Designet af Todd Brady og Stephen H. Miller var CDTC koldformede (CFSF) (også kendt som "light gauge") rammen oprindeligt et alternativ til træ, men efter årtiers aggressivt arbejde spillede den endelig sin rolle. Ligesom tømrerbehandlet træ kan stålstolper og skinner skæres og kombineres for at skabe mere komplekse former. Indtil for nylig har der dog ikke været nogen reel standardisering af komponenter eller forbindelser. Hvert groft hul eller andet specielt strukturelt element skal være individuelt detaljeret af en ingeniør of Record (EOR). Entreprenører følger ikke altid disse projektspecifikke detaljer og kan "gøre tingene anderledes" i lang tid. På trods af dette er der betydelige forskelle i kvaliteten af feltmontage.
I sidste ende afføder fortrolighed utilfredshed, og utilfredshed inspirerer til innovation. Nye rammeelementer (ud over standard C-studs og U-tracks) er ikke kun tilgængelige ved brug af avancerede formgivningsteknikker, men kan også være præ-konstrueret/forhåndsgodkendt til specifikke behov for at forbedre CFSF-stadiet med hensyn til design og konstruktion. .
Standardiserede, specialbyggede komponenter, der er i overensstemmelse med specifikationerne, kan udføre mange opgaver på en ensartet måde, hvilket giver bedre og mere pålidelig ydeevne. De forenkler detaljering og giver en løsning, der er nemmere for entreprenører at installere korrekt. De fremskynder også byggeriet og gør inspektioner nemmere, hvilket sparer tid og besvær. Disse standardiserede komponenter forbedrer også sikkerheden på arbejdspladsen ved at reducere omkostningerne til skæring, montering, skruning og svejsning.
Standard praksis uden CFSF-standarder er blevet så accepteret en del af landskabet, at det er svært at forestille sig kommercielt eller højhusbyggeri uden det. Denne udbredte accept blev opnået på relativt kort tid og blev ikke brugt i stor udstrækning før slutningen af Anden Verdenskrig.
Den første CFSF-designstandard blev offentliggjort i 1946 af American Iron and Steel Institute (AISI). Den seneste version, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing – General), er nu standarden i Canada, USA og Mexico.
Grundlæggende standardisering gjorde en stor forskel, og CFSF blev en populær byggemetode, uanset om de var bærende eller ikke-bærende. Dens fordele omfatter:
Så innovativ som AISI-standarden er, kodificerer den ikke alt. Designere og entreprenører har stadig meget at beslutte.
CFSF-systemet er baseret på knopper og skinner. Stålstolper er ligesom træstolper lodrette elementer. De danner normalt et C-formet tværsnit, hvor "toppen" og "bunden" af C'et danner den smalle dimension af tappen (dens flange). Styringer er vandrette rammeelementer (tærskler og overliggere), der har en U-form til at rumme stativer. Stativstørrelser svarer normalt til nominelt "2×" tømmer: 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 lig med "2×6". I disse eksempler omtales 41 mm-dimensionen som "hylde", og 89 mm- eller 140 mm-dimensionen betegnes som "web", der låner koncepter, der er kendt fra varmvalset stål og lignende I-bjælkeelementer. Størrelsen af sporet svarer til tappens samlede bredde.
Indtil for nylig skulle de stærkere elementer, som projektet krævede, detaljeres af EOR og samles på stedet ved hjælp af en kombination af combo knopper og skinner, samt C- og U-formede elementer. Den nøjagtige konfiguration leveres normalt til entreprenøren, og selv inden for det samme projekt kan det variere meget. Men CFSF's årtiers erfaring har ført til erkendelsen af disse grundlæggende formers begrænsninger og problemerne forbundet med dem.
For eksempel kan der samle sig vand i bundskinnen på en studsvæg, når studsen åbnes under byggeriet. Tilstedeværelsen af savsmuld, papir eller andre organiske materialer kan forårsage skimmelsvamp eller andre fugtrelaterede problemer, herunder forringelse af gipsvæg eller tiltrække skadedyr bag hegn. Et lignende problem kan opstå, hvis vand siver ind i færdige vægge og samler sig fra kondens, lækager eller spild.
