Проектирана от Тод Брейди и Стивън Х. Милър, CDTC студено формованата (CFSF) (известна още като „олекотена“) рамка първоначално беше алтернатива на дървото, но след десетилетия на агресивна работа, тя най-накрая изигра своята роля. Подобно на дървообработената дървесина, стоманените стълбове и релси могат да се режат и комбинират, за да се създадат по-сложни форми. Доскоро обаче нямаше реална стандартизация на компоненти или съединения. Всяка груба дупка или друг специален структурен елемент трябва да бъде индивидуално детайлизиран от инженер по протокол (EOR). Изпълнителите не винаги следват тези специфични за проекта подробности и може да „вършат нещата по различен начин“ за дълго време. Въпреки това има значителни разлики в качеството на монтажа на място.
В крайна сметка познаването поражда недоволство, а недоволството вдъхновява иновациите. Нови рамкиращи елементи (извън стандартните C-Studs и U-Tracks) не само се предлагат с помощта на усъвършенствани техники за оформяне, но също така могат да бъдат предварително проектирани/предварително одобрени за специфични нужди за подобряване на етапа на CFSF по отношение на дизайн и конструкция. .
Стандартизирани, специално създадени компоненти, които отговарят на спецификациите, могат да изпълняват много задачи по последователен начин, осигурявайки по-добро и по-надеждно представяне. Те опростяват детайлите и осигуряват решение, което е по-лесно за изпълнителите да инсталират правилно. Те също така ускоряват строителството и улесняват проверките, спестявайки време и проблеми. Тези стандартизирани компоненти също подобряват безопасността на работното място чрез намаляване на разходите за рязане, сглобяване, завинтване и заваряване.
Стандартната практика без стандартите за CFSF се превърна в толкова приета част от пейзажа, че е трудно да си представим търговско или високо жилищно строителство без него. Това широко приемане беше постигнато за относително кратък период от време и не беше широко използвано до края на Втората световна война.
Първият стандарт за дизайн на CFSF е публикуван през 1946 г. от Американския институт за желязо и стомана (AISI). Най-новата версия, AISI S 200-07 (Северноамерикански стандарт за студеноформовани стоманени рамки – общо), вече е стандартът в Канада, САЩ и Мексико.
Основната стандартизация направи голяма разлика и CFSF се превърна в популярен метод за строителство, независимо дали са носещи или неносещи. Предимствата му включват:
Колкото и новаторски да е стандартът AISI, той не кодифицира всичко. Проектантите и изпълнителите имат още много да решават.
Системата CFSF се основава на шпилки и релси. Стоманените стълбове, както и дървените стълбове, са вертикални елементи. Те обикновено образуват С-образно напречно сечение, като „горната“ и „долната“ част на С образуват тесния размер на шпилката (нейния фланец). Водачите са хоризонтални елементи на рамката (прагове и прегради), които имат U-образна форма за поставяне на стелажи. Размерите на багажника обикновено са подобни на номиналния дървен материал „2ד: 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ инча) е „2 x 4″ и 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ инча) е равно на „2×6″. В тези примери размерът от 41 mm се нарича „рафт“, а размерът от 89 mm или 140 mm се нарича „мрежа“, заимствайки концепции, познати от горещо валцована стомана и подобни елементи от тип I-beam. Размерът на пистата съответства на общата ширина на шипа.
Доскоро по-здравите елементи, изисквани от проекта, трябваше да бъдат детайлизирани от EOR и сглобени на място с помощта на комбинация от комбинирани шпилки и релси, както и C- и U-образни елементи. Точната конфигурация обикновено се предоставя на изпълнителя и дори в рамките на един и същи проект може да варира значително. Въпреки това, десетилетията опит на CFSF са довели до признаването на ограниченията на тези основни форми и проблемите, свързани с тях.
