Todd Bradyn ja Stephen H. Millerin suunnittelema CDTC kylmämuovattu (CFSF) (tunnetaan myös nimellä "light gauge") -runko oli alun perin vaihtoehto puulle, mutta vuosikymmeniä kestäneen aggressiivisen työn jälkeen se osoitti lopulta osansa. Kuten puusepän viimeistelty puu, terästolpat ja telat voidaan leikata ja yhdistää monimutkaisempien muotojen luomiseksi. Kuitenkin viime aikoihin asti ei ole ollut todellista komponenttien tai yhdisteiden standardointia. Jokainen karkea reikä tai muu erityinen rakenteellinen elementti on yksilöitävä Recorder of Record (EOR) -insinöörin toimesta. Urakoitsijat eivät aina noudata näitä projektikohtaisia yksityiskohtia ja voivat "tehdä asiat toisin" pitkään. Tästä huolimatta kenttäkokoonpanon laadussa on merkittäviä eroja.
Viime kädessä tuttuus synnyttää tyytymättömyyttä ja tyytymättömyys inspiroi innovaatioita. Uusia kehysosia (standardien C-nastat ja U-telat) ei ole saatavana vain edistyneillä muotoilutekniikoilla, vaan ne voidaan myös esisuunnitella/valmiiksi hyväksyä erityistarpeita varten CFSF-vaiheen suunnittelun ja rakentamisen parantamiseksi. .
Standardoidut, tarkoitukseen rakennetut eritelmien mukaiset komponentit voivat suorittaa monia tehtäviä johdonmukaisesti, mikä tarjoaa paremman ja luotettavamman suorituskyvyn. Ne yksinkertaistavat yksityiskohtia ja tarjoavat ratkaisun, joka urakoitsijoiden on helpompi asentaa oikein. Ne myös nopeuttavat rakentamista ja helpottavat tarkastuksia, mikä säästää aikaa ja vaivaa. Nämä standardoidut komponentit parantavat myös työpaikan turvallisuutta vähentämällä leikkaus-, kokoonpano-, ruuvaus- ja hitsauskustannuksia.
Vakiokäytännöstä ilman CFSF-standardeja on tullut niin hyväksytty osa maisemaa, että on vaikea kuvitella kaupallista tai kerrostalorakentamista ilman sitä. Tämä laaja hyväksyntä saavutettiin suhteellisen lyhyessä ajassa, ja sitä käytettiin laajalti vasta toisen maailmansodan lopussa.
Ensimmäisen CFSF-suunnittelustandardin julkaisi vuonna 1946 American Iron and Steel Institute (AISI). Uusin versio, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing – General), on nyt standardi Kanadassa, Yhdysvalloissa ja Meksikossa.
Perusstandardointi teki suuren eron ja CFSF:stä tuli suosittu rakennusmenetelmä, olivat ne sitten kantavia tai ei-kantavia. Sen etuja ovat:
Niin innovatiivinen kuin AISI-standardi onkin, se ei kodifioi kaikkea. Suunnittelijoilla ja urakoitsijoilla on vielä paljon päätettävää.
CFSF-järjestelmä perustuu nastoihin ja kiskoihin. Terästolpat, kuten puutolpat, ovat pystysuuntaisia elementtejä. Ne muodostavat yleensä C:n muotoisen poikkileikkauksen, jolloin C:n "yläosa" ja "alaosa" muodostavat nastan (sen laipan) kapean ulottuvuuden. Ohjaimet ovat vaakasuuntaisia kehyselementtejä (kynnykset ja kammat), joiden muoto on U-muotoinen telineisiin. Telineen koot ovat yleensä samanlaisia kuin nimellispuutavara "2×": 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ tuumaa) on 2 x 4" ja 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ tuumaa) vastaa "2×6". Näissä esimerkeissä 41 mm:n mittaa kutsutaan "hyllyksi" ja 89 mm:n tai 140 mm:n mittaa "rainaksi", lainaten käsitteitä, jotka ovat tuttuja kuumavalssatusta teräksestä ja vastaavista I-palkkityyppisistä osista. Telan koko vastaa nastan kokonaisleveyttä.
