Dizajniran od strane Todd Bradyja i Stephena H. Millera, CDTC hladno oblikovani (CFSF) (također poznat kao “light gauge”) okvir je prvobitno bio alternativa drvu, ali je nakon decenija agresivnog rada konačno odigrao svoju ulogu. Poput stolarije obrađenog drveta, čelični stupovi i šine mogu se rezati i kombinirati kako bi se stvorili složeniji oblici. Međutim, do nedavno nije bilo prave standardizacije komponenti ili jedinjenja. Svaku grubu rupu ili neki drugi poseban strukturni element mora pojedinačno detaljno razraditi inženjer evidencije (EOR). Izvođači ne prate uvijek ove detalje specifične za projekat i mogu „raditi stvari drugačije“ dugo vremena. Unatoč tome, postoje značajne razlike u kvaliteti montaže na terenu.
Konačno, poznatost rađa nezadovoljstvo, a nezadovoljstvo inspiriše inovacije. Novi elementi okvira (osim standardnih C-stubova i U-traka) ne samo da su dostupni koristeći napredne tehnike oblikovanja, već se također mogu unaprijed projektirati/prethodno odobriti za specifične potrebe kako bi se poboljšala faza CFSF-a u smislu dizajna i konstrukcije. .
Standardizirane, namjenski izrađene komponente koje su u skladu sa specifikacijama mogu obavljati mnoge zadatke na dosljedan način, pružajući bolje i pouzdanije performanse. Oni pojednostavljuju izradu detalja i pružaju rješenje koje je izvođačima lakše pravilno instalirati. Oni također ubrzavaju izgradnju i olakšavaju preglede, štedeći vrijeme i gnjavažu. Ove standardizirane komponente također poboljšavaju sigurnost na radnom mjestu smanjenjem troškova rezanja, montaže, uvrtanja šrafova i zavarivanja.
Standardna praksa bez CFSF standarda postala je toliko prihvaćen dio krajolika da je teško zamisliti komercijalnu ili visokogradnju bez nje. Ovo široko prihvatanje postignuto je u relativno kratkom vremenskom periodu i nije bilo široko korišćeno sve do kraja Drugog svetskog rata.
Prvi CFSF standard dizajna objavio je 1946. godine Američki institut za željezo i čelik (AISI). Najnovija verzija, AISI S 200-07 (Sjevernoamerički standard za hladno oblikovane čelične konstrukcije – generalno), sada je standard u Kanadi, SAD-u i Meksiku.
Osnovna standardizacija je napravila veliku razliku i CFSF je postao popularan način gradnje, bilo da su nosivi ili nenosivi. Njegove prednosti uključuju:
Koliko god da je AISI standard inovativan, on ne kodificira sve. Projektanti i izvođači moraju još mnogo toga odlučiti.
CFSF sistem je baziran na klinovima i šinama. Čelični stupovi, kao i drveni stupovi, su vertikalni elementi. Oni obično formiraju poprečni presjek u obliku slova C, pri čemu „vrh“ i „dno“ C čine usku dimenziju klina (njegova prirubnica). Vodilice su horizontalni elementi okvira (pragovi i nadvratnici), koji imaju U-oblik za smještaj regala. Veličine regala su obično slične nominalnoj "2×" građi: 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ inča) je "2 x 4" i 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ inča) jednako je “2×6″. U ovim primjerima, dimenzija od 41 mm se naziva „polica“, a dimenzija 89 mm ili 140 mm se naziva „mreža“, posuđujući koncepte poznate iz toplo valjanog čelika i sličnih elemenata tipa I-grede. Veličina tračnice odgovara ukupnoj širini klina.
Donedavno, jači elementi potrebni za projekat je morao biti detaljno razrađen od strane EOR-a i sastavljen na licu mesta koristeći kombinaciju kombinovanih klinova i šina, kao i elemenata u obliku slova C i U. Točna konfiguracija se obično dostavlja izvođaču, a čak i unutar istog projekta može se značajno razlikovati. Međutim, decenije iskustva CFSF-a dovele su do prepoznavanja ograničenja ovih osnovnih oblika i problema povezanih s njima.
Na primjer, voda se može akumulirati u donjoj šini zida stuba kada se klin otvori tokom izgradnje. Prisustvo piljevine, papira ili drugih organskih materijala može uzrokovati plijesan ili druge probleme povezane s vlagom, uključujući propadanje suhozida ili privlačenje štetočina iza ograda. Sličan problem može se pojaviti ako voda uđe u gotove zidove i skupi se od kondenzacije, curenja ili izlijevanja.