Например, вода може да се натрупа в долната релса на стената на шпилката, когато шпилката се отвори по време на строителството. Наличието на дървени стърготини, хартия или други органични материали може да причини мухъл или други проблеми, свързани с влагата, включително влошаване на сухото строителство или привличане на вредители зад огради. Подобен проблем може да възникне, ако водата проникне в готовите стени и се събере от кондензация, течове или разливи.
Едно решение е специална пътека с пробити отвори за дренаж. Подобрените дизайни на шипове също са в процес на разработка. Те разполагат с иновативни характеристики като стратегически разположени ребра, които се огъват в напречното сечение за допълнителна твърдост. Текстурираната повърхност на шпилката предотвратява "движението" на винта, което води до по-чиста връзка и по-равномерно покритие. Тези малки подобрения, умножени по десетки хиляди пикове, могат да окажат огромно влияние върху даден проект.
Надхвърляйки шипове и релси Традиционните щифтове и релси често са достатъчни за прости стени без груби дупки. Натоварванията могат да включват теглото на самата стена, покритията и оборудването върху нея, теглото на вятъра, а за някои стени също включват постоянни и временни натоварвания от покрива или пода отгоре. Тези натоварвания се предават от горната релса към колоните, към долната релса и оттам към фундамента или други части на надстройката (напр. бетонна настилка или конструкционни стоманени колони и греди).
Ако в стената има груб отвор (RO) (като врата, прозорец или голям HVAC канал), натоварването от над отвора трябва да се прехвърли около него. Преградата трябва да е достатъчно здрава, за да издържи натоварването от една или повече така наречени шпилки (и прикрепената гипсокартон) над преградата и да го прехвърли върху шпилките на стълбовете (RO вертикални елементи).
По същия начин стълбовете на стълбовете на вратите трябва да бъдат проектирани да носят по-голям товар от обикновените стълбове. Например във вътрешни пространства отворът трябва да е достатъчно здрав, за да издържи тежестта на гипсокартона върху отвора (т.е. 29 kg/m2 [6 lbs на квадратен фут] [един слой от 16 mm (5/8 инча) на час стена.) на страна мазилка] или 54 kg/m2 [11 паунда на квадратен фут] за двучасова структурна стена [два слоя 16 mm мазилка на страна]), плюс сеизмично натоварване и обикновено теглото на врата и нейното инерционно действие. На външни места отворите трябва да могат да издържат на вятър, земетресение и подобни натоварвания.
В традиционния дизайн на CFSF, колекторите и стълбовете на праговете се правят на място чрез комбиниране на стандартни летви и релси в по-здрава единица. Типичен колектор за обратна осмоза, известен като касетъчен колектор, се прави чрез завинтване и/или заваряване на пет части заедно. Два стълба са оградени от две релси, а трета релса е прикрепена отгоре с отвора нагоре, за да постави стълба над отвора (Фигура 1). Друг тип кутийно съединение се състои само от четири части: две шпилки и две водачи. Другата се състои от три части – две писти и фиби. Точните производствени методи за тези компоненти не са стандартизирани, но варират между изпълнителите и дори работниците.
Въпреки че комбинаторното производство може да причини редица проблеми, то се е доказало добре в индустрията. Цената на инженерната фаза беше висока, защото нямаше стандарти, така че грубите отвори трябваше да бъдат проектирани и финализирани индивидуално. Рязането и сглобяването на тези трудоемки компоненти на място също увеличава разходите, губи материали, увеличава отпадъците на обекта и увеличава рисковете за безопасността на обекта. В допълнение, това създава проблеми с качеството и последователността, за които професионалните дизайнери трябва да бъдат особено загрижени. Това води до намаляване на последователността, качеството и надеждността на рамката и може също да повлияе на качеството на покритието на гипсокартона. (Вижте „Лоша връзка“ за примери на тези проблеми.)
