger for denne oppgaven, som alle inkluderer spesialiserte komponenter som gir slisseforbindelser. Variasjoner inkluderer typen spor med spor eller typen sporklips som brukes til å feste sporet til dekket. Fest for eksempel en sporskinne til undersiden av dekket ved å bruke en festemetode som passer for det aktuelle dekkmaterialet. De slissede skruene er festet til toppen av tappene (i henhold til ASTM C 754) slik at koblingen kan bevege seg opp og ned innen ca. 25 mm (1 tomme).
I en brannmur skal slike flytende forbindelser beskyttes mot brann. Under et rillet ståldekke fylt med betong skal det brannhemmende materialet kunne fylle det ujevne rommet under rillen og opprettholde sin brannslokkende funksjon ettersom avstanden mellom toppen av veggen og dekket endres. Komponentene som brukes til denne skjøten er testet i henhold til den nye ASTM E 2837-11 (Standard testmetode for å bestemme brannmotstanden til solide vegghodeskjøter installert mellom klassifiserte veggkomponenter og ikke-klassifiserte horisontale komponenter). Standarden er basert på Underwriters Laboratories (UL) 2079, "Fire Testing for Building Connecting Systems".
Fordelen med å bruke en dedikert tilkobling på toppen av veggen er at den kan inkludere standardiserte, kodegodkjente, brannsikre sammenstillinger. En typisk konstruksjon er å plassere det ildfaste på dekk og henge noen få centimeter over toppen av veggene på hver side. Akkurat som en vegg kan gli fritt opp og ned i en innfesting, kan den gli opp og ned i en brannfuge også. Materialer for denne komponenten kan inkludere mineralull, sementert ildfast konstruksjonsstål eller gips, brukt alene eller i kombinasjon. Slike systemer må være testet, godkjent og oppført i kataloger som Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Konklusjon Standardisering er grunnlaget for all moderne arkitektur. Ironisk nok er det lite standardisering av "standard praksis" når det gjelder kaldformede stålrammer, og innovasjoner som bryter disse tradisjonene er også standardprodusenter.
Bruken av disse standardiserte systemene kan beskytte designere og eiere, spare betydelig tid og penger og forbedre sikkerheten på stedet. De gir konsistens i konstruksjonen og er mer sannsynlig at de fungerer etter hensikten enn bygde systemer. Med en kombinasjon av letthet, bærekraft og rimelighet, vil CFSF sannsynligvis øke sin andel av byggemarkedet, uten tvil anspore til ytterligere innovasjon.
Todd Brady is President of Brady Construction Innovations and inventor of the ProX manifold roughing system and the Slp-Trk wall cap solution. He is a metal beam specialist with 30 years of experience in the field and contract work. Brady can be contacted by email: bradyinnovations@gmail.com.
Stephen H. Miller, CDT er en prisvinnende forfatter og fotograf som spesialiserer seg i byggebransjen. Han er den kreative direktøren for Chusid Associates, et konsulentfirma som tilbyr markedsføring og tekniske tjenester til produsenter av byggeprodukter. Miller kan kontaktes på www.chusid.com.
Kryss av i boksen nedenfor for å bekrefte ønsket om å bli inkludert i ulike e-postkommunikasjoner fra Kenilworth Media (inkludert e-nyhetsbrev, digitale magasinutgaver, periodiske undersøkelser og tilbud* for ingeniør- og byggebransjen).
*Vi selger ikke e-postadressen din til tredjeparter, vi videresender ganske enkelt tilbudene deres til deg. Selvfølgelig har du alltid rett til å melde deg av all kommunikasjon vi sender deg hvis du ombestemmer deg i fremtiden.
Innleggstid: Jul-07-2023