Jedno rješenje je specijalna staza sa izbušenim rupama za drenažu. Unaprijeđeni dizajn klinova je također u razvoju. Imaju inovativne karakteristike kao što su strateški postavljena rebra koja se savijaju u poprečnom presjeku za dodatnu krutost. Teksturirana površina klina sprečava „pomeranje” zavrtnja, što rezultira čistijim spojem i ujednačenijim završnim slojem. Ova sićušna poboljšanja, pomnožena sa desetinama hiljada skokova, mogu imati ogroman uticaj na projekat.
Ići dalje od klinova i šina Tradicionalni klinovi i šine često su dovoljni za jednostavne zidove bez grubih rupa. Opterećenja mogu uključivati težinu samog zida, završnih obrada i opreme na njemu, težinu vjetra, a za neke zidove uključuju i trajna i privremena opterećenja od krova ili sprata iznad. Ova opterećenja se prenose s gornje šine na stupove, na donju šinu, a odatle na temelj ili druge dijelove gornje konstrukcije (npr. betonska paluba ili konstrukcijski čelični stupovi i grede).
Ako postoji grubi otvor (RO) u zidu (kao što su vrata, prozor ili veliki HVAC kanal), opterećenje iznad otvora mora se prenijeti oko njega. Nadvratnik mora biti dovoljno jak da izdrži opterećenje od jednog ili više takozvanih klinova (i pričvršćenog suhozida) iznad nadvoja i prenese ga na dovratnike (RO vertikalni elementi).
Isto tako, dovratnici moraju biti dizajnirani da nose veće opterećenje od običnih stubova. Na primjer, u unutrašnjim prostorima, otvor mora biti dovoljno jak da izdrži težinu suhozida preko otvora (tj. 29 kg/m2 [6 lbs po kvadratnom metru] [jedan sloj od 16 mm (5/8 inča) po sat zida.) po strani gipsa] ili 54 kg/m2 [11 funti po kvadratnom metru] za dvosatni strukturalni zid [dva sloja gipsa od 16 mm po strani]), plus seizmičko opterećenje i obično težina vrata i njihov inercijski rad. Na vanjskim lokacijama otvori moraju biti sposobni izdržati vjetar, potres i slična opterećenja.
U tradicionalnom CFSF dizajnu, zaglavlja i stupovi pragova izrađuju se na licu mjesta kombiniranjem standardnih letvica i šina u jaču jedinicu. Tipični razdjelnik za reverznu osmozu, poznat kao kasetni razdjelnik, pravi se uvrtanjem i/ili zavarivanjem pet dijelova zajedno. Dva stupa su okružena s dvije šine, a treća šina je pričvršćena na vrhu s rupom okrenutom prema gore kako bi se stup smjestio iznad rupe (slika 1). Drugi tip kutijastih spojeva sastoji se od samo četiri dijela: dva klina i dvije vodilice. Drugi se sastoji od tri dijela – dvije staze i ukosnice. Tačne metode proizvodnje za ove komponente nisu standardizirane, ali variraju između izvođača, pa čak i radnika.
Iako kombinatorna proizvodnja može uzrokovati brojne probleme, dobro se dokazala u industriji. Cijena faze inženjeringa bila je visoka jer nije bilo standarda, pa su grubi otvori morali biti individualno dizajnirani i finalizirani. Rezanje i montaža ovih radno intenzivnih komponenti na licu mjesta također povećava troškove, troši materijale, povećava otpad na gradilištu i povećava sigurnosne rizike na gradilištu. Osim toga, to stvara probleme kvalitete i konzistentnosti zbog kojih bi profesionalni dizajneri trebali biti posebno zabrinuti. To ima tendenciju da smanji konzistentnost, kvalitetu i pouzdanost okvira, a također može utjecati na kvalitetu završne obrade suhozida. (Pogledajte “Loša veza” za primjere ovih problema.)
Sistemi povezivanja Pričvršćivanje modularnih priključaka na police može uzrokovati i estetske probleme. Preklapanje metala na metal uzrokovano jezičcima na modularnom razdjelniku može utjecati na završnu obradu zida. Niti jedan unutarnji suhozid ili vanjska obloga ne bi smjela ležati ravno na metalnom listu iz kojeg vire glave vijaka. Izdignute zidne površine mogu uzrokovati uočljive neravne završne obrade i zahtijevati dodatne korektivne radove kako bi se sakrile.