Системи за свързване Прикрепването на модулни връзки към стелажи може също да причини естетически проблеми. Припокриването на метал към метал, причинено от уши на модулния колектор, може да повлияе на покритието на стената. Никакви вътрешни гипсокартонени или външни облицовки не трябва да лежат плоски върху металния лист, от който стърчат главите на винтовете. Повдигнатите стенни повърхности могат да причинят забележими неравномерни покрития и изискват допълнителна коригираща работа, за да ги скриете.
Едно решение на проблема със свързването е да използвате готови скоби, да ги закрепите към стълбовете на стълбовете и да координирате ставите. Този подход стандартизира връзките и елиминира несъответствията, причинени от производството на място. Скобата елиминира металното припокриване и стърчащите глави на винтовете на стената, подобрявайки покритието на стената. Освен това може да намали наполовина разходите за труд за монтаж. Преди това един работник трябваше да държи нивото на хедера, докато друг го завинтва на място. В системата с щипки работник монтира щипките и след това щраква конекторите върху щипките. Тази скоба обикновено се произвежда като част от сглобяема фитингова система.
Причината да се направят колектори от множество парчета огънат метал е да се осигури нещо по-здраво от едно парче релса, което да поддържа стената над отвора. Тъй като огъването втвърдява метала, за да предотврати изкривяването, ефективно образувайки микролъчи в по-голямата равнина на елемента, същият резултат може да бъде постигнат с помощта на едно парче метал с много завои.
Този принцип е лесен за разбиране, като държите лист хартия в леко протегнати ръце. Първо хартията се сгъва в средата и се изплъзва. Въпреки това, ако се сгъне веднъж по дължината си и след това се развие (така че хартията да образува V-образен канал), е по-малко вероятно да се огъне и падне. Колкото повече гънки направите, толкова по-твърдо ще бъде (в определени граници).
Техниката на многократно огъване използва този ефект чрез добавяне на подредени канали, канали и бримки към цялостната форма. „Директно изчисляване на якостта“ – нов практичен компютърно-подпомогнат метод за анализ – замени традиционното „Изчисляване на ефективната ширина“ и позволи прости форми да бъдат преобразувани в подходящи, по-ефективни конфигурации, за да се получат по-добри резултати от стомана. Тази тенденция може да се види в много CFSF системи. Тези форми, особено когато се използва по-здрава стомана (390 MPa (57 psi) вместо предишния индустриален стандарт от 250 MPa (36 psi)), могат да подобрят цялостната производителност на елемента без никакъв компромис по отношение на размера, теглото или дебелината. станете. има промени.
В случай на студено формована стомана има друг фактор. Студената обработка на стомана, като например огъване, променя свойствата на самата стомана. Границата на провлачване и якостта на опън на обработената част от стоманата се увеличават, но пластичността намалява. Частите, които работят най-много, получават най-много. Напредъкът във формоването на руло доведе до по-тесни завои, което означава, че стоманата, която е най-близо до извития ръб, изисква повече работа от стария процес на формоване на руло. Колкото по-големи и стегнати са завоите, толкова повече стомана в елемента ще бъде укрепена чрез студена обработка, увеличавайки общата здравина на елемента.
Правилните U-образни релси имат две завои, C-образните шипове имат четири завои. Предварително проектираният модифициран W колектор има 14 извивки, подредени така, че да увеличат максимално количеството метал, активно издържащ на напрежението. Единичната част в тази конфигурация може да бъде цялата рамка на вратата в грубия отвор на рамката на вратата.
За много широки отвори (т.е. над 2 м [7 фута]) или големи натоварвания, многоъгълникът може да бъде допълнително подсилен с подходящи W-образни вложки. Добавя още метал и 14 завоя, като общият брой завои в общата форма става 28. Вложката се поставя вътре в многоъгълника с обърнати W, така че двете W заедно да образуват груба X-образна форма. Краката на W действат като напречни греди. Те монтираха липсващите шпилки върху RO, които бяха закрепени на място с винтове. Това важи независимо дали е монтирана подсилваща вложка.
