Разработанная Тоддом Брэйди и Стивеном Х. Миллером рама холодного формования CDTC (CFSF) (также известная как «легкая калибровка») изначально была альтернативой дереву, но после десятилетий агрессивной работы она, наконец, сыграла свою роль. Как и дерево, обработанное плотником, стальные стойки и направляющие можно разрезать и комбинировать для создания более сложных форм. Однако до недавнего времени не было реальной стандартизации компонентов или соединений. Каждое черновое отверстие или другой специальный элемент конструкции должно быть индивидуально детализировано ответственным инженером (EOR). Подрядчики не всегда соблюдают эти конкретные детали проекта и могут «делать все по-другому» в течение длительного времени. Несмотря на это, имеются существенные различия в качестве полевой сборки.
В конечном счете, знакомство порождает неудовлетворенность, а неудовлетворенность вдохновляет на инновации. Новые элементы каркаса (помимо стандартных C-образных шпилек и U-образных направляющих) не только доступны с использованием передовых технологий формования, но также могут быть предварительно спроектированы/предварительно одобрены для конкретных потребностей для улучшения этапа CFSF с точки зрения проектирования и строительства. .
Стандартизированные, специально разработанные компоненты, соответствующие спецификациям, могут выполнять многие задачи согласованно, обеспечивая лучшую и более надежную работу. Они упрощают детализацию и предоставляют решение, которое подрядчикам легче правильно установить. Они также ускоряют строительство и упрощают проверки, экономя время и нервы. Эти стандартизированные компоненты также повышают безопасность на рабочем месте за счет снижения затрат на резку, сборку, завинчивание и сварку.
Стандартная практика без стандартов CFSF стала настолько общепринятой частью ландшафта, что без нее трудно представить коммерческое или высотное жилое строительство. Такое широкое признание было достигнуто за относительно короткий период времени и не использовалось широко до конца Второй мировой войны.
Первый стандарт проектирования CFSF был опубликован в 1946 году Американским институтом железа и стали (AISI). Последняя версия, AISI S 200-07 (Североамериканский стандарт для холодногнутых стальных каркасов – общий), теперь является стандартом в Канаде, США и Мексике.
Базовая стандартизация имела большое значение, и CFSF стал популярным методом строительства, независимо от того, были ли они несущими или ненесущими. Его преимущества включают в себя:
Каким бы инновационным ни был стандарт AISI, он не кодифицирует все. Проектировщикам и подрядчикам еще предстоит многое решить.
Система CFSF основана на шпильках и рельсах. Стальные столбы, как и деревянные, представляют собой вертикальные элементы. Обычно они имеют С-образное поперечное сечение, при этом «верх» и «низ» буквы С образуют узкий размер шпильки (ее фланец). Направляющие представляют собой горизонтальные элементы каркаса (пороги и перемычки), имеющие П-образную форму для размещения стоек. Размеры стоек обычно аналогичны номинальным пиломатериалам «2×»: 41 х 89 мм (1 5/8 х 3 ½ дюйма) — «2 х 4 дюйма» и 41 х 140 мм (1 5/8 х 5). ½ дюйма) равно «2×6». В этих примерах размер 41 мм называется «полкой», а размер 89 мм или 140 мм называется «перегородкой», заимствуя концепции, знакомые по горячекатаной стали и аналогичным элементам двутаврового типа. Размер гусеницы соответствует общей ширине шипа.
До недавнего времени более прочные элементы, требуемые проектом, должны были детализироваться специалистами EOR и собираться на месте с использованием комбинации комбинированных шпилек и направляющих, а также элементов C- и U-образной формы. Точная конфигурация обычно предоставляется подрядчику и даже в рамках одного проекта может сильно различаться. Однако десятилетия опыта CFSF привели к признанию ограниченности этих основных форм и связанных с ними проблем.