En løsning er en speciel gangbro med huller boret til dræning. Forbedrede studdesigns er også under udvikling. De har innovative funktioner såsom strategisk placerede ribber, der bøjer i tværsnit for ekstra stivhed. Den teksturerede overflade af tappen forhindrer skruen i at "bevæge sig", hvilket resulterer i en renere forbindelse og en mere ensartet finish. Disse små forbedringer, ganget med titusindvis af spidser, kan have en enorm indflydelse på et projekt.
Går ud over studs og skinner Traditionelle studs og skinner er ofte tilstrækkelige til simple vægge uden ru huller. Belastninger kan omfatte vægten af selve væggen, finish og udstyr på den, vindens vægt, og for nogle vægge også permanente og midlertidige belastninger fra taget eller etagen over. Disse belastninger overføres fra den øverste skinne til søjlerne, til den nederste skinne og derfra til fundamentet eller andre dele af overbygningen (f.eks. betondæk eller stålkonstruktionssøjler og -bjælker).
Hvis der er en ru åbning (RO) i væggen (såsom en dør, et vindue eller en stor HVAC-kanal), skal belastningen fra oven over åbningen overføres rundt om den. Overliggeren skal være stærk nok til at understøtte belastningen fra en eller flere såkaldte studs (og den vedhæftede gipsplade) over overliggeren og overføre den til jamb studs (RO vertikale elementer).
Ligeledes skal dørkarmstolper være konstrueret til at bære en større belastning end almindelige stolper. For eksempel i indvendige rum skal åbningen være stærk nok til at bære vægten af gipsvæggen over åbningen (dvs. 29 kg/m2 [6 lbs pr. kvadratfod] [et lag på 16 mm (5/8 tomme) pr. time væg.) pr. side af gips] eller 54 kg/m2 [11 pund pr. kvadratfod] for en to-timers strukturel væg [to lag 16 mm gips pr. side]), plus seismisk belastning og typisk vægten af dør og dens inertifunktion. På udvendige steder skal åbninger kunne modstå vind, jordskælv og lignende belastninger.
I det traditionelle CFSF-design fremstilles skærebordene og søjlerne på stedet ved at kombinere standard lameller og skinner til en stærkere enhed. En typisk omvendt osmose manifold, kendt som en kassette manifold, fremstilles ved at skrue og/eller svejse fem stykker sammen. To stolper er flankeret af to skinner, og en tredje skinne er fastgjort i toppen med hullet opad for at placere stolpen over hullet (Figur 1). En anden type kassesamling består kun af fire dele: to tappe og to styreskinner. Den anden består af tre dele – to spor og en hårnål. De nøjagtige produktionsmetoder for disse komponenter er ikke standardiserede, men varierer mellem entreprenører og endda arbejdere.
Selvom kombinatorisk produktion kan forårsage en række problemer, har den vist sig godt i industrien. Omkostningerne ved ingeniørfasen var høje, fordi der ikke var nogen standarder, så ru åbninger skulle designes og færdiggøres individuelt. Skæring og samling af disse arbejdsintensive komponenter på stedet øger også omkostningerne, spilder materialer, øger spild på stedet og øger sikkerhedsrisici på stedet. Derudover skaber det kvalitets- og konsistensproblemer, som professionelle designere bør være særligt bekymrede over. Dette har en tendens til at reducere rammens konsistens, kvalitet og pålidelighed og kan også påvirke kvaliteten af gipspladens finish. (Se "Dårlig forbindelse" for eksempler på disse problemer.)
Tilslutningssystemer Fastgørelse af modulære forbindelser til stativer kan også give æstetiske problemer. Metal til metal overlapning forårsaget af flige på den modulære manifold kan påvirke vægfinishen. Ingen indvendig gipsplade eller udvendig beklædning må ligge fladt på metalpladen, hvorfra skruehovederne stikker ud. Hævede vægflader kan forårsage mærkbare ujævne finish og kræve yderligere korrigerende arbejde for at skjule dem.