Основните предимства на тази предварително формована система глава/щипка са скорост, последователност и подобрено покритие. Чрез избора на сертифицирана сглобяема система за прегради, като например тази, одобрена от Службата за оценка на Комитета за международен кодекс на практиката (ICC-ES), дизайнерите могат да определят компоненти въз основа на изискванията за противопожарна защита на товара и типа стена и да избегнат необходимостта да проектират и детайлизират всяка работа , спестявайки време и ресурси. (ICC-ES, Служба за оценка на комитета по международни кодове, акредитирана от Съвета по стандартизация на Канада [SCC]). Това предварително производство също така гарантира, че слепите отвори са изградени според проекта, с постоянна структурна здравина и качество, без отклонения, дължащи се на рязане и монтаж на място.
Съгласуваността на монтажа също е подобрена, тъй като скобите имат предварително пробити отвори с резба, което улеснява номерирането и поставянето на фуги с шипове. Елиминира металните припокривания по стените, подобрява гладкостта на повърхността на гипсокартона и предотвратява неравностите.
Освен това такива системи имат ползи за околната среда. В сравнение с композитните компоненти, потреблението на стомана на колекторите от една част може да бъде намалено с до 40%. Тъй като това не изисква заваряване, съпътстващите емисии на токсични газове са елиминирани.
Шипове с широки фланци Традиционните шпилки се изработват чрез свързване (завинтване и/или заваряване) на две или повече шпилки. Въпреки че са мощни, те също могат да създадат свои собствени проблеми. Те са много по-лесни за сглобяване преди монтаж, особено когато става въпрос за запояване. Това обаче блокира достъпа до секцията с шпилка, прикрепена към вратата на кухата метална рамка (HMF).
Едно решение е да се изреже дупка в една от стойките, за да се прикрепи към рамката от вътрешната страна на стойката. Това обаче може да затрудни проверката и да изисква допълнителна работа. Известно е, че инспекторите настояват да прикрепят HMF към едната половина на щифта на вратата и да го инспектират, след което да заварят втората половина на двойния щифт на място. Това спира цялата работа около вратата, може да забави друга работа и изисква повишена противопожарна защита поради заваряване на място.
Сглобяеми шипове с широки рамена (специално проектирани като шипове) могат да се използват вместо подреждащи се шипове, спестявайки значително време и материал. Проблемите с достъпа, свързани с вратата на HMF, също са решени, тъй като отворената страна C позволява непрекъснат достъп и лесна проверка. Отворената C-образна форма също така осигурява пълна изолация, където комбинираните прегради и стълбове за стълбове обикновено създават празнина от 102 до 152 mm (4 до 6 инча) в изолацията около вратата.
Връзки в горната част на стената Друга област на дизайна, която се е възползвала от иновациите, е връзката в горната част на стената към горния етаж. Разстоянието от един етаж до друг може леко да варира с течение на времето поради вариация в деформацията на палубата при различни условия на натоварване. За неносещи стени трябва да има празнина между горната част на шиповете и панела, това позволява на палубата да се движи надолу, без да смачква шиповете. Платформата също трябва да може да се движи нагоре, без да счупи шиповете. Просветът е най-малко 12,5 мм (½ инча), което е половината от общия толеранс на движение от ±12,5 мм.
Доминират две традиционни решения. Единият е да прикрепите дълга релса (50 или 60 мм (2 или 2,5 инча)) към палубата, като върховете на шпилките просто се вкарват в релсата, без да са закрепени. За да се предотврати усукването на шпилките и загубата на тяхната структурна стойност, парче студено валцован канал се вкарва през отвор в шпилката на разстояние 150 мм (6 инча) от горната част на стената. отнемащ процес Процесът не е популярен сред изпълнителите. В стремежа си да изрежат ъглите, някои изпълнители може дори да се откажат от студено валцувания канал, като поставят шпилки на релси, без да ги задържат на място или нивелират. Това нарушава стандартната практика ASTM C 754 за инсталиране на стоманени рамкови елементи за производство на резбовани гипсокартонени продукти, която гласи, че шпилките трябва да бъдат прикрепени към релсите с винтове. Ако това отклонение от проекта не бъде открито, това ще се отрази на качеството на завършената стена.
