Designad av Todd Brady och Stephen H. Miller, CDTC kallformad (CFSF) (även känd som "light gauge") ram var ursprungligen ett alternativ till trä, men efter årtionden av aggressivt arbete, spelade den äntligen sin roll. Precis som snickarbehandlat trä kan stålstolpar och spår kapas och kombineras för att skapa mer komplexa former. Men fram till nyligen har det inte skett någon verklig standardisering av komponenter eller föreningar. Varje grovt hål eller annat speciellt strukturellt element måste specificeras individuellt av en Engineer of Record (EOR). Entreprenörer följer inte alltid dessa projektspecifika detaljer och kan "göra saker annorlunda" under lång tid. Trots detta finns det betydande skillnader i kvaliteten på fältmonteringen.
I slutändan föder förtrogenhet missnöje, och missnöje inspirerar till innovation. Nya inramningselement (utöver standard C-Studs och U-Tracks) är inte bara tillgängliga med avancerad formningsteknik, utan kan också förkonstrueras/förgodkännas för specifika behov för att förbättra CFSF-stadiet när det gäller design och konstruktion. .
Standardiserade, specialbyggda komponenter som överensstämmer med specifikationerna kan utföra många uppgifter på ett konsekvent sätt, vilket ger bättre och mer tillförlitlig prestanda. De förenklar detaljeringen och ger en lösning som är lättare för entreprenörer att installera korrekt. De påskyndar också byggandet och gör inspektionerna enklare, vilket sparar tid och krångel. Dessa standardiserade komponenter förbättrar också säkerheten på arbetsplatsen genom att minska kostnaderna för skärning, montering, skruvdragning och svetsning.
Standardpraxis utan CFSF-standarder har blivit en så accepterad del av landskapet att det är svårt att föreställa sig kommersiellt eller höghusbyggande utan det. Denna utbredda acceptans uppnåddes på relativt kort tid och användes inte allmänt förrän i slutet av andra världskriget.
Den första CFSF-designstandarden publicerades 1946 av American Iron and Steel Institute (AISI). Den senaste versionen, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing – General), är nu standard i Kanada, USA och Mexiko.
Grundläggande standardisering gjorde stor skillnad och CFSF blev en populär byggmetod, oavsett om de var bärande eller icke-bärande. Dess fördelar inkluderar:
Så innovativ som AISI-standarden är, kodifierar den inte allt. Konstruktörer och entreprenörer har fortfarande mycket att besluta om.
CFSF-systemet är baserat på reglar och skenor. Stålstolpar är liksom trästolpar vertikala element. De bildar vanligtvis ett C-format tvärsnitt, där "överkanten" och "botten" av C bildar den smala dimensionen av tappen (dess fläns). Guider är horisontella ramelement (trösklar och överliggare), som har en U-form för att rymma ställningar. Ställstorlekar liknar vanligtvis nominellt "2×" timmer: 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ tum) är "2 x 4" och 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ tum) är lika med "2×6". I dessa exempel hänvisas 41 mm-dimensionen till som "hylla" och 89 mm eller 140 mm-dimensionen hänvisas till som "bana", lånande koncept som är bekanta från varmvalsat stål och liknande element av I-balktyp. Banans storlek motsvarar dubbens totala bredd.
Fram till nyligen måste de starkare elementen som projektet krävde detaljeras av EOR och monteras på plats med hjälp av en kombination av combo reglar och skenor, samt C- och U-formade element. Den exakta konfigurationen ges vanligtvis till entreprenören och även inom samma projekt kan det variera mycket. CFSF:s decenniers erfarenhet har dock lett till att man insett begränsningarna hos dessa grundläggande former och de problem som är förknippade med dem.
Till exempel kan vatten samlas i bottenskenan på en regelvägg när regeln öppnas under byggandet. Närvaron av sågspån, papper eller andra organiska material kan orsaka mögel eller andra fuktrelaterade problem, inklusive försämring av gipsskivor eller attrahera skadedjur bakom staket. Ett liknande problem kan uppstå om vatten sipprar in i färdiga väggar och samlas från kondens, läckor eller spill.