Jedno rješenje za problem povezivanja je korištenje gotovih stezaljki, pričvršćivanje ih na stupove dovratnika i koordinacija spojeva. Ovaj pristup standardizira veze i eliminira nedosljednosti uzrokovane izradom na licu mjesta. Stezaljka eliminiše metalno preklapanje i izbočene glave vijaka na zidu, poboljšavajući završnu obradu zida. Takođe može prepoloviti troškove montaže. Ranije je jedan radnik morao da drži heder u nivou, dok ga je drugi zavrtao na mesto. U sistemu štipaljki, radnik postavlja kopče, a zatim spaja konektore na kopče. Ova stezaljka se obično proizvodi kao dio montažnog sistema fitinga.
Razlog za pravljenje razdjelnika od više komada savijenog metala je da se obezbijedi nešto jače od jednog komada tračnice za podupiranje zida iznad otvora. Budući da savijanje učvršćuje metal kako bi se spriječilo savijanje, efektivno formirajući mikrogrede u većoj ravnini elementa, isti rezultat se može postići korištenjem jednog komada metala s mnogo savijanja.
Ovaj princip je lako razumjeti držeći list papira u blago ispruženim rukama. Prvo se papir savija u sredini i klizi. Međutim, ako se jednom presavije duž svoje dužine, a zatim razmota (tako da papir formira kanal u obliku slova V), manja je vjerovatnoća da će se saviti i pasti. Što više nabora napravite, to će biti tvrđi (u određenim granicama).
Tehnika višestrukog savijanja iskorištava ovaj efekat dodavanjem naslaganih žljebova, kanala i petlji cjelokupnom obliku. “Direct Strength Calculation” – nova praktična kompjuterski potpomognuta metoda analize – zamijenila je tradicionalno “Effective Width Calculation” i omogućila pretvaranje jednostavnih oblika u odgovarajuće, efikasnije konfiguracije kako bi se dobili bolji rezultati od čelika. Ovaj trend se može vidjeti u mnogim CFSF sistemima. Ovi oblici, posebno kada se koristi jači čelik (390 MPa (57 psi) umjesto prethodnog industrijskog standarda od 250 MPa (36 psi)), mogu poboljšati ukupne performanse elementa bez ikakvog kompromisa u veličini, težini ili debljini. postati. došlo je do promjena.
U slučaju hladno oblikovanog čelika, još jedan faktor dolazi u obzir. Hladna obrada čelika, kao što je savijanje, mijenja svojstva samog čelika. Granica tečenja i vlačna čvrstoća obrađenog dijela čelika se povećava, ali se duktilnost smanjuje. Dijelovi koji najviše rade dobijaju najviše. Napredak u oblikovanju valjaka doveo je do čvršćih savijanja, što znači da čelik najbliži zakrivljenoj ivici zahtijeva više posla nego stari proces oblikovanja valjaka. Što su zavoji veći i čvršći, to će više čelika u elementu biti ojačano hladnom obradom, povećavajući ukupnu čvrstoću elementa.
Obične gusjenice u obliku slova U imaju dva zavoja, C-stubovi imaju četiri krivine. Unaprijed konstruirani modificirani W razdjelnik ima 14 krivina raspoređenih da maksimiziraju količinu metala koji se aktivno odupire naprezanju. Jedan komad u ovoj konfiguraciji može biti cijeli okvir vrata u grubom otvoru okvira vrata.
Za vrlo široke otvore (tj. preko 2 m [7 stopa]) ili velika opterećenja, poligon se može dodatno ojačati odgovarajućim umetcima u obliku slova W. Dodaje više metala i 14 savijanja, čime je ukupan broj savijanja u ukupnom obliku 28. Umetak je postavljen unutar poligona sa obrnutim W-ovima tako da dva W-a zajedno formiraju grubi X-oblik. W noge djeluju kao prečke. Instalirali su zavrtnje koji nedostaju preko RO, koji su držani na mjestu pomoću šrafova. Ovo važi bez obzira na to da li je ugrađen umetak za pojačanje ili ne.