Например, вода может скапливаться в нижней перекладине каркасной стены, когда каркас открывается во время строительства. Присутствие опилок, бумаги или других органических материалов может вызвать плесень или другие проблемы, связанные с влажностью, включая порчу гипсокартона или привлечение вредителей за заборами. Аналогичная проблема может возникнуть, если вода просачивается в готовые стены и собирается в результате конденсата, протечек или разливов.
Одним из решений является специальная дорожка с просверленными отверстиями для дренажа. Усовершенствованная конструкция шпилек также находится в разработке. Они оснащены инновационными функциями, такими как стратегически расположенные ребра, которые изгибаются в поперечном сечении для дополнительной жесткости. Текстурированная поверхность шпильки предотвращает «перемещение» винта, что обеспечивает более чистое соединение и более равномерную поверхность. Эти крошечные улучшения, помноженные на десятки тысяч всплесков, могут оказать огромное влияние на проект.
Выход за рамки стоек и реек Традиционных стоек и реек часто бывает достаточно для простых стен без грубых отверстий. Нагрузки могут включать в себя вес самой стены, расположенной на ней отделки и оборудования, силу ветра, а для некоторых стен также включать в себя постоянные и временные нагрузки от крыши или этажа выше. Эти нагрузки передаются от верхнего рельса к колоннам, к нижнему рельсу и оттуда к фундаменту или другим частям надстройки (например, бетонному настилу или колоннам и балкам из конструкционной стали).
Если в стене имеется неровный проем (RO) (например, дверь, окно или большой воздуховод HVAC), нагрузка сверху проема должна быть перенесена вокруг него. Перемычка должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать нагрузку от одной или нескольких так называемых стоек (и прикрепленного гипсокартона) над перемычкой и передавать ее на стойки косяка (вертикальные элементы RO).
Аналогично, стойки дверных косяков должны быть рассчитаны на большую нагрузку, чем обычные стойки. Например, во внутренних помещениях проем должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать вес гипсокартона над проемом (т. е. 29 кг/м2 [6 фунтов на квадратный фут] [один слой толщиной 16 мм (5/8 дюйма) на каждый). час стены) на сторону штукатурки] или 54 кг/м2 [11 фунтов на квадратный фут] для двухчасовой несущей стены [два слоя штукатурки толщиной 16 мм на сторону]), плюс сейсмическая нагрузка и, как правило, вес дверь и ее инерционное действие. На внешних площадках проемы должны выдерживать ветер, землетрясение и подобные нагрузки.
В традиционной конструкции CFSF перемычки и стойки порогов изготавливаются на месте путем объединения стандартных планок и направляющих в более прочный блок. Типичный коллектор обратного осмоса, известный как кассетный коллектор, изготавливается путем свинчивания и/или сварки пяти частей вместе. Две стойки окружены двумя перекладинами, а третья перекладина прикрепляется вверху отверстием вверх, чтобы разместить стойку над отверстием (рис. 1). Другой тип коробчатого соединения состоит всего из четырех частей: двух шпилек и двух направляющих. Другой состоит из трех частей – двух траков и шпильки. Точные методы производства этих компонентов не стандартизированы, но различаются у разных подрядчиков и даже рабочих.
Хотя комбинаторное производство может вызвать ряд проблем, оно хорошо зарекомендовало себя в промышленности. Стоимость этапа проектирования была высокой, поскольку не было стандартов, поэтому черновые проемы приходилось проектировать и дорабатывать индивидуально. Резка и сборка этих трудоемких компонентов на месте также увеличивает затраты, приводит к перерасходу материалов, увеличению отходов на объекте и повышает риски для безопасности на объекте. Кроме того, это создает проблемы с качеством и согласованностью, о которых следует особенно беспокоиться профессиональным дизайнерам. Это имеет тенденцию снижать прочность, качество и надежность каркаса, а также может повлиять на качество отделки гипсокартона. (Примеры таких проблем см. в разделе «Плохое соединение».)
Системы соединений. Крепление модульных соединений к стойкам также может вызвать эстетические проблемы. Перекрытие металла по металлу, вызванное выступами на модульном коллекторе, может повлиять на отделку стен. Никакой внутренний гипсокартон или внешняя облицовка не должны лежать ровно на металлическом листе, из которого выступают головки винтов. Приподнятые поверхности стен могут стать причиной заметных неровностей отделки и потребовать дополнительных корректирующих работ, чтобы скрыть их.
