Розроблена Тоддом Брейді та Стівеном Х. Міллером рама CDTC холодного формування (CFSF) (також відома як «легкий калібр») спочатку була альтернативою дереву, але після десятиліть агресивної роботи вона нарешті зіграла свою роль. Як і теслярська деревина, сталеві стовпи та доріжки можна вирізати та комбінувати для створення складніших форм. Однак донедавна не було справжньої стандартизації компонентів або сполук. Кожен грубий отвір або інший спеціальний конструктивний елемент повинен бути окремо описаний інженером-реєстратором (EOR). Підрядники не завжди дотримуються цих конкретних деталей проекту і можуть «робити все по-іншому» протягом тривалого часу. Незважаючи на це, є істотні відмінності в якості польового складання.
Зрештою, знайомство породжує невдоволення, а незадоволення надихає на інновації. Нові каркасні елементи (крім стандартних C-Studs і U-Tracks) не тільки доступні з використанням передових методів формування, але також можуть бути попередньо розроблені/попередньо схвалені для конкретних потреб для вдосконалення етапу CFSF з точки зору проектування та конструкції. .
Стандартизовані спеціально розроблені компоненти, які відповідають специфікаціям, можуть узгоджено виконувати багато завдань, забезпечуючи кращу та надійнішу роботу. Вони спрощують деталізацію та забезпечують рішення, яке підрядникам легше правильно встановити. Вони також прискорюють будівництво та спрощують перевірки, заощаджуючи час та клопоти. Ці стандартизовані компоненти також покращують безпеку на робочому місці, зменшуючи витрати на різання, складання, загвинчування та зварювання.
Стандартна практика без стандартів CFSF стала настільки загальноприйнятою частиною ландшафту, що важко уявити без неї комерційне чи багатоповерхове житлове будівництво. Це широке визнання було досягнуто за відносно короткий проміжок часу і не використовувалося широко до кінця Другої світової війни.
Перший стандарт проектування CFSF був опублікований у 1946 році Американським інститутом чавуну та сталі (AISI). Остання версія, AISI S 200-07 (північноамериканський стандарт для холодноформованих сталевих каркасів – загальне), тепер є стандартом у Канаді, США та Мексиці.
Базова стандартизація мала велике значення, і CFSF став популярним методом будівництва, незалежно від того, чи були вони несучими чи ненесучими. Його переваги включають:
Яким би інноваційним не був стандарт AISI, він не кодифікує все. Проектувальникам і підрядникам ще потрібно багато вирішити.
Система CFSF заснована на шпильках і рейках. Сталеві стовпи, як і дерев'яні, є вертикальними елементами. Зазвичай вони мають C-подібний поперечний переріз, причому «верх» і «низ» C утворюють вузький розмір шпильки (її фланця). Напрямні являють собою горизонтальні елементи каркаса (пороги і перемички), що мають П-подібну форму для розміщення стійок. Розміри стелажів зазвичай подібні до номінальних пиломатеріалів «2×»: 41 x 89 мм (1 5/8 x 3 ½ дюйма) — це «2 x 4» і 41 x 140 мм (1 5/8 x 5). ½ дюйма) дорівнює «2×6». У цих прикладах розмір 41 мм називається «полицею», а розмір 89 мм або 140 мм називається «перетинкою», запозичуючи концепції, знайомі з гарячекатаної сталі та подібних елементів двотаврової балки. Розмір доріжки відповідає загальній ширині шпильки.
До недавнього часу більш міцні елементи, необхідні для проекту, повинні були бути деталізовані EOR і зібрані на місці за допомогою комбінації комбінованих шпильок і рейок, а також C- і U-подібних елементів. Точна конфігурація зазвичай надається підряднику, і навіть в рамках одного проекту вона може сильно відрізнятися. Проте десятиліття досвіду CFSF привели до визнання обмежень цих основних форм і пов’язаних з ними проблем.
Наприклад, вода може накопичуватися в нижній рейці стіни шпильки, коли шпилька відкривається під час будівництва. Наявність тирси, паперу чи інших органічних матеріалів може спричинити утворення цвілі чи інші проблеми, пов’язані з вологістю, включаючи псування гіпсокартону або залучення шкідників за огорожі. Подібна проблема може виникнути, якщо вода просочується в готові стіни та збирається з конденсату, витоків або розливів.