En lösning är en speciell gångväg med borrade hål för dränering. Förbättrade dubbdesigner är också under utveckling. De har innovativa funktioner som strategiskt placerade ribbor som böjer sig i tvärsnitt för extra styvhet. Den strukturerade ytan på regeln förhindrar att skruven "rör sig", vilket resulterar i en renare anslutning och en mer enhetlig finish. Dessa små förbättringar, multiplicerade med tiotusentals toppar, kan ha en enorm inverkan på ett projekt.
Går längre än reglar och skenor Traditionella reglar och skenor räcker ofta för enkla väggar utan grova hål. Belastningar kan innefatta vikten av själva väggen, ytbehandlingarna och utrustningen på den, vindens vikt och för vissa väggar även permanenta och tillfälliga belastningar från taket eller golvet ovanför. Dessa laster överförs från den övre skenan till pelarna, till den nedre skenan och därifrån till fundamentet eller andra delar av överbyggnaden (t.ex. betongdäck eller pelare och balkar av stålkonstruktioner).
Om det finns en grov öppning (RO) i väggen (t.ex. en dörr, ett fönster eller en stor VVS-kanal), måste belastningen ovanifrån öppningen överföras runt den. Överliggaren måste vara tillräckligt stark för att bära upp belastningen från en eller flera så kallade reglar (och den bifogade gipsskivan) ovanför överliggaren och överföra den till karmen (RO vertikala element).
Likaså måste dörrpoststolpar utformas för att bära en större belastning än vanliga stolpar. Till exempel, i invändiga utrymmen, måste öppningen vara tillräckligt stark för att bära vikten av gipsskivan över öppningen (dvs. 29 kg/m2 [6 lbs per kvadratfot] [ett lager med 16 mm (5/8 tum) per kvadratfot] timme vägg.) per sida av gips] eller 54 kg/m2 [11 pund per kvadratfot] för en tvåtimmars strukturell vägg [två lager 16 mm gips per sida]), plus seismisk belastning och typiskt vikten av dörren och dess tröghetsdrift. På externa platser ska öppningar tåla vind, jordbävningar och liknande belastningar.
I den traditionella CFSF-designen tillverkas samlingsrören och tröskelstolparna på plats genom att kombinera standardlameller och skenor till en starkare enhet. Ett typiskt grenrör för omvänd osmos, känt som ett kassettgrenrör, tillverkas genom att skruva och/eller svetsa ihop fem delar. Två stolpar flankeras av två skenor, och en tredje skena är fäst upptill med hålet uppåt för att placera stolpen ovanför hålet (Figur 1). En annan typ av boxfog består av endast fyra delar: två dubbar och två styrningar. Den andra består av tre delar – två spår och en hårnål. De exakta tillverkningsmetoderna för dessa komponenter är inte standardiserade, utan varierar mellan entreprenörer och även arbetare.
Även om kombinatorisk produktion kan orsaka ett antal problem, har den visat sig väl inom industrin. Kostnaden för konstruktionsfasen var hög eftersom det inte fanns några standarder, så grova öppningar måste designas och slutföras individuellt. Att skära och montera dessa arbetsintensiva komponenter på plats ökar också kostnaderna, slöser med material, ökar avfallet på platsen och ökar säkerhetsriskerna på platsen. Dessutom skapar det kvalitets- och konsekvensfrågor som professionella designers bör vara särskilt angelägna om. Detta tenderar att minska ramens konsistens, kvalitet och tillförlitlighet och kan också påverka kvaliteten på gipsskivans finish. (Se "Dålig anslutning" för exempel på dessa problem.)
Anslutningssystem Att fästa modulära anslutningar till rack kan också orsaka estetiska problem. Metall till metall överlappning orsakad av flikar på det modulära grenröret kan påverka väggens finish. Ingen invändig gipsskiva eller utvändig beklädnad får ligga plant på plåten från vilken skruvhuvudena sticker ut. Upphöjda väggytor kan orsaka märkbara ojämna ytor och kräver ytterligare korrigerande arbete för att dölja dem.
