Proiectat de Todd Brady și Stephen H. Miller, cadrul CDTC format la rece (CFSF) (cunoscut și sub denumirea de „ecartament ușor”) a fost inițial o alternativă la lemn, dar după decenii de muncă agresivă, și-a jucat în sfârșit rolul. La fel ca lemnul finisat de tâmplar, stâlpii și șinele de oțel pot fi tăiate și combinate pentru a crea forme mai complexe. Cu toate acestea, până de curând nu a existat o standardizare reală a componentelor sau compușilor. Fiecare gaură brută sau alt element structural special trebuie să fie detaliat individual de către un inginer de înregistrare (EOR). Contractorii nu respectă întotdeauna aceste detalii specifice proiectului și pot „face lucrurile diferit” pentru o lungă perioadă de timp. În ciuda acestui fapt, există diferențe semnificative în ceea ce privește calitatea asamblarii pe teren.
În cele din urmă, familiaritatea generează nemulțumire, iar insatisfacția inspiră inovație. Noile elemente de cadru (dincolo de C-Studs și U-Tracks standard) sunt nu numai disponibile folosind tehnici avansate de modelare, dar pot fi, de asemenea, pre-proiectate/pre-aprobate pentru nevoi specifice de îmbunătățire a stadiului CFSF în ceea ce privește proiectarea și construcția. .
Componentele standardizate, construite special, care se conformează specificațiilor pot îndeplini multe sarcini într-o manieră consecventă, oferind performanțe mai bune și mai fiabile. Ele simplifică detaliile și oferă o soluție care este mai ușor de instalat corect de către antreprenori. De asemenea, accelerează construcția și facilitează inspecțiile, economisind timp și bătăi de cap. Aceste componente standardizate îmbunătățesc, de asemenea, siguranța la locul de muncă prin reducerea costurilor de tăiere, asamblare, înșurubare și sudare.
Practica standard fără standardele CFSF a devenit o parte atât de acceptată a peisajului încât este greu de imaginat construcții comerciale sau rezidențiale înalte fără ea. Această acceptare pe scară largă a fost obținută într-o perioadă relativ scurtă de timp și nu a fost utilizată pe scară largă până la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial.
Primul standard de proiectare CFSF a fost publicat în 1946 de Institutul American de Fier și Oțel (AISI). Cea mai recentă versiune, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing – General), este acum standardul în Canada, SUA și Mexic.
Standardizarea de bază a făcut o mare diferență și CFSF a devenit o metodă de construcție populară, indiferent dacă erau portante sau neportante. Beneficiile sale includ:
Oricât de inovator este standardul AISI, acesta nu codifică totul. Designerii și antreprenorii au încă multe de decis.
Sistemul CFSF se bazează pe știfturi și șine. Stâlpii de oțel, ca și stâlpii de lemn, sunt elemente verticale. Ele formează de obicei o secțiune transversală în formă de C, cu „sus” și „de jos” C formând dimensiunea îngustă a știftului (flanșa acestuia). Ghidajele sunt elemente de cadru orizontal (praguri și buiandrugi), având o formă de U pentru a găzdui rafturi. Dimensiunile raftului sunt de obicei similare cu cheresteaua nominală „2×”: 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ inchi) este „2 x 4″ și 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ inch) este egal cu „2×6″. În aceste exemple, dimensiunea de 41 mm este denumită „raft”, iar dimensiunea de 89 mm sau 140 mm este denumită „pânză”, împrumutând concepte familiare din oțel laminat la cald și elemente similare de tip I-bear. Dimensiunea șinei corespunde lățimii totale a știftului.
Până de curând, elementele mai puternice cerute de proiect trebuiau detaliate de către EOR și asamblate la fața locului folosind o combinație de știfturi și șine combinate, precum și elemente în formă de C și U. Configurația exactă este de obicei furnizată antreprenorului și chiar și în cadrul aceluiași proiect poate varia foarte mult. Cu toate acestea, deceniile de experiență ale CFSF au condus la recunoașterea limitărilor acestor forme de bază și a problemelor asociate acestora.
De exemplu, apa se poate acumula în șina inferioară a unui perete cu montant când știftul este deschis în timpul construcției. Prezența rumegușului, hârtiei sau a altor materiale organice poate cauza mucegai sau alte probleme legate de umiditate, inclusiv deteriorarea gips-cartonului sau atragerea dăunătorilor în spatele gardurilor. O problemă similară poate apărea dacă apa se infiltrează în pereții finiți și se adună din condens, scurgeri sau scurgeri.