Друго широко използвано решение е дизайнът с двойна коловоз. Стандартната шина е поставена върху шпилките и всяка шпилка е завинтена към нея. Втора, изработена по поръчка, по-широка писта е поставена над първата и свързана с горната палуба. Стандартните песни могат да се плъзгат нагоре и надолу в персонализираните песни.
За тази задача са разработени няколко решения, всички от които включват специализирани компоненти, които осигуряват слотови връзки. Вариациите включват вида на шлицовата релса или типа шлицова скоба, използвана за закрепване на пистата към палубата. Например, закрепете релса с прорези към долната страна на палубата, като използвате метод на закрепване, подходящ за конкретния материал на палубата. Винтовете с прорези са прикрепени към върховете на шпилките (съгласно ASTM C 754), позволявайки на връзката да се движи нагоре и надолу в рамките на приблизително 25 mm (1 инч).
В защитната стена такива плаващи връзки трябва да бъдат защитени от пожар. Под набраздена стоманена настилка, пълна с бетон, огнезащитният материал трябва да може да запълни неравното пространство под жлеба и да поддържа противопожарната си функция, когато разстоянието между горната част на стената и палубата се променя. Компонентите, използвани за това съединение, са тествани в съответствие с новия ASTM E 2837-11 (Стандартен метод за изпитване за определяне на огнеустойчивостта на системи за свързване на твърди стенни глави, инсталирани между номинални стенни компоненти и некласифицирани хоризонтални компоненти). Стандартът се основава на Underwriters Laboratories (UL) 2079, „Тестване на пожар за сградни свързващи системи“.
Предимството на използването на специална връзка в горната част на стената е, че тя може да включва стандартизирани, одобрени с код, огнеустойчиви възли. Типична конструкция е огнеупорът да се постави на палубата и да се окачи на няколко инча над горната част на стените от двете страни. Точно както една стена може да се плъзга нагоре и надолу свободно в закрепване, тя може да се плъзга нагоре и надолу и в противопожарна връзка. Материалите за този компонент могат да включват минерална вата, циментирана огнеупорна конструкция от стомана или гипсокартон, използвани самостоятелно или в комбинация. Такива системи трябва да бъдат тествани, одобрени и включени в каталози като Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Заключение Стандартизацията е в основата на цялата съвременна архитектура. По ирония на съдбата има малка стандартизация на „стандартната практика“, когато става дума за студено формована стоманена рамка, а иновациите, които нарушават тези традиции, също са създатели на стандарти.
Използването на тези стандартизирани системи може да защити дизайнерите и собствениците, да спести значително време и пари и да подобри безопасността на сайта. Те внасят последователност в конструкцията и е по-вероятно да работят по предназначение, отколкото изградените системи. С комбинация от лекота, устойчивост и достъпност, CFSF вероятно ще увеличи дела си на строителния пазар, без съмнение стимулирайки допълнителни иновации.
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.
Стивън Х. Милър, CDT е награждаван писател и фотограф, специализиран в строителната индустрия. Той е творчески директор на Chusid Associates, консултантска фирма, предоставяща маркетингови и технически услуги на производители на строителни продукти. С Милър можете да се свържете на www.chusid.com.
Поставете отметка в квадратчето по-долу, за да потвърдите желанието си да бъдете включени в различни имейл съобщения от Kenilworth Media (включително електронни бюлетини, броеве на цифрови списания, периодични проучвания и оферти* за инженерната и строителната индустрия).
*Ние не продаваме вашия имейл адрес на трети страни, ние просто ви препращаме техните оферти. Разбира се, винаги имате право да се отпишете от всички съобщения, които ви изпращаме, ако промените решението си в бъдеще.
Време на публикуване: 7 юли 2023 г