Одним з рішень є спеціальна доріжка з отворами для дренажу. Покращені конструкції шпильок також знаходяться в розробці. Вони мають такі інноваційні функції, як стратегічно розташовані ребра, які згинаються в поперечному перерізі для додаткової жорсткості. Текстурована поверхня шпильки запобігає «руху» гвинта, що забезпечує більш чисте з’єднання та рівномірніше покриття. Ці крихітні покращення, помножені на десятки тисяч сплесків, можуть мати величезний вплив на проект.
Вихід за межі шпильок і рейок Традиційних стрижнів і рейок часто достатньо для простих стін без грубих отворів. Навантаження можуть включати вагу самої стіни, оздоблення та обладнання на ній, вагу вітру, а для деяких стін також включають постійні та тимчасові навантаження від даху або поверху вище. Ці навантаження передаються від верхньої рейки до колон, до нижньої рейки, а звідти на фундамент або інші частини надбудови (наприклад, бетонний настил або сталеві колони та балки).
Якщо в стіні є грубий отвір (RO) (наприклад, двері, вікно або великий канал HVAC), навантаження зверху отвору має бути передано навколо нього. Перемичка має бути достатньо міцною, щоб витримати навантаження від однієї або кількох так званих шпильок (і прикріпленого гіпсокартону) над перемичкою та передати його на шпильки косяка (вертикальні елементи RO).
Так само стовпи дверних косяків повинні бути розроблені таким чином, щоб витримувати більше навантаження, ніж звичайні стовпи. Наприклад, у внутрішніх приміщеннях отвір має бути достатньо міцним, щоб витримати вагу гіпсокартону над отвором (тобто 29 кг/м2 [6 фунтів на квадратний фут] [один шар 16 мм (5/8 дюймів) на годину стіни.) на сторону штукатурки] або 54 кг/м2 [11 фунтів на квадратний фут] для двогодинної конструкції стіни (два шари штукатурки 16 мм на сторону]), плюс сейсмічні навантаження та зазвичай вага двері та її інерційний спрацьовування. У зовнішніх місцях отвори повинні витримувати вітрові, землетрусні та подібні навантаження.
У традиційному дизайні CFSF колонки та стовпи порогів виготовляються на місці шляхом поєднання стандартних планок і рейок у більш міцний блок. Типовий колектор зворотного осмосу, відомий як касетний колектор, виготовляється шляхом згвинчування та/або зварювання п’яти частин разом. Дві стійки оточені двома рейками, а третя рейка прикріплена вгорі отвором догори, щоб розмістити стовп над отвором (Малюнок 1). Інший вид коробчатого з’єднання складається всього з чотирьох частин: двох шпильок і двох напрямних. Інша складається з трьох частин – двох доріжок і шпильки. Точні методи виробництва цих компонентів не стандартизовані, але відрізняються між підрядниками та навіть робітниками.
Хоча комбінаторне виробництво може викликати ряд проблем, воно добре зарекомендувало себе в промисловості. Вартість етапу проектування була високою, оскільки не було стандартів, тому чорнові отвори потрібно було проектувати та завершувати індивідуально. Вирізання та збирання цих трудомістких компонентів на місці також збільшує витрати, витрачає матеріали, збільшує кількість відходів на місці та збільшує ризики для безпеки на місці. Крім того, це створює проблеми з якістю та узгодженістю, про які професійні дизайнери мають особливо турбуватися. Це призводить до зниження міцності, якості та надійності каркаса, а також може вплинути на якість обробки гіпсокартону. (Приклади цих проблем див. у розділі «Погане з’єднання».)
Системи з’єднань Прикріплення модульних з’єднань до стійок також може спричинити естетичні проблеми. Перекриття металу на метал, спричинене виступами на модульному колекторі, може вплинути на оздоблення стіни. Жоден внутрішній гіпсокартон або зовнішнє облицювання не повинні лежати рівно на металевому листі, з якого виступають головки гвинтів. Підняті поверхні стін можуть спричинити помітні нерівності обробки та вимагати додаткових коригувальних робіт, щоб приховати їх.