Viime aikoihin asti hankkeen vaatimat vahvemmat elementit joutui EOR:n täsmentämään ja koota paikan päällä yhdistämällä yhdistelmänastat ja kiskot sekä C- ja U-muotoiset elementit. Tarkka kokoonpano toimitetaan yleensä urakoitsijalle ja jopa saman projektin sisällä se voi vaihdella suuresti. CFSF:n vuosikymmenten kokemus on kuitenkin johtanut näiden perusmuotojen rajoitusten ja niihin liittyvien ongelmien tunnistamiseen.
Esimerkiksi nastaseinän pohjakiskoon voi kerääntyä vettä, kun nasta avataan rakentamisen aikana. Sahanpurun, paperin tai muiden orgaanisten materiaalien läsnäolo voi aiheuttaa hometta tai muita kosteuteen liittyviä ongelmia, mukaan lukien kipsilevyn huononeminen tai tuholaisten houkutteleminen aitojen taakse. Samanlainen ongelma voi ilmetä, jos vettä imeytyy valmiisiin seiniin ja kerääntyy kondensaatiosta, vuodoista tai roiskeista.
Yksi ratkaisu on erityinen käytävä, johon on porattu reiät viemäröintiä varten. Myös parannettuja nastamalleja on kehitteillä. Niissä on innovatiivisia ominaisuuksia, kuten strategisesti sijoitetut rivat, jotka taipuvat poikkileikkaukseltaan lisäämään jäykkyyttä. Nastan kuvioitu pinta estää ruuvia "liikkumasta", jolloin liitos on puhtaampi ja lopputulos on tasaisempi. Näillä pienillä parannuksilla, kerrottuna kymmenillä tuhansilla piikkeillä, voi olla valtava vaikutus projektiin.
Nastat ja kiskot pidemmälle Perinteiset nastat ja kiskot riittävät usein yksinkertaisiin seiniin, joissa ei ole karkeita reikiä. Kuormitukset voivat sisältää itse seinän painon, sen pinnat ja varusteet, tuulen painon ja joidenkin seinien osalta myös pysyvät ja tilapäiset kuormitukset katolta tai ylhäältä. Nämä kuormat välittyvät yläkiskosta pylväisiin, alakiskoihin ja sieltä perustuksiin tai muihin päällirakenteen osiin (esim. betonikannelle tai rakenneteräspilareille ja -palkeille).
Jos seinässä on karkea aukko (RO) (kuten ovi, ikkuna tai suuri LVI-kanava), aukon yläpuolelta tuleva kuorma on siirrettävä sen ympärille. Katman tulee olla riittävän vahva kantaakseen kuorman yhdestä tai useammasta niin sanotusta nastasta (ja kiinnitetystä kipsilevystä) kaman yläpuolella ja siirtääkseen sen karmin nastoihin (RO-pystyosat).
Samoin oven karmin pylväät on suunniteltava kestämään suurempi kuorma kuin tavalliset pylväät. Esimerkiksi sisätiloissa aukon on oltava riittävän vahva kantamaan kipsilevyn painon aukon päällä (eli 29 kg/m2 [6 lbs per neliöjalka] [yksi kerros 16 mm (5/8 tuumaa) per tunti seinää.) kipsiä kohti] tai 54 kg/m2 [11 puntaa neliöjalkaa kohti] kahden tunnin rakenneseinässä [kaksi kerrosta 16 mm:n kipsiä per sivu]), plus seisminen kuormitus ja tyypillisesti kipsien paino ovi ja sen inertiatoiminta. Ulkoisissa paikoissa aukkojen on kestettävä tuulta, maanjäristystä ja vastaavia kuormituksia.
Perinteisessä CFSF-designissa jalat ja kynnystolpat valmistetaan paikan päällä yhdistämällä vakiolistat ja kiskot vahvemmaksi kokonaisuudeksi. Tyypillinen käänteisosmoosisarja, joka tunnetaan nimellä kasettijakotukki, valmistetaan ruuvaamalla ja/tai hitsaamalla viisi kappaletta yhteen. Kahta pylvästä reunustaa kaksi kiskoa, ja kolmas kisko on kiinnitetty yläosaan reikä ylöspäin pylvään sijoittamiseksi reiän yläpuolelle (kuva 1). Toinen laatikkoliitostyyppi koostuu vain neljästä osasta: kahdesta nastasta ja kahdesta ohjaimesta. Toinen koostuu kolmesta osasta – kahdesta raidasta ja hiusneulasta. Näiden komponenttien tarkkaa tuotantomenetelmää ei ole standardoitu, vaan ne vaihtelevat urakoitsijoiden ja jopa työntekijöiden välillä.