O soluție este o pasarelă specială cu găuri forate pentru drenaj. Sunt, de asemenea, în dezvoltare modele îmbunătățite de știfturi. Acestea prezintă caracteristici inovatoare, cum ar fi nervuri plasate strategic, care se flexează în secțiune transversală pentru o rigiditate suplimentară. Suprafața texturată a știftului împiedică șurubul să se „miște”, rezultând o conexiune mai curată și un finisaj mai uniform. Aceste mici îmbunătățiri, multiplicate cu zeci de mii de vârfuri, pot avea un impact uriaș asupra unui proiect.
Trecând dincolo de știfturi și șine Monturile și șinele tradiționale sunt adesea suficiente pentru pereți simpli fără găuri aspre. Încărcăturile pot include greutatea peretelui în sine, finisajele și echipamentele de pe acesta, greutatea vântului, iar pentru unii pereți includ și sarcini permanente și temporare de pe acoperiș sau podeaua de deasupra. Aceste sarcini sunt transmise de la șina de sus la stâlpi, la șina de jos și de acolo la fundație sau alte părți ale suprastructurii (de exemplu, tablă de beton sau stâlpi și grinzi de oțel structural).
Dacă există o deschidere aspră (RO) în perete (cum ar fi o ușă, o fereastră sau o conductă HVAC mare), sarcina de deasupra deschiderii trebuie transferată în jurul acestuia. Buiandrugul trebuie să fie suficient de puternic pentru a susține încărcătura de la unul sau mai multe așa-numite știfturi (și gips-cartonul atașat) deasupra buiandrugului și să-l transfere pe știfturile de jamb (elementele verticale RO).
De asemenea, stâlpii de stâlp de ușă trebuie să fie proiectați să suporte o sarcină mai mare decât stâlpii obișnuiți. De exemplu, în spațiile interioare, deschiderea trebuie să fie suficient de puternică pentru a susține greutatea gips-cartonului peste deschidere (adică 29 kg/m2 [6 lbs per picior pătrat] [un strat de 16 mm (5/8 inch) per oră de perete.) pe partea de tencuială] sau 54 kg/m2 [11 lire pe picior pătrat] pentru un perete structural de două ore [două straturi de tencuială de 16 mm pe latură]), plus sarcina seismică și, de obicei, greutatea ușa și funcționarea ei inerțială. În locații exterioare, deschiderile trebuie să poată rezista la vânt, cutremur și sarcini similare.
În designul tradițional CFSF, anteturile și stâlpii pragului sunt realizate la fața locului prin combinarea șipcilor și șinelor standard într-o unitate mai puternică. Un colector tipic de osmoză inversă, cunoscut sub numele de colector de casetă, este realizat prin înșurubarea și/sau sudarea a cinci piese împreună. Doi stâlpi sunt flancați de două șine, iar o a treia șină este atașată în partea de sus, cu orificiul în sus, pentru a plasa stâlpul deasupra orificiului (Figura 1). Un alt tip de îmbinare cutie este format din doar patru părți: două știfturi și două ghidaje. Cealaltă constă din trei părți - două piste și un ac de păr. Metodele exacte de producție pentru aceste componente nu sunt standardizate, dar variază între antreprenori și chiar muncitori.
Deși producția combinatorie poate cauza o serie de probleme, ea s-a dovedit bine în industrie. Costul fazei de inginerie a fost mare deoarece nu existau standarde, așa că deschiderile brute trebuiau proiectate și finalizate individual. Tăierea și asamblarea pe șantier a acestor componente care necesită forță de muncă sporește, de asemenea, costuri, risipă materiale, crește deșeurile pe șantier și crește riscurile de siguranță ale șantierului. În plus, creează probleme de calitate și coerență de care designerii profesioniști ar trebui să fie preocupați în mod special. Acest lucru tinde să reducă consistența, calitatea și fiabilitatea cadrului și poate afecta și calitatea finisajului pentru gips-carton. (Consultați „Conexiune greșită” pentru exemple ale acestor probleme.)
Sisteme de conectare Atașarea conexiunilor modulare la rafturi poate cauza, de asemenea, probleme estetice. Suprapunerea metal-metal cauzată de urechile de pe distribuitorul modular poate afecta finisajul peretelui. Niciun gips-carton interior sau placare exterioară nu ar trebui să se afle plat pe tabla de metal din care ies capetele șuruburilor. Suprafețele înălțate ale pereților pot cauza finisaje inegale vizibile și necesită lucrări de corecție suplimentare pentru a le ascunde.
O soluție la problema conexiunii este să folosiți cleme gata făcute, să le fixați pe stâlpii stâlpului și să coordonați îmbinările. Această abordare standardizează conexiunile și elimină inconsecvențele cauzate de fabricarea la fața locului. Clema elimină suprapunerea metalelor și capetele de șuruburi proeminente pe perete, îmbunătățind finisajul peretelui. De asemenea, poate reduce costurile forței de muncă de instalare la jumătate. Anterior, un muncitor trebuia să țină capul la nivel, în timp ce altul îl înșuruba la loc. Într-un sistem de cleme, un lucrător instalează clemele și apoi fixează conectorii pe cleme. Această clemă este de obicei fabricată ca parte a unui sistem de montaj prefabricat.
Motivul pentru a face colectoare din mai multe bucăți de metal îndoit este de a oferi ceva mai puternic decât o singură bucată de șină pentru a susține peretele deasupra deschiderii. Deoarece îndoirea întărește metalul pentru a preveni deformarea, formând efectiv microgrinzi în planul mai mare al elementului, același rezultat poate fi obținut folosind o singură bucată de metal cu multe îndoiri.
Acest principiu este ușor de înțeles ținând o coală de hârtie în mâinile ușor întinse. În primul rând, hârtia se pliază în mijloc și alunecă. Cu toate acestea, dacă este pliată o dată pe lungimea sa și apoi desfășurată (astfel încât hârtia să formeze un canal în formă de V), este mai puțin probabil să se îndoaie și să cadă. Cu cât faci mai multe pliuri, cu atât va fi mai rigid (în anumite limite).
Tehnica de îndoire multiplă exploatează acest efect prin adăugarea de caneluri stivuite, canale și bucle la forma generală. „Calcul direct al rezistenței” – o nouă metodă practică de analiză asistată de computer – a înlocuit tradiționalul „Calcul efectiv al lățimii” și a permis ca formele simple să fie convertite în configurații adecvate și mai eficiente pentru a obține rezultate mai bune din oțel. Această tendință poate fi observată în multe sisteme CFSF. Aceste forme, în special atunci când se utilizează oțel mai puternic (390 MPa (57 psi) în loc de standardul industrial anterior de 250 MPa (36 psi)), pot îmbunătăți performanța generală a elementului fără niciun compromis în ceea ce privește dimensiunea, greutatea sau grosimea. deveni. au fost schimbari.
În cazul oțelului format la rece, intervine un alt factor. Prelucrarea la rece a oțelului, cum ar fi îndoirea, modifică proprietățile oțelului în sine. Limita de curgere și rezistența la tracțiune a părții prelucrate a oțelului cresc, dar ductilitatea scade. Piesele care funcționează cel mai mult primesc cel mai mult. Progresele în formarea ruloului au dus la îndoituri mai strânse, ceea ce înseamnă că oțelul cel mai apropiat de marginea curbată necesită mai multă muncă decât vechiul proces de formare cu role. Cu cât coturile sunt mai mari și mai strânse, cu atât mai mult oțel din element va fi întărit prin prelucrarea la rece, crescând rezistența generală a elementului.
Şenile obişnuite în formă de U au două coturi, crampoanele C au patru coturi. Colectorul W modificat pre-proiectat are 14 coturi aranjate pentru a maximiza cantitatea de metal care rezistă activ la stres. Piesa unică în această configurație poate fi întreg tocul ușii în deschiderea brută a tocului ușii.
Pentru deschideri foarte largi (adică peste 2 m [7 ft]) sau sarcini mari, poligonul poate fi întărit în continuare cu inserții corespunzătoare în formă de W. Se adaugă mai mult metal și 14 îndoituri, aducând numărul total de îndoituri în forma generală la 28. Inserția este plasată în interiorul poligonului cu W-uri inversate, astfel încât cele două W-uri împreună să formeze o formă de X grosieră. Picioarele lui W acționează ca bare transversale. Au instalat știfturile lipsă peste RO, care au fost ținute cu șuruburi. Acest lucru se aplică indiferent dacă este instalată sau nu o inserție de armare.
Principalele beneficii ale acestui sistem de cap/clip preformat sunt viteza, consistența și finisarea îmbunătățită. Alegând un sistem de buiandrug prefabricat certificat, cum ar fi unul aprobat de Serviciul de evaluare a Comitetului pentru Codul Internațional de Practici (ICC-ES), proiectanții pot specifica componente pe baza cerințelor de protecție împotriva incendiilor de încărcare și tip de perete și evită nevoia de a proiecta și detalia fiecare lucrare. , economisind timp și resurse. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, acreditat de Consiliul pentru Standarde din Canada [SCC]). Această prefabricare asigură, de asemenea, că deschiderile oarbe sunt construite conform proiectării, cu o soliditate structurală și o calitate consistentă, fără abateri datorate tăierii și asamblarii la fața locului.
Consecvența instalării este, de asemenea, îmbunătățită, deoarece clemele au găuri filetate pre-găurite, ceea ce facilitează numerotarea și amplasarea îmbinărilor cu știfturi. Elimină suprapunerile de metal pe pereți, îmbunătățește planeitatea suprafeței gips-cartonului și previne denivelările.
În plus, astfel de sisteme au beneficii de mediu. În comparație cu componentele compozite, consumul de oțel al colectoarelor dintr-o singură piesă poate fi redus cu până la 40%. Deoarece aceasta nu necesită sudare, emisiile aferente de gaze toxice sunt eliminate.
Știfturi cu flanșă lată. Știfturile tradiționale sunt realizate prin îmbinarea (înșurubarea și/sau sudarea) a două sau mai multe știfturi. Deși sunt puternici, își pot crea propriile probleme. Sunt mult mai ușor de asamblat înainte de instalare, mai ales când vine vorba de lipire. Cu toate acestea, acest lucru blochează accesul la secțiunea de știfturi atașată la ușa Hollow Metal Frame (HMF).
O soluție este să tăiați o gaură într-unul dintre montanti pentru a se atașa la cadru din interiorul ansamblului vertical. Cu toate acestea, acest lucru poate îngreuna inspecția și necesită muncă suplimentară. Se știe că inspectorii insistă să atașeze HMF la o jumătate a știftului ușii și să o inspecteze, apoi să sudeze cea de-a doua jumătate a ansamblului știftului dublu. Acest lucru oprește toate lucrările în jurul ușii, poate întârzia alte lucrări și necesită o protecție sporită împotriva incendiilor datorită sudării la fața locului.
Știfturile prefabricate cu umăr lat (concepute special ca știfturi de jamb) pot fi utilizate în locul știfților stivuibili, economisind timp și material semnificativ. Problemele de acces asociate cu ușa HMF sunt, de asemenea, rezolvate, deoarece partea C deschisă permite accesul neîntrerupt și o inspecție ușoară. Forma deschisă în C oferă, de asemenea, izolație completă, în cazul în care buiandrugurile și stâlpii combinați creează de obicei un spațiu de 102 până la 152 mm (4 până la 6 inchi) în izolație în jurul ușii.
Conexiuni în partea de sus a peretelui O altă zonă de design care a beneficiat de inovație este conexiunea din partea superioară a peretelui cu puntea superioară. Distanța de la un etaj la altul poate varia ușor de-a lungul timpului din cauza variației în deformarea punții în diferite condiții de încărcare. Pentru pereții neportanți, ar trebui să existe un spațiu între partea superioară a știfturilor și panou, ceea ce permite platformei să se miște în jos fără a zdrobi știfturile. De asemenea, platforma trebuie să se poată mișca în sus fără a rupe știfturile. Distanța este de cel puțin 12,5 mm (½ in.), ceea ce reprezintă jumătate din toleranța totală de deplasare de ±12,5 mm.
Două soluții tradiționale domină. Una este să atașați o șină lungă (50 sau 60 mm (2 sau 2,5 in)) pe punte, cu vârfurile șuruburilor pur și simplu introduse în șină, nesigure. Pentru a preveni răsucirea știfturilor și pierderea valorii lor structurale, o bucată de canal laminat la rece este introdusă printr-un orificiu din știft la o distanță de 150 mm (6 inchi) de partea de sus a peretelui. proces consumator Procesul nu este popular printre contractori. În efortul de a tăia colțuri, unii antreprenori pot chiar să renunțe la canalul laminat la rece punând știfturi pe șine fără mijloace de a le ține pe loc sau de a le nivela. Acest lucru încalcă practica standard ASTM C 754 pentru instalarea elementelor de structură din oțel pentru a produce produse de gips-carton filetate, care prevede că știfturile trebuie atașate la șine cu șuruburi. Dacă această abatere de la design nu este detectată, aceasta va afecta calitatea peretelui finit.