Одним з рішень проблеми з’єднання є використання готових хомутів, закріплення їх на стовпах косяка і узгодження стиків. Цей підхід стандартизує з’єднання та усуває невідповідності, спричинені виготовленням на місці. Затискач усуває нахлест металу та виступаючі головки шурупів на стіні, покращуючи оздоблення стіни. Це також може вдвічі скоротити витрати на монтаж. Раніше один працівник мав тримати жатку рівно, а інший прикручував її на місце. У системі затискачів працівник встановлює затискачі, а потім замикає з’єднувачі на затискачах. Цей затискач зазвичай виготовляється як частина збірної системи фітингів.
Причина виготовлення колекторів із кількох шматків гнутого металу полягає в тому, щоб забезпечити щось міцніше, ніж один шматок доріжки, щоб підтримувати стіну над отвором. Оскільки згинання робить метал жорсткішим, запобігаючи викривленню, ефективно формуючи мікропромені у більшій площині елемента, того самого результату можна досягти, використовуючи один шматок металу з багатьма вигинами.
Цей принцип легко зрозуміти, тримаючи аркуш паперу в злегка витягнутих руках. Спочатку папір складається посередині і ковзає. Однак, якщо його скласти один раз по довжині, а потім розгорнути (таким чином, щоб папір утворив V-подібний канал), менша ймовірність, що він зігнеться та впаде. Чим більше складок ви зробите, тим жорсткіше воно буде (в певних межах).
Техніка багаторазового згинання використовує цей ефект, додаючи складені канавки, канали та петлі до загальної форми. «Прямий розрахунок міцності» — новий практичний комп’ютерний метод аналізу — замінив традиційний «Обчислення ефективної ширини» та дозволив перетворити прості форми у відповідні ефективніші конфігурації для отримання кращих результатів зі сталі. Цю тенденцію можна побачити в багатьох системах CFSF. Ці форми, особливо при використанні міцнішої сталі (390 МПа (57 фунтів на квадратний дюйм) замість попереднього галузевого стандарту 250 МПа (36 фунтів на квадратний дюйм)), можуть покращити загальну продуктивність елемента без будь-яких компромісів у розмірі, вазі чи товщині. стати. відбулися зміни.
У випадку холодноформованої сталі має значення інший фактор. Холодна обробка сталі, наприклад згинання, змінює властивості самої сталі. Межа текучості і міцність на розрив обробленої частини сталі зростають, але пластичність знижується. Частини, які працюють найбільше, отримують найбільше. Удосконалення у формуванні рулонів призвело до більш жорстких вигинів, а це означає, що сталь, найближча до вигнутого краю, вимагає більше роботи, ніж старий процес формування рулонів. Чим більше і щільніше вигини, тим більше сталі в елементі буде зміцнено холодною обробкою, підвищуючи загальну міцність елемента.
Звичайні U-подібні гусениці мають два вигини, C-подібні шпильки мають чотири вигини. Попередньо сконструйований модифікований колектор W має 14 вигинів, розташованих для максимального збільшення кількості металу, який активно протистоїть навантаженню. Однією частиною в цій конфігурації може бути вся дверна рама в грубому отворі дверної рами.
Для дуже широких отворів (тобто понад 2 м [7 футів]) або високих навантажень багатокутник можна додатково посилити відповідними W-подібними вставками. Він додає більше металу та 14 згинів, доводячи загальну кількість згинів у загальній формі до 28. Вставка розміщена всередині багатокутника з перевернутими W, щоб дві W разом утворювали приблизну Х-подібну форму. Ноги W виконують роль перекладин. Вони встановили відсутні шпильки на RO, які трималися на місці за допомогою гвинтів. Це стосується незалежно від того, встановлена армуюча вставка чи ні.