Vaikka kombinatorinen tuotanto voi aiheuttaa monia ongelmia, se on osoittautunut hyvin teollisuudessa. Suunnitteluvaiheen kustannukset olivat korkeat, koska standardeja ei ollut, joten karkeat aukot piti suunnitella ja viimeistellä yksilöllisesti. Näiden työvaltaisten komponenttien leikkaaminen ja kokoaminen paikan päällä lisää myös kustannuksia, materiaalien hukkaa, lisää jätettä ja työpaikan turvallisuusriskejä. Lisäksi se luo laatu- ja johdonmukaisuusongelmia, joista ammattisuunnittelijoiden tulisi olla erityisen huolissaan. Tämä heikentää rungon yhtenäisyyttä, laatua ja luotettavuutta ja voi myös vaikuttaa kipsilevyn viimeistelyn laatuun. (Katso "Huono yhteys" esimerkkejä näistä ongelmista.)
Liitäntäjärjestelmät Modulaaristen liitäntöjen kiinnittäminen telineisiin voi myös aiheuttaa esteettisiä ongelmia. Modulaarisen jakotukin kielekkeiden aiheuttama metallin päällekkäisyys voi vaikuttaa seinän viimeistelyyn. Mikään sisäinen kipsilevy tai ulkoverhous ei saa olla tasaisesti metallilevyllä, josta ruuvinpäät työntyvät esiin. Kohotetut seinäpinnat voivat aiheuttaa huomattavan epätasaisen pinnan ja vaatia lisäkorjaustyötä niiden piilottamiseksi.
Yksi ratkaisu liitosongelmaan on käyttää valmiita puristimia, kiinnittää ne karmin pylväisiin ja koordinoida liitokset. Tämä lähestymistapa standardoi liitännät ja eliminoi paikan päällä tapahtuvan valmistuksen aiheuttamat epäjohdonmukaisuudet. Puristin eliminoi metallin päällekkäisyyden ja ulkonevat ruuvinpäät seinästä, mikä parantaa seinän viimeistelyä. Se voi myös puolittaa asennustyökustannukset. Aikaisemmin yhden työntekijän piti pitää yläpäätä vaakasuorassa, kun taas toinen ruuvatti sen paikalleen. Klipsijärjestelmässä työntekijä asentaa pidikkeet ja napsauttaa sitten liittimet kiinnikkeisiin. Tämä puristin valmistetaan yleensä osana esivalmistettua kiinnitysjärjestelmää.
Syy jakotukkien tekemiseen useista taivutetuista metallikappaleista on tarjota jotain vahvempaa kuin yksi kappale telaketjua tukemaan seinää aukon yläpuolella. Koska taivutus jäykistää metallia vääntymisen estämiseksi ja muodostaa tehokkaasti mikrosäteitä elementin suuremmassa tasossa, sama tulos voidaan saavuttaa käyttämällä yhtä metallipalaa, jossa on useita taivutuksia.
Tämä periaate on helppo ymmärtää pitämällä paperiarkkia hieman ojennetuissa käsissä. Ensin paperi taittuu keskeltä ja liukuu. Jos se kuitenkin taitetaan kerran pituudeltaan ja sitten rullataan auki (joten paperi muodostaa V-muotoisen kanavan), se ei todennäköisesti taipu ja putoaa. Mitä enemmän taitoksia teet, sitä jäykempi se on (tietyissä rajoissa).