Одним из решений проблемы соединения является использование готовых хомутов, их крепление к стойкам косяка и согласование стыков. Такой подход стандартизирует соединения и устраняет несоответствия, вызванные изготовлением на месте. Зажим устраняет нахлест металла и выступающие головки шурупов на стене, улучшая отделку стены. Это также может сократить трудозатраты на установку вдвое. Раньше одному работнику приходилось удерживать жатку на уровне, пока другой прикручивал ее на место. В системе зажимов рабочий устанавливает зажимы, а затем защелкивает разъемы на зажимах. Этот зажим обычно изготавливается как часть сборной фитинговой системы.
Причина изготовления коллекторов из нескольких кусков изогнутого металла состоит в том, чтобы создать что-то более прочное, чем один кусок направляющей, для поддержки стены над проемом. Поскольку изгиб придает металлу жесткость, предотвращая коробление, эффективно образуя микробалки в большей плоскости элемента, того же результата можно добиться, используя один кусок металла со многими изгибами.
Этот принцип легко понять, взяв лист бумаги в слегка вытянутых руках. Сначала бумага сгибается посередине и скользит. Однако если его один раз сложить по длине, а затем развернуть (так, чтобы бумага образовала V-образный канал), вероятность того, что он согнется и упадет, будет меньше. Чем больше складок вы сделаете, тем жестче он будет (в определенных пределах).
Техника многократного изгиба использует этот эффект, добавляя к общей форме расположенные друг над другом канавки, каналы и петли. «Прямой расчет прочности» — новый практический метод компьютерного анализа — заменил традиционный «Расчет эффективной ширины» и позволил преобразовать простые формы в подходящие, более эффективные конфигурации для получения лучших результатов от стали. Эту тенденцию можно увидеть во многих системах CFSF. Эти формы, особенно при использовании более прочной стали (390 МПа (57 фунтов на квадратный дюйм) вместо предыдущего отраслевого стандарта 250 МПа (36 фунтов на квадратный дюйм)), могут улучшить общие характеристики элемента без какого-либо компромисса по размеру, весу или толщине. становиться. произошли изменения.
В случае холоднодеформированной стали в игру вступает еще один фактор. Холодная обработка стали, например, гибка, изменяет свойства самой стали. Предел текучести и предел прочности обрабатываемой части стали повышаются, но пластичность снижается. Те части, которые работают лучше всего, получают больше всего. Достижения в области профилирования привели к более плотным изгибам, а это означает, что сталь, ближайшая к изогнутому краю, требует больше работы, чем старый процесс профилирования. Чем больше и плотнее изгибы, тем больше стали в элементе будет укреплено холодной обработкой, увеличивая общую прочность элемента.
Обычные П-образные гусеницы имеют два изгиба, С-образные — четыре изгиба. Предварительно сконструированный модифицированный коллектор W имеет 14 изгибов, расположенных так, чтобы максимально увеличить количество металла, активно сопротивляющегося нагрузкам. Единственной деталью в этой конфигурации может быть вся дверная коробка в грубом проеме дверной коробки.
В случае очень широких проемов (т. е. более 2 м [7 футов]) или высоких нагрузок многоугольник можно дополнительно укрепить соответствующими W-образными вставками. Он добавляет больше металла и 14 изгибов, в результате чего общее количество изгибов в общей форме достигает 28. Вставка размещается внутри многоугольника с перевернутыми буквами W так, чтобы две буквы W вместе образовывали грубую X-образную форму. Ноги W действуют как перекладины. Поверх РО установили недостающие шпильки, которые закрепились винтами. Это применимо независимо от того, установлена ли усиливающая вставка.