Glavne prednosti ovog prethodno oblikovanog sistema glava/kopča su brzina, konzistentnost i poboljšana završna obrada. Odabirom certificiranog montažnog sistema nadvratnika, kao što je onaj koji je odobrila Međunarodna služba za ocjenjivanje kodeksa prakse (ICC-ES), dizajneri mogu specificirati komponente na osnovu zahtjeva za zaštitu od požara opterećenja i tipa zida i izbjeći potrebu za projektiranjem i detaljima svakog posla. , štedeći vrijeme i resurse. (ICC-ES, Služba za procjenu Međunarodnog komiteta kodova, akreditirana od strane Vijeća za standarde Kanade [SCC]). Ova prefabrikacija također osigurava da su slijepi otvori izrađeni kako je projektirano, sa dosljednom strukturnom čvrstoćom i kvalitetom, bez odstupanja zbog rezanja i montaže na licu mjesta.
Konzistentnost ugradnje je takođe poboljšana jer stezaljke imaju prethodno izbušene rupe sa navojem, što olakšava numerisanje i postavljanje spojeva sa zavrtnjima. Eliminira metalna preklapanja na zidovima, poboljšava ravnost površine suhozida i sprječava neravnine.
Osim toga, takvi sistemi imaju ekološke prednosti. U poređenju sa kompozitnim komponentama, potrošnja čelika jednodelnih razvodnika može se smanjiti do 40%. Budući da ovo ne zahtijeva zavarivanje, eliminiraju se prateće emisije otrovnih plinova.
Šipke sa širokim prirubnicama Tradicionalni klinovi se izrađuju spajanjem (uvrtanjem i/ili zavarivanjem) dva ili više klinova. Iako su moćni, oni također mogu stvoriti vlastite probleme. Mnogo ih je lakše sastaviti prije ugradnje, posebno kada je u pitanju lemljenje. Međutim, ovo blokira pristup dijelu s klinovima pričvršćenim na vrata šupljeg metalnog okvira (HMF).
Jedno rješenje je da izrežete rupu u jednom od stubova za pričvršćivanje na okvir iznutra. Međutim, to može otežati inspekciju i zahtijevati dodatni rad. Poznato je da inspektori insistiraju na pričvršćivanju HMF-a na jednu polovinu klina dovratnika i pregledu, a zatim zavarivanju druge polovine sklopa dvostrukog klina na mjesto. Ovo zaustavlja sve radove oko vrata, može odgoditi druge radove i zahtijeva povećanu zaštitu od požara zbog zavarivanja na licu mjesta.
Prefabricirani klinovi sa širokim ramenima (posebno dizajnirani kao držači) mogu se koristiti umjesto slagavih klinova, štedeći značajno vrijeme i materijal. Problemi s pristupom povezanim sa HMF vratima su također riješeni jer otvorena C strana omogućava nesmetan pristup i laku inspekciju. Otvoreni C-oblik također pruža potpunu izolaciju gdje kombinovani nadvratnici i dovratnici tipično stvaraju razmak od 102 do 152 mm (4 do 6 inča) u izolaciji oko vrata.
Veze na vrhu zida Još jedno područje dizajna koje je imalo koristi od inovacije je veza na vrhu zida i gornje palube. Udaljenost od jednog poda do drugog može se neznatno razlikovati tijekom vremena zbog varijacije u progibu palube pod različitim uvjetima opterećenja. Za zidove koji nisu nosivi, treba postojati razmak između vrha stubova i ploče, što omogućava da se paluba pomakne prema dolje bez prignječenja klinova. Platforma takođe mora biti u mogućnosti da se pomeri prema gore bez lomljenja klinova. Zazor je najmanje 12,5 mm (½ in.), što je polovina ukupne tolerancije kretanja od ±12,5 mm.
Dominiraju dva tradicionalna rješenja. Jedan je pričvrstiti dugačku šinu (50 ili 60 mm (2 ili 2,5 in)) na palubu, sa vrhovima klinova jednostavno umetnutim u šinu, a ne pričvršćenim. Kako bi se spriječilo da se klinovi uvijaju i izgube svoju strukturnu vrijednost, komad hladno valjanog kanala se ubacuje kroz rupu na šiljci na udaljenosti od 150 mm (6 inča) od vrha zida. proces potrošnje Proces nije popularan među izvođačima. U nastojanju da smanje uglove, neki izvođači mogu čak i odustati od hladno valjanog kanala tako što stavljaju klinove na šine bez načina da ih drže na mjestu ili izravnavaju. Ovo krši standardnu praksu ASTM C 754 za ugradnju čeličnih elemenata okvira za proizvodnju suhozidnih proizvoda s navojem, koja kaže da se klinovi moraju pričvrstiti na šine vijcima. Ako se ovo odstupanje od dizajna ne otkrije, to će utjecati na kvalitetu gotovog zida.