Monitaivutustekniikka hyödyntää tätä vaikutusta lisäämällä pinottuja uria, kanavia ja silmukoita yleiseen muotoon. "Direct Strength Calculation" - uusi käytännöllinen tietokoneavusteinen analyysimenetelmä - korvasi perinteisen "tehokkaan leveyden laskennan" ja mahdollisti yksinkertaisten muotojen muuntamisen sopiviksi, tehokkaammiksi kokoonpanoiksi, jotta teräksestä saadaan parempia tuloksia. Tämä suuntaus näkyy monissa CFSF-järjestelmissä. Nämä muodot, varsinkin kun käytetään vahvempaa terästä (390 MPa (57 psi) aiemman alan standardin 250 MPa (36 psi) sijasta), voivat parantaa elementin yleistä suorituskykyä tinkimättä koosta, painosta tai paksuudesta. tulla. muutoksia on tapahtunut.
Kylmämuovatun teräksen tapauksessa toinen tekijä vaikuttaa. Teräksen kylmätyöstö, kuten taivutus, muuttaa itse teräksen ominaisuuksia. Teräksen käsitellyn osan myötöraja ja vetolujuus kasvavat, mutta sitkeys heikkenee. Eniten toimivat osat saavat eniten. Rullamuovauksen edistyminen on johtanut tiukempiin taivutuksiin, mikä tarkoittaa, että kaarevaa reunaa lähinnä oleva teräs vaatii enemmän työtä kuin vanha rullamuovausprosessi. Mitä suurempia ja tiukempia mutkia on, sitä enemmän elementin terästä vahvistetaan kylmämuokkauksella, mikä lisää elementin kokonaislujuutta.
Tavallisissa U-muotoisissa teloissa on kaksi mutkaa, C-nastoissa neljä mutkaa. Esisuunniteltu modifioitu W-jakotukki sisältää 14 mutkaa, jotka on järjestetty maksimoimaan rasitusta aktiivisesti vastustavan metallin määrän. Yksittäinen kappale tässä kokoonpanossa voi olla koko ovenkarmi oven karmin karkeassa aukossa.
Erittäin leveillä aukoilla (eli yli 2 m [7 ft]) tai suurilla kuormilla monikulmiota voidaan vahvistaa edelleen sopivilla W-muotoisilla lisäkkeillä. Se lisää metallia ja 14 mutkaa, jolloin kokonaismuodossa olevien mutkien kokonaismäärä on 28. Sisäke asetetaan polygonin sisään käänteisillä W:illä siten, että kaksi W:tä yhdessä muodostavat karkean X-muodon. W:n jalat toimivat poikkipalkeina. He asensivat RO:n päälle puuttuvat nastat, jotka pidettiin paikallaan ruuveilla. Tämä pätee riippumatta siitä, onko vahvistusosa asennettu vai ei.
Tämän esimuotoillun pää/klipsijärjestelmän tärkeimmät edut ovat nopeus, tasaisuus ja parempi viimeistely. Valitsemalla sertifioidun esivalmistetun kattoverkon, kuten kansainvälisen toimintaohjekomitean arviointipalvelun (ICC-ES) hyväksymän, suunnittelijat voivat määrittää komponentit kuormitus- ja seinätyyppisten palosuojausvaatimusten perusteella ja välttää jokaisen työn suunnittelun ja yksityiskohtaisen suunnittelun. säästää aikaa ja resursseja. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, Kanadan standardineuvoston [SCC] akkreditoima). Tämä esivalmistus varmistaa myös, että sokeaukot rakennetaan suunnitellusti, rakenteellisesti vakaasti ja laadukkaasti, ilman paikan päällä tapahtuvasta leikkauksesta ja asennuksesta johtuvia poikkeamia.
Asennuksen johdonmukaisuus paranee myös, kun kiinnittimissä on valmiiksi poratut kierrereiät, mikä helpottaa liitosten numerointia ja sijoittamista karmin nastoilla. Poistaa metalliset päällekkäisyydet seinillä, parantaa kipsilevyn pinnan tasaisuutta ja ehkäisee epätasaisuuksia.
Lisäksi tällaisilla järjestelmillä on ympäristöhyötyjä. Komposiittikomponentteihin verrattuna yksiosaisten jakotukkien teräksen kulutusta voidaan vähentää jopa 40 %. Koska tämä ei vaadi hitsausta, siihen liittyvät myrkyllisten kaasujen päästöt eliminoituvat.