Основными преимуществами этой предварительно отформованной системы головка/зажим являются скорость, стабильность и улучшенная отделка. Выбрав сертифицированную сборную систему перемычек, например систему, одобренную Международной службой оценки комитета по нормам и правилам (ICC-ES), проектировщики могут указать компоненты на основе требований противопожарной защиты типа нагрузки и стены и избежать необходимости проектировать и детализировать каждую работу. , экономя время и ресурсы. (ICC-ES, Служба оценки Международного комитета кодов, аккредитованная Советом по стандартам Канады [SCC]). Эта сборка также гарантирует, что глухие проемы будут изготовлены в соответствии с проектом, с постоянной структурной прочностью и качеством, без отклонений, вызванных раскроем и сборкой на месте.
Последовательность установки также улучшается, поскольку в зажимах имеются предварительно просверленные резьбовые отверстия, что упрощает нумерацию и размещение соединений с помощью шпилек косяка. Устраняет нахлесты металла на стенах, улучшает ровность поверхности гипсокартона и предотвращает неровности.
Кроме того, такие системы имеют экологические преимущества. По сравнению с композитными компонентами расход стали цельных коллекторов может быть снижен до 40%. Поскольку при этом не требуется сварка, исключаются сопутствующие выбросы токсичных газов.
Шпильки с широким фланцем Традиционные шпильки изготавливаются путем соединения (привинчивания и/или сварки) двух или более шпилек. Хотя они сильны, они также могут создавать свои собственные проблемы. Их гораздо проще собрать перед установкой, особенно если речь идет о пайке. Однако это блокирует доступ к секции стойки, прикрепленной к дверному проему полого металлического каркаса (HMF).
Одним из решений является вырезание отверстия в одной из стоек для крепления к раме изнутри узла стойки. Однако это может затруднить проверку и потребовать дополнительных работ. Известно, что инспекторы настаивают на том, чтобы прикрепить HMF к одной половине стойки дверного косяка и осмотреть ее, а затем приварить на место вторую половину узла двойной стойки. Это останавливает все работы вокруг дверного проема, может задержать выполнение других работ и требует повышенной противопожарной защиты из-за сварки на месте.
Вместо штабелируемых стоек можно использовать сборные стойки с широкими плечами (специально разработанные для косяков), что позволяет значительно сэкономить время и материал. Проблемы доступа, связанные с дверным проемом HMF, также решены, поскольку открытая сторона C обеспечивает беспрепятственный доступ и легкий осмотр. Открытая C-образная форма также обеспечивает полную изоляцию, поскольку комбинированные перемычки и косяки обычно создают зазор в изоляции от 102 до 152 мм (от 4 до 6 дюймов) вокруг дверного проема.
Соединения в верхней части стены Еще одна область дизайна, в которой были использованы инновации, — это соединение верхней части стены с верхней палубой. Расстояние от одного этажа до другого может незначительно меняться со временем из-за изменения прогиба настила при различных условиях нагрузки. Для ненесущих стен между верхом стоек и панелью должен быть зазор, это позволит настилу двигаться вниз, не сдавливая стойки. Платформа также должна иметь возможность подниматься вверх, не ломая шпильки. Зазор составляет не менее 12,5 мм (½ дюйма), что составляет половину общего допуска хода ±12,5 мм.
Доминируют два традиционных решения. Один из них — прикрепить к деке длинную гусеницу (50 или 60 мм (2 или 2,5 дюйма)) так, чтобы кончики шпилек просто вставлялись в гусеницу, а не закреплялись. Чтобы стойки не перекручивались и не теряли своей конструктивной ценности, кусок холоднокатаного швеллера вставляют через отверстие в стойке на расстоянии 150 мм (6 дюймов) от верха стены. потребляющий процесс. Этот процесс не пользуется популярностью у подрядчиков. Стремясь сгладить углы, некоторые подрядчики могут даже отказаться от холоднокатаного швеллера, устанавливая шпильки на рельсы, не имея возможности удерживать их на месте или выравнивать. Это нарушает стандарт ASTM C 754 по установке элементов стального каркаса для изготовления изделий из гипсокартона с резьбой, в котором говорится, что шпильки должны быть прикреплены к направляющим с помощью винтов. Если это отклонение от проекта не будет обнаружено, это отразится на качестве готовой стены.