En løsning på forbindelsesproblemet er at bruge færdige klemmer, fastgøre dem til stolperne på karmen og koordinere samlingerne. Denne tilgang standardiserer forbindelser og eliminerer uoverensstemmelser forårsaget af fabrikation på stedet. Klemmen eliminerer metaloverlapning og udragende skruehoveder på væggen, hvilket forbedrer vægfinishen. Det kan også halvere installationsomkostningerne. Tidligere skulle en arbejder holde skærebordet vandret, mens en anden skruede det på plads. I et clips-system installerer en arbejder clipsene og klikker derefter stikkene på clipsene. Denne klemme er normalt fremstillet som en del af et præfabrikeret monteringssystem.
Grunden til at lave manifolder fra flere stykker bøjet metal er at give noget stærkere end et enkelt stykke spor til at understøtte væggen over åbningen. Da bøjning afstivner metallet for at forhindre vridning, og effektivt danner mikrobjælker i elementets større plan, kan det samme resultat opnås ved at bruge et enkelt stykke metal med mange bøjninger.
Dette princip er let at forstå ved at holde et ark papir i let udstrakte hænder. Først folder papiret på midten og glider. Men hvis det foldes en gang i længden og derefter rulles ud (så papiret danner en V-formet kanal), er det mindre tilbøjeligt til at bøje og falde. Jo flere folder du laver, jo stivere bliver det (inden for visse grænser).
Multipelbøjningsteknikken udnytter denne effekt ved at tilføje stablede riller, kanaler og løkker til den overordnede form. "Direct Strength Calculation" - en ny praktisk computer-assisteret analysemetode - erstattede den traditionelle "Effective Width Calculation" og gjorde det muligt at konvertere simple former til passende, mere effektive konfigurationer for at få bedre resultater fra stål. Denne tendens kan ses i mange CFSF-systemer. Disse former, især når der bruges stærkere stål (390 MPa (57 psi) i stedet for den tidligere industristandard på 250 MPa (36 psi)), kan forbedre elementets generelle ydeevne uden at gå på kompromis med størrelse, vægt eller tykkelse. blive. der er sket ændringer.
Ved koldformet stål spiller en anden faktor ind. Koldbearbejdning af stål, såsom bøjning, ændrer selve stålets egenskaber. Flydespændingen og trækstyrken af den forarbejdede del af stålet stiger, men duktiliteten falder. De dele, der virker mest, får mest. Fremskridt inden for valseformning har resulteret i strammere bøjninger, hvilket betyder, at stålet tættest på den buede kant kræver mere arbejde end den gamle valseformningsproces. Jo større og strammere bøjningerne er, jo mere stål i elementet vil blive styrket ved koldbearbejdning, hvilket øger elementets samlede styrke.
Almindelige U-formede spor har to bøjninger, C-studs har fire bøjninger. Den prækonstruerede modificerede W-manifold har 14 bøjninger arrangeret for at maksimere mængden af metal, der aktivt modstår stress. Det enkelte stykke i denne konfiguration kan være hele dørkarmen i den ru åbning af dørkarmen.
Ved meget brede åbninger (dvs. over 2 m [7 ft]) eller høje belastninger kan polygonen forstærkes yderligere med passende W-formede indsatser. Det tilføjer mere metal og 14 bøjninger, hvilket bringer det samlede antal bøjninger i den overordnede form op på 28. Indsatsen placeres inde i polygonen med omvendte W'er, så de to W'er tilsammen danner en ru X-form. W's ben fungerer som tværstænger. De monterede de manglende tapper over RO'en, som blev holdt på plads med skruer. Dette gælder uanset om der er monteret en forstærkende indsats eller ej.