Leveät laippapultit Perinteiset nastat valmistetaan yhdistämällä (ruuvaamalla ja/tai hitsaamalla) kaksi tai useampia nastoja. Vaikka ne ovat voimakkaita, ne voivat myös luoda omia ongelmiaan. Ne on paljon helpompi koota ennen asennusta, varsinkin kun on kyse juottamisesta. Tämä kuitenkin estää pääsyn Hollow Metal Frame (HMF) -oviaukon nastaosaan.
Yksi ratkaisu on leikata yhteen pystytuista reikä, joka kiinnitetään runkoon pystytuen kokoonpanon sisältä. Tämä voi kuitenkin vaikeuttaa tarkastusta ja vaatia lisätyötä. Tarkastajien tiedetään vaativan HMF:n kiinnittämistä oven karmin pultin toiseen puolikkaaseen ja sen tarkastamista ja sitten kaksoispulttikokoonpanon toisen puoliskon hitsaamista paikalleen. Tämä pysäyttää kaiken työn oviaukon ympärillä, voi viivästyttää muita töitä ja vaatii tehostettua palosuojausta paikan päällä tapahtuvan hitsauksen vuoksi.
Pinottavien nastojen sijasta voidaan käyttää valmiita leveälapaisia nastoja (erityisesti suunniteltu karmin nastoihin), mikä säästää merkittävästi aikaa ja materiaalia. HMF-oviaukkoon liittyvät pääsyongelmat on myös ratkaistu, koska avoin C-puoli mahdollistaa keskeytymättömän pääsyn ja helpon tarkastuksen. Avoin C-muoto tarjoaa myös täyden eristyksen, jossa yhdistetyt kamaat ja karmin pylväät muodostavat tyypillisesti 102–152 mm:n (4–6 tuuman) raon eristykseen oviaukon ympärille.
Liitännät seinän yläosassa Toinen innovaatioista hyötynyt suunnittelualue on seinän yläosan liitos yläkerrokseen. Etäisyys kerroksesta toiseen voi vaihdella hieman ajan myötä kannen taipuman vaihtelun vuoksi eri kuormitusolosuhteissa. Ei-kantavissa seinissä nastojen yläosan ja paneelin väliin tulee jäädä rako, jolloin kansi pääsee liikkumaan alas nastoja puristamatta. Lavan on myös voitava nousta ylös rikkomatta nastoja. Välys on vähintään 12,5 mm (½ tuumaa), mikä on puolet ±12,5 mm:n kokonaisliiketoleranssista.
Kaksi perinteistä ratkaisua hallitsee. Yksi on kiinnittää pitkä tela (50 tai 60 mm (2 tai 2,5 tuumaa)) kanteen niin, että tappien kärjet työnnetään yksinkertaisesti kiskoon, ei kiinnitetä. Jotta nastat eivät väänny ja menettäisi rakenteellista arvoaan, työnnetään kylmävalssatun kanavan pala nastan reiän läpi 150 mm (6 tuuman) etäisyydelle seinän yläosasta. kuluttava prosessi Prosessi ei ole suosittu urakoitsijoiden keskuudessa. Yrittäessään leikata kulmia jotkut urakoitsijat voivat jopa luopua kylmävalssatusta kanavasta asettamalla nastat kiskoihin ilman keinoja pitää niitä paikallaan tai tasoittaa niitä. Tämä rikkoo ASTM C 754 -standardin standardikäytäntöä teräsrunkoelementtien asentamisesta kierrekipsilevytuotteiden valmistukseen, jonka mukaan nastat on kiinnitettävä kiskoihin ruuveilla. Jos tätä poikkeamaa suunnittelusta ei havaita, se vaikuttaa valmiin seinän laatuun.
Toinen laajalti käytetty ratkaisu on kaksoisratarakenne. Vakiokisko asetetaan nastojen päälle ja jokainen nasta on pultattu siihen. Toinen, mittatilaustyönä valmistettu, leveämpi kisko sijoitetaan ensimmäisen yläpuolelle ja liitetään yläkanteen. Vakioradat voivat liukua ylös ja alas mukautettujen raitojen sisällä.