Еще одним широко используемым решением является двухпутная конструкция. Стандартная гусеница размещается поверх шпилек, и каждая шпилька прикручивается к ней болтами. Вторая, более широкая гусеница, изготовленная по индивидуальному заказу, расположена над первой и соединена с верхней палубой. Стандартные треки могут перемещаться вверх и вниз внутри пользовательских треков.
Для этой задачи было разработано несколько решений, каждое из которых включает в себя специализированные компоненты, обеспечивающие прорезные соединения. Вариации включают тип гусеницы с прорезями или тип зажима с прорезями, используемого для крепления гусеницы к деке. Например, прикрепите направляющую с прорезями к нижней стороне настила, используя метод крепления, соответствующий конкретному материалу настила. Винты со шлицем прикреплены к верхушкам шпилек (согласно ASTM C 754), что позволяет соединению перемещаться вверх и вниз в пределах примерно 25 мм (1 дюйм).
В межсетевом экране такие плавающие соединения должны быть защищены от пожара. Под стальным настилом с канавками, заполненным бетоном, огнезащитный материал должен быть в состоянии заполнить неровное пространство под канавкой и сохранять свою противопожарную функцию при изменении расстояния между верхом стены и настилом. Компоненты, используемые для этого соединения, были протестированы в соответствии с новым стандартом ASTM E 2837-11 (Стандартный метод испытаний для определения огнестойкости систем соединений сплошной стены, установленных между номинальными стеновыми компонентами и неноминальными горизонтальными компонентами). Стандарт основан на стандарте Underwriters Laboratories (UL) 2079 «Испытание на огнестойкость соединительных систем зданий».
Преимущество использования специального соединения в верхней части стены заключается в том, что оно может включать стандартизированные, одобренные нормами, огнестойкие узлы. Типичная конструкция состоит в том, чтобы разместить огнеупор на палубе и повесить его на несколько дюймов над верхом стен с обеих сторон. Точно так же, как стена может свободно скользить вверх и вниз в врезном креплении, она также может скользить вверх и вниз в противопожарном шве. Материалы для этого компонента могут включать минеральную вату, огнеупорный материал из цементированной конструкционной стали или гипсокартон, используемые отдельно или в комбинации. Такие системы должны быть протестированы, одобрены и внесены в такие каталоги, как Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Заключение Стандартизация является основой всей современной архитектуры. По иронии судьбы, «стандартная практика» мало стандартизирована, когда речь идет о стальных каркасах, изготовленных методом холодной штамповки, и инновации, которые нарушают эти традиции, также являются создателями стандартов.
Использование этих стандартизированных систем может защитить проектировщиков и владельцев, сэкономить значительное время и деньги, а также повысить безопасность объекта. Они привносят последовательность в конструкцию и с большей вероятностью будут работать по назначению, чем встроенные системы. Благодаря сочетанию легкости, устойчивости и доступности CFSF, вероятно, увеличит свою долю на строительном рынке, что, несомненно, будет стимулировать дальнейшие инновации.
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.
Стивен Х. Миллер, CDT, отмеченный наградами писатель и фотограф, специализирующийся на строительной отрасли. Он является креативным директором Chusid Associates, консалтинговой фирмы, предоставляющей маркетинговые и технические услуги производителям строительной продукции. С Миллером можно связаться на сайте www.chusid.com.
Установите флажок ниже, чтобы подтвердить свое желание получать различные электронные письма от Kenilworth Media (включая электронные информационные бюллетени, выпуски цифровых журналов, периодические опросы и предложения* для машиностроительной и строительной отрасли).
*Мы не продаем ваш адрес электронной почты третьим лицам, мы просто пересылаем вам их предложения. Конечно, вы всегда имеете право отказаться от подписки на любые сообщения, которые мы вам отправляем, если в будущем вы передумаете.
Время публикации: 7 июля 2023 г.