Головними перевагами цієї попередньо сформованої системи головка/затискач є швидкість, послідовність і покращена обробка. Вибираючи сертифіковану збірну систему перемичок, наприклад, схвалену Службою оцінки комітету Міжнародного кодексу практики (ICC-ES), проектувальники можуть визначати компоненти на основі вимог протипожежного захисту від навантаження та типу стіни, і уникнути необхідності проектувати та деталізувати кожну роботу , економлячи час і ресурси. (ICC-ES, Служба оцінки Комітету міжнародних кодів, акредитована Радою стандартів Канади [SCC]). Ця збірка також гарантує, що глухі отвори будуть побудовані згідно з проектом, з незмінною структурною міцністю та якістю, без відхилень, спричинених вирізанням та складанням на місці.
Послідовність встановлення також покращена, оскільки затискачі мають попередньо просвердлені різьбові отвори, що полегшує нумерацію та розміщення з’єднань за допомогою косих шпильок. Усуває металеві нахлести на стінах, покращує рівність поверхні гіпсокартону та запобігає нерівностям.
Крім того, такі системи мають екологічні переваги. Порівняно з композитними компонентами, споживання сталі цільними колекторами можна зменшити до 40%. Оскільки для цього не потрібно зварювання, супутні викиди токсичних газів усуваються.
Широкі фланцеві шпильки Традиційні шпильки виготовляються шляхом з’єднання (загвинчування та/або зварювання) двох або більше шпильок. Незважаючи на те, що вони потужні, вони також можуть створити власні проблеми. Їх набагато простіше зібрати перед установкою, особливо якщо мова йде про пайку. Однак це блокує доступ до секції шпильки, прикріпленої до дверного отвору порожнистої металевої рами (HMF).
Одним із рішень є вирізання отвору в одній зі стійок для кріплення до рами зсередини вузла стійки. Однак це може ускладнити перевірку та вимагати додаткової роботи. Відомо, що інспектори наполягали на тому, щоб прикріпити HMF до однієї половини шпильки дверного косяка та перевірити її, а потім приварити другу половину подвійної шпильки на місце. Це призупиняє всі роботи навколо дверного отвору, може призвести до затримки інших робіт і потребує посиленого протипожежного захисту через зварювання на місці.
Збірні шипи з широкими плечами (спеціально розроблені як стопорні шпильки) можна використовувати замість шпильок, що складаються, заощаджуючи значну кількість часу та матеріалів. Проблеми доступу, пов’язані з дверним отвором HMF, також вирішені, оскільки відкрита сторона C забезпечує безперервний доступ і легкий огляд. Відкрита С-подібна форма також забезпечує повну ізоляцію, коли комбіновані перемички та косяки зазвичай створюють щілину від 102 до 152 мм (4-6 дюймів) в ізоляції навколо дверного отвору.
З’єднання у верхній частині стіни Іншою областю дизайну, яка виграла від інновацій, є з’єднання у верхній частині стіни з верхнім ярусом. Відстань від одного поверху до іншого може дещо змінюватися з часом через зміну прогину настилу за різних умов навантаження. Для ненесучих стін повинен бути зазор між верхньою частиною шпильок і панеллю, це дозволяє настилу рухатися вниз, не здавлюючи шпильки. Платформа також повинна мати можливість рухатися вгору, не ламаючи шпильки. Зазор становить принаймні 12,5 мм (½ дюйма), що становить половину загального допуску на хід ±12,5 мм.
Домінують два традиційних рішення. Перший полягає в тому, щоб прикріпити довгу шину (50 або 60 мм (2 або 2,5 дюйма)) до палуби, при цьому наконечники шпильок просто вставляють у шину, не закріплюючи. Щоб запобігти скрученню шпильок і втраті їх структурної цінності, шматок холоднокатаного швелера вставляють через отвір у шпильці на відстані 150 мм (6 дюймів) від верхньої частини стіни. Споживацький процес Процес не популярний серед підрядників. Намагаючись скоротити кути, деякі підрядники можуть навіть відмовитися від холоднокатаного швелера, поставивши шпильки на рейки, не маючи жодних засобів для утримання чи вирівнювання. Це порушує ASTM C 754 Standard Practice for Installing Steel Framing Elements to Produce різьбових гіпсокартонних виробів, у якому зазначено, що шпильки повинні бути прикріплені до рейок за допомогою гвинтів. Якщо це відхилення від проекту не буде виявлено, це позначиться на якості готової стіни.