Još jedno široko korišteno rješenje je dvotračni dizajn. Standardna staza je postavljena na vrh klinova i svaki klin je pričvršćen za nju. Druga, po narudžbini, šira šina postavljena je iznad prve i povezana sa gornjom palubom. Standardne staze mogu da klize gore i dole unutar prilagođenih staza.
Za ovaj zadatak razvijeno je nekoliko rješenja, od kojih sva uključuju specijalizirane komponente koje pružaju utorne veze. Varijacije uključuju tip trake s prorezima ili tip kopče s prorezima koja se koristi za pričvršćivanje staze na palubu. Na primjer, pričvrstite šinu s prorezima na donju stranu palube koristeći metodu pričvršćivanja koja je prikladna za određeni materijal palube. Vijci sa prorezima pričvršćeni su na vrhove klinova (prema ASTM C 754) omogućavajući vezi da se pomera gore-dole unutar približno 25 mm (1 inča).
U firewall-u, takve plutajuće veze moraju biti zaštićene od požara. Ispod čelične palube sa žljebovima ispunjene betonom, vatrootporni materijal mora biti u stanju popuniti neravni prostor ispod utora i održati svoju funkciju za gašenje požara kako se razmak između vrha zida i palube mijenja. Komponente koje se koriste za ovaj spoj su testirane u skladu sa novim ASTM E 2837-11 (Standardna metoda ispitivanja za određivanje otpornosti na vatru sistema spojnih glava od punog zida instaliranog između nominalnih zidnih komponenti i horizontalnih komponenti koje nisu označene). Standard je baziran na Underwriters Laboratories (UL) 2079, “Ispitivanje požara za sisteme za povezivanje zgrada”.
Prednost korištenja namjenske veze na vrhu zida je u tome što može uključivati standardizirane, kodom odobrene, vatrootporne sklopove. Tipična konstrukcija je da se vatrostalni materijal postavi na palubu i visi nekoliko inča iznad vrha zidova sa obe strane. Baš kao što zid može slobodno kliziti gore-dolje u utičnici, može kliziti gore-dolje iu požarnom spoju. Materijali za ovu komponentu mogu uključivati mineralnu vunu, cementirani konstrukcijski čelični vatrostalni materijal ili suhozid, koji se koristi samostalno ili u kombinaciji. Takvi sistemi moraju biti testirani, odobreni i navedeni u katalozima kao što su Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Zaključak Standardizacija je temelj sve moderne arhitekture. Ironično, postoji malo standardizacije „standardne prakse“ kada je u pitanju hladno oblikovani čelični okvir, a inovacije koje razbijaju tu tradiciju također stvaraju standarde.
Upotreba ovih standardiziranih sistema može zaštititi dizajnere i vlasnike, uštedjeti značajno vrijeme i novac i poboljšati sigurnost lokacije. Oni donose konzistentnost u konstrukciju i vjerojatnije je da će raditi kako je predviđeno od ugrađenih sistema. Kombinacijom lakoće, održivosti i pristupačnosti, CFSF će vjerovatno povećati svoj udio na građevinskom tržištu, bez sumnje podstaći daljnje inovacije.
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 je nagrađivani pisac i fotograf specijaliziran za građevinsku industriju. On je kreativni direktor Chusid Associates, konsultantske firme koja pruža marketinške i tehničke usluge proizvođačima građevinskih proizvoda. Millera možete kontaktirati na www.chusid.com.
Označite polje ispod da potvrdite svoju želju da budete uključeni u različite komunikacije putem e-pošte od Kenilworth Media (uključujući e-biltene, izdanja digitalnih časopisa, periodične ankete i ponude* za inženjering i građevinsku industriju).
*Ne prodajemo vašu e-mail adresu trećim licima, samo vam prosljeđujemo njihove ponude. Naravno, uvijek imate pravo da se odjavite od bilo koje komunikacije koju vam pošaljemo ako se u budućnosti predomislite.
Vrijeme objave: Jul-07-2023