De vigtigste fordele ved dette præformede hoved/clip-system er hastighed, konsistens og forbedret finish. Ved at vælge et certificeret præfabrikeret overliggersystem, såsom et godkendt af International Code of Practice Committee Evaluation Service (ICC-ES), kan designere specificere komponenter baseret på belastnings- og vægtype brandbeskyttelseskrav og undgå at skulle designe og detaljere hvert job , hvilket sparer tid og ressourcer. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, akkrediteret af Standards Council of Canada [SCC]). Denne præfabrikation sikrer også, at blindåbninger bygges som designet, med ensartet strukturel soliditet og kvalitet, uden afvigelser på grund af skæring og montering på stedet.
Installationskonsistensen er også forbedret, da klemmerne har forborede gevindhuller, hvilket gør det nemmere at nummerere og placere samlinger med karmbolte. Eliminerer metaloverlapninger på vægge, forbedrer overfladen af gipsplader og forhindrer ujævnheder.
Derudover har sådanne systemer miljømæssige fordele. Sammenlignet med kompositkomponenter kan stålforbruget af manifolder i ét stykke reduceres med op til 40 %. Da dette ikke kræver svejsning, elimineres de medfølgende emissioner af giftige gasser.
Brede flangebolte Traditionelle tappe er fremstillet ved at forbinde (skrue og/eller svejse) to eller flere tappe. Selvom de er magtfulde, kan de også skabe deres egne problemer. De er meget nemmere at samle før installation, især når det kommer til lodning. Dette blokerer dog adgangen til studsektionen, der er fastgjort til den hule metalramme (HMF) døråbningen.
En løsning er at skære et hul i en af stolperne for at fastgøres til rammen inde fra den opretstående samling. Dette kan dog besværliggøre inspektion og kræve yderligere arbejde. Inspektører har været kendt for at insistere på at fastgøre HMF'en til den ene halvdel af dørkarmen og inspicere den og derefter svejse den anden halvdel af den dobbelte studs på plads. Dette stopper alt arbejde omkring døråbningen, kan forsinke andet arbejde og kræver øget brandbeskyttelse på grund af svejsning på stedet.
Præfabrikerede nitter med bred skulder (specielt designet som jamb studs) kan bruges i stedet for stabelbare nitter, hvilket sparer betydelig tid og materiale. Adgangsproblemerne forbundet med HMF-døråbningen er også løst, da den åbne C-side giver mulighed for uafbrudt adgang og nem inspektion. Den åbne C-form giver også fuld isolering, hvor de kombinerede overliggere og karmstolper typisk skaber et mellemrum på 102 til 152 mm (4 til 6 tommer) i isolering omkring døråbningen.
Forbindelser i toppen af væggen Et andet designområde, der har nydt godt af innovation, er forbindelsen i toppen af væggen til det øverste dæk. Afstanden fra en etage til en anden kan variere lidt over tid på grund af variation i dæksudbøjning under forskellige belastningsforhold. For ikke-bærende vægge skal der være et mellemrum mellem toppen af tappene og panelet, dette tillader dækket at bevæge sig ned uden at knuse tappene. Platformen skal også kunne bevæges op uden at knække tappene. Afstanden er mindst 12,5 mm (½ in.), hvilket er halvdelen af den samlede vandringstolerance på ±12,5 mm.
To traditionelle løsninger dominerer. Den ene er at fastgøre et langt spor (50 eller 60 mm (2 eller 2,5 tommer)) til dækket, med knopperne simpelthen indsat i sporet, ikke fastgjort. For at forhindre tappene i at vride sig og miste deres strukturelle værdi, indsættes et stykke koldvalset kanal gennem et hul i tappen i en afstand på 150 mm (6 tommer) fra toppen af væggen. forbrugende proces Processen er ikke populær blandt entreprenører. I et forsøg på at skære hjørner kan nogle entreprenører endda give afkald på koldvalsede kanaler ved at sætte tappe på skinner uden mulighed for at holde dem på plads eller udjævne dem. Dette er i strid med ASTM C 754 standardpraksis for installation af stålrammeelementer til fremstilling af gevindskårne gipsplader, som siger, at tappene skal fastgøres til skinnerne med skruer. Hvis denne afvigelse fra designet ikke opdages, vil det påvirke kvaliteten af den færdige væg.