Ще одним широко використовуваним рішенням є двоколійна конструкція. Стандартна доріжка розміщується поверх шпильок, і кожна шпилька прикручується до неї. Друга, виготовлена на замовлення, ширша доріжка розміщена над першою та з’єднана з верхньою палубою. Стандартні доріжки можуть ковзати вгору та вниз усередині нестандартних доріжок.
Для цього завдання було розроблено декілька рішень, усі з яких включають спеціалізовані компоненти, які забезпечують щілинні з’єднання. Варіанти включають тип прорізної доріжки або тип прорізного затискача, який використовується для кріплення доріжки до колоди. Наприклад, прикріпіть рейку з прорізами до нижньої сторони настилу, використовуючи метод кріплення, який підходить для конкретного матеріалу настилу. Гвинти з шлицем прикріплені до вершин шпильок (відповідно до ASTM C 754), що дозволяє з’єднанню рухатися вгору та вниз приблизно на 25 мм (1 дюйм).
У брандмауері такі плаваючі з'єднання повинні бути захищені від вогню. Під рифленим сталевим настилом, заповненим бетоном, вогнезахисний матеріал повинен мати можливість заповнити нерівний простір під пазом і підтримувати свою протипожежну функцію, коли відстань між верхньою частиною стіни та настилом змінюється. Компоненти, які використовуються для цього з’єднання, пройшли випробування відповідно до нового стандарту ASTM E 2837-11 (Стандартний метод випробувань для визначення вогнестійкості систем з’єднання суцільної стіни, встановлених між номінальними стіновими компонентами та неномінальними горизонтальними компонентами). Стандарт базується на стандарті Underwriters Laboratories (UL) 2079 «Випробування на вогнестійкість систем з’єднання будівель».
Перевага використання спеціального з’єднання у верхній частині стіни полягає в тому, що воно може містити стандартизовані, схвалені кодом вогнестійкі вузли. Типова конструкція полягає в тому, щоб розмістити вогнетрив на палубі та підвісити на кілька дюймів над верхньою частиною стін з обох боків. Так само, як стіна може вільно ковзати вгору та вниз у врізному кріпленні, вона також може ковзати вгору та вниз у протипожежному з’єднанні. Матеріали для цього компонента можуть включати мінеральну вату, цементовану вогнетривку конструкційну сталь або гіпсокартон, які використовуються окремо або в комбінації. Такі системи мають бути перевірені, схвалені та внесені до таких каталогів, як Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Висновок Стандартизація є основою всієї сучасної архітектури. За іронією долі, існує мало стандартизації «стандартної практики», коли мова йде про холодноформовані сталеві каркаси, і інновації, які порушують ці традиції, також створюють стандарти.
Використання цих стандартизованих систем може захистити дизайнерів і власників, значно заощадити час і гроші, а також підвищити безпеку сайту. Вони забезпечують узгодженість конструкції та, швидше за все, працюватимуть за призначенням, ніж вбудовані системи. Завдяки поєднанню легкості, стійкості та доступності, CFSF, ймовірно, збільшить свою частку на будівельному ринку, без сумніву, стимулюючи подальші інновації.
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.
Стівен Х. Міллер, CDT, є відомим письменником і фотографом, який спеціалізується на будівельній галузі. Він є креативним директором Chusid Associates, консалтингової фірми, яка надає маркетингові та технічні послуги виробникам будівельних виробів. З Міллером можна зв’язатися на www.chusid.com.
Поставте прапорець нижче, щоб підтвердити своє бажання отримувати участь у різних повідомленнях електронною поштою від Kenilworth Media (включаючи електронні інформаційні бюлетені, номери цифрових журналів, періодичні опитування та пропозиції* для інженерної та будівельної галузі).
*Ми не продаємо вашу електронну адресу третім особам, ми просто пересилаємо вам їхні пропозиції. Звичайно, ви завжди маєте право скасувати підписку на будь-які повідомлення, які ми вам надсилаємо, якщо ви передумаєте в майбутньому.
Час публікації: 07 липня 2023 р