En lösning på anslutningsproblemet är att använda färdiga klämmor, fästa dem i stolparna på karmen och koordinera skarvarna. Detta tillvägagångssätt standardiserar anslutningar och eliminerar inkonsekvenser som orsakas av tillverkning på plats. Klämman eliminerar metallöverlappning och utskjutande skruvhuvuden på väggen, vilket förbättrar väggfinishen. Det kan också halvera installationsarbetskostnaderna. Tidigare var en arbetare tvungen att hålla huvudet plant medan en annan skruvade på plats. I ett klämsystem installerar en arbetare klämmorna och snäpper sedan fast kontakterna på klämmorna. Denna klämma tillverkas vanligtvis som en del av ett prefabricerat monteringssystem.
Anledningen till att man tillverkar grenrör av flera böjda metallbitar är att ge något starkare än ett enda spår för att stödja väggen ovanför öppningen. Eftersom böjning gör metallen styv för att förhindra vridning, vilket effektivt bildar mikrostrålar i elementets större plan, kan samma resultat uppnås med ett enda metallstycke med många böjningar.
Denna princip är lätt att förstå genom att hålla ett pappersark i lätt utsträckta händer. Först viker papperet på mitten och glider. Men om det viks en gång längs sin längd och sedan rullas ut (så att papperet bildar en V-formad kanal), är det mindre sannolikt att det böjs och faller. Ju fler veck du gör, desto styvare blir det (inom vissa gränser).
Multipelböjningstekniken utnyttjar denna effekt genom att lägga till staplade spår, kanaler och öglor till den övergripande formen. "Direct Strength Calculation" - en ny praktisk datorstödd analysmetod - ersatte den traditionella "Effective Width Calculation" och gjorde det möjligt för enkla former att omvandlas till lämpliga, mer effektiva konfigurationer för att få bättre resultat från stål. Denna trend kan ses i många CFSF-system. Dessa former, särskilt när man använder starkare stål (390 MPa (57 psi) istället för den tidigare industristandarden på 250 MPa (36 psi)), kan förbättra elementets totala prestanda utan att kompromissa med storlek, vikt eller tjocklek. bli. det har skett förändringar.
När det gäller kallformat stål spelar en annan faktor in. Kallbearbetning av stål, såsom böjning, förändrar själva stålets egenskaper. Sträckgränsen och draghållfastheten för den bearbetade delen av stålet ökar, men duktiliteten minskar. De delar som fungerar mest får mest. Framsteg inom valsformning har resulterat i hårdare böjar, vilket innebär att stålet närmast den krökta kanten kräver mer arbete än den gamla valsformningsprocessen. Ju större och tätare böjar, desto mer stål i elementet kommer att förstärkas genom kallbearbetning, vilket ökar elementets totala hållfasthet.
Vanliga U-formade spår har två böjar, C-dubbar har fyra böjar. Det förkonstruerade modifierade W-grenröret har 14 böjar arrangerade för att maximera mängden metall som aktivt motstår spänningar. Det enda stycket i denna konfiguration kan vara hela dörrkarmen i dörrkarmens grova öppning.
För mycket breda öppningar (dvs. över 2 m [7 fot]) eller höga belastningar kan polygonen förstärkas ytterligare med lämpliga W-formade skär. Den lägger till mer metall och 14 böjar, vilket ger det totala antalet böjar i den övergripande formen till 28. Insatsen placeras inuti polygonen med inverterade Ws så att de två Ws tillsammans bildar en grov X-form. W:s ben fungerar som tvärbalkar. De installerade de saknade reglarna över RO, som hölls på plats med skruvar. Detta gäller oavsett om en förstärkningsinsats är installerad eller inte.
De främsta fördelarna med detta förformade huvud/clipsystem är hastighet, konsistens och förbättrad finish. Genom att välja ett certifierat prefabricerat överliggssystem, till exempel ett som är godkänt av International Code of Practice Committee Evaluation Service (ICC-ES), kan konstruktörer specificera komponenter baserat på belastnings- och väggtyps brandskyddskrav och undvika att behöva designa och detaljera varje jobb , vilket sparar tid och resurser. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, ackrediterad av Standards Council of Canada [SCC]). Denna prefabricering säkerställer också att blindöppningar byggs enligt design, med konsekvent strukturell hållbarhet och kvalitet, utan avvikelser på grund av skärning och montering på plats.
Installationskonsistensen är också förbättrad eftersom klämmorna har förborrade gängade hål, vilket