En anden meget brugt løsning er dobbeltsporet design. Standardsporet placeres oven på tappene, og hver stud er boltet til det. Et andet, specialfremstillet, bredere spor er placeret over det første og forbundet med det øverste dæk. Standardspor kan glide op og ned inde i brugerdefinerede spor.
Der er udviklet flere løsninger til denne opgave, som alle omfatter specialiserede komponenter, der giver slidsede forbindelser. Variationer omfatter typen af slidset spor eller typen af slidsed clips, der bruges til at fastgøre sporet til dækket. Fastgør for eksempel en slidsskinne til undersiden af dækket ved hjælp af en fastgørelsesmetode, der passer til det pågældende dækmateriale. De slidsede skruer er fastgjort til toppen af tappene (i henhold til ASTM C 754), så forbindelsen kan bevæge sig op og ned inden for ca. 25 mm (1 tomme).
I en firewall skal sådanne flydende forbindelser beskyttes mod brand. Under et rillet ståldæk fyldt med beton skal det brandhæmmende materiale kunne udfylde det ujævne rum under rillen og bevare sin brandslukningsfunktion i takt med at afstanden mellem væggens top og dæk ændres. Komponenterne, der anvendes til denne samling, er blevet testet i overensstemmelse med den nye ASTM E 2837-11 (Standard testmetode til bestemmelse af brandmodstandsdygtigheden af solide væghovedsamlingssystemer installeret mellem klassificerede vægkomponenter og ikke-klassificerede vandrette komponenter). Standarden er baseret på Underwriters Laboratories (UL) 2079, "Fire Testing for Building Connecting Systems".
Fordelen ved at bruge en dedikeret tilslutning øverst på væggen er, at den kan omfatte standardiserede, kodegodkendte, brandsikre samlinger. En typisk bygning er at placere det ildfaste materiale på dækket og hænge et par centimeter over toppen af væggene på hver side. Ligesom en væg kan glide frit op og ned i et indstiksarmatur, kan den også glide op og ned i en brandfuge. Materialer til denne komponent kan omfatte mineraluld, cementeret ildfast stål, eller gipsvæg, brugt alene eller i kombination. Sådanne systemer skal være testet, godkendt og opført i kataloger såsom Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Konklusion Standardisering er grundlaget for al moderne arkitektur. Ironisk nok er der kun lidt standardisering af "standardpraksis", når det kommer til koldformede stålrammer, og innovationer, der bryder disse traditioner, er også standardskabere.
Brugen af disse standardiserede systemer kan beskytte designere og ejere, spare betydelig tid og penge og forbedre sikkerheden på stedet. De bringer konsistens til byggeriet og er mere tilbøjelige til at fungere efter hensigten end byggede systemer. Med en kombination af lethed, bæredygtighed og overkommelighed vil CFSF sandsynligvis øge sin andel af byggemarkedet, hvilket uden tvivl ansporer til yderligere innovation.
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 prisvindende forfatter og fotograf med speciale i byggebranchen. Han er den kreative direktør for Chusid Associates, et konsulentfirma, der leverer marketing og tekniske tjenester til byggeproduktproducenter. Miller kan kontaktes på www.chusid.com.
Marker afkrydsningsfeltet nedenfor for at bekræfte dit ønske om at blive inkluderet i forskellige e-mail-kommunikationer fra Kenilworth Media (herunder e-nyhedsbreve, digitale magasinudgaver, periodiske undersøgelser og tilbud* til ingeniør- og byggebranchen).
*Vi sælger ikke din e-mailadresse til tredjeparter, vi videresender blot deres tilbud til dig. Du har selvfølgelig altid ret til at afmelde enhver kommunikation, vi sender dig, hvis du ombestemmer dig i fremtiden.
Indlægstid: Jul-07-2023