Tätä tehtävää varten on kehitetty useita ratkaisuja, jotka kaikki sisältävät erikoiskomponentteja, jotka tarjoavat uraliitännät. Muunnelmia ovat uritetun raidan tyyppi tai urakiinnikkeen tyyppi, jota käytetään raidan kiinnittämiseen kanteen. Kiinnitä esimerkiksi uritettu kisko kannen alapuolelle käyttämällä kiinnitysmenetelmää, joka sopii kannen materiaaliin. Uraruuvit on kiinnitetty nastojen yläosaan (ASTM C 754:n mukaan), jolloin liitos voi liikkua ylös ja alas noin 25 mm:n (1 tuuman) sisällä.
Palomuurissa tällaiset kelluvat liitännät on suojattava tulelta. Betonilla täytetyn uritetun teräskannen alla tulee paloa hidastavan materiaalin pystyä täyttämään uran alla oleva epätasainen tila ja säilyttämään palonsammutustehtävänsä seinän yläosan ja kannen välisen etäisyyden muuttuessa. Tässä liitoksessa käytetyt komponentit on testattu uuden ASTM E 2837-11:n (Standard Test Method for Determining the Fire Resistens of Solid Wall Head Liitosjärjestelmät, jotka on asennettu nimellisten seinäosien ja ei-mitoitettujen vaakasuuntaisten osien väliin) mukaisesti. Standardi perustuu Underwriters Laboratories (UL) 2079:een, "Fire Testing for Building Connecting Systems".
Seinän yläosassa olevan erillisen liitännän etuna on, että se voi sisältää standardoituja, koodihyväksyttyjä, palonkestäviä kokoonpanoja. Tyypillinen rakenne on sijoittaa tulenkestävä kansi kannelle ja ripustaa muutaman tuuman seinien yläpuolelle kummallakin puolella. Aivan kuten seinä voi liukua ylös ja alas vapaasti upotustelineessä, se voi liukua ylös ja alas myös paloliitoksessa. Tämän komponentin materiaaleja voivat olla mineraalivilla, tulenkestävä sementoitu rakenneteräs tai kipsilevy, jota käytetään yksinään tai yhdistelmänä. Tällaiset järjestelmät on testattava, hyväksytty ja listattava luetteloihin, kuten Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Johtopäätös Standardointi on kaiken modernin arkkitehtuurin perusta. Ironista kyllä, kylmämuovatun teräskehyksen "vakiokäytäntö" on vain vähän standardoitu, ja näitä perinteitä rikkovat innovaatiot ovat myös standardien tekijöitä.
Näiden standardoitujen järjestelmien käyttö voi suojella suunnittelijoita ja omistajia, säästää huomattavasti aikaa ja rahaa sekä parantaa työpaikan turvallisuutta. Ne tuovat rakentamiseen johdonmukaisuutta ja toimivat todennäköisemmin suunnitellusti kuin rakennetut järjestelmät. Keveyden, kestävyyden ja kohtuuhintaisuuden yhdistelmällä CFSF todennäköisesti kasvattaa osuuttaan rakennusmarkkinoilla, mikä epäilemättä kannustaa lisää innovaatioita.
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 on palkittu kirjailija ja valokuvaaja, joka on erikoistunut rakennusteollisuuteen. Hän on rakennustuotteiden valmistajille markkinointi- ja teknisiä palveluita tarjoavan konsulttiyrityksen Chusid Associatesin luova johtaja. Milleriin voi ottaa yhteyttä osoitteessa www.chusid.com.
Valitse alla oleva ruutu vahvistaaksesi, että haluat olla mukana Kenilworth Median erilaisissa sähköpostiviesteissä (mukaan lukien sähköiset uutiskirjeet, digitaaliset aikakauslehdet, määräaikaiset kyselyt ja tarjoukset* konepaja- ja rakennusteollisuudelle).
*Emme myy sähköpostiosoitettasi kolmansille osapuolille, vaan välitämme heidän tarjouksensa sinulle. Tietenkin sinulla on aina oikeus peruuttaa kaikki sinulle lähettämämme viestit, jos muutat mielesi tulevaisuudessa.
Postitusaika: 7.7.2023