O altă soluție utilizată pe scară largă este designul cu două căi. Șina standard este plasată deasupra știfturilor și fiecare știft este fixat pe el. O a doua cale mai lată, personalizată, este plasată deasupra primei și conectată la puntea superioară. Piesele standard pot aluneca în sus și în jos în interiorul pistelor personalizate.
Pentru această sarcină au fost dezvoltate mai multe soluții, toate includ componente specializate care asigură conexiuni cu fante. Variațiile includ tipul de șină cu fante sau tipul de clemă cu fantă folosită pentru a atașa șina de punte. De exemplu, fixați o șină cu fante pe partea inferioară a platformei folosind o metodă de fixare adecvată pentru materialul particular al platformei. Șuruburile cu fante sunt atașate la partea superioară a știfturilor (conform ASTM C 754) permițând conexiunii să se miște în sus și în jos în aproximativ 25 mm (1 inch).
Într-un firewall, astfel de conexiuni plutitoare trebuie protejate de foc. Sub o tablă de oțel canelată umplută cu beton, materialul ignifug trebuie să poată umple spațiul neuniform de sub canal și să-și mențină funcția de stingere a incendiilor pe măsură ce distanța dintre partea superioară a peretelui și punte se schimbă. Componentele utilizate pentru această îmbinare au fost testate în conformitate cu noul ASTM E 2837-11 (Metoda de testare standard pentru determinarea rezistenței la foc a sistemelor de îmbinare a capului de perete solid instalate între componentele nominale ale peretelui și componentele orizontale neevaluate). Standardul se bazează pe Underwriters Laboratories (UL) 2079, „Testarea la foc pentru sistemele de conectare a clădirilor”.
Avantajul utilizării unei conexiuni dedicate în partea de sus a peretelui este că poate include ansambluri standardizate, aprobate de cod, rezistente la foc. O construcție tipică este să plasați materialul refractar pe punte și să atârniți câțiva centimetri deasupra pereților de pe ambele părți. Așa cum un perete poate aluneca în sus și în jos liber într-un dispozitiv de mortare, el poate aluneca în sus și în jos și într-un rost de foc. Materialele pentru această componentă pot include vată minerală, oțel refractar structural cimentat sau gips-carton, utilizat singur sau în combinație. Astfel de sisteme trebuie să fie testate, aprobate și listate în cataloage precum Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Concluzie Standardizarea este fundamentul întregii arhitecturi moderne. În mod ironic, există puțină standardizare a „practicii standard” atunci când vine vorba de cadrul din oțel format la rece, iar inovațiile care încalcă aceste tradiții sunt, de asemenea, producători de standarde.
Utilizarea acestor sisteme standardizate poate proteja proiectanții și proprietarii, poate economisi timp și bani semnificativ și poate îmbunătăți siguranța șantierului. Acestea aduc consecvență construcției și sunt mai probabil să funcționeze conform intenției decât sistemele construite. Cu o combinație de ușurință, durabilitate și accesibilitate, CFSF va crește probabil cota pe piața construcțiilor, stimulând, fără îndoială, inovații suplimentare.
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 este un scriitor și fotograf premiat, specializat în industria construcțiilor. El este directorul de creație al Chusid Associates, o firmă de consultanță care oferă servicii de marketing și tehnice producătorilor de produse pentru construcții. Miller poate fi contactat la www.chusid.com.
Bifați caseta de mai jos pentru a confirma dorința dvs. de a fi inclus în diverse comunicări prin e-mail de la Kenilworth Media (inclusiv buletine informative electronice, numere de reviste digitale, sondaje periodice și oferte* pentru industria de inginerie și construcții).
*Nu vindem adresa dvs. de e-mail către terți, pur și simplu vă transmitem ofertele acestora. Desigur, aveți întotdeauna dreptul de a vă dezabona de la orice comunicări pe care vi le trimitem dacă vă răzgândești în viitor.
Ora postării: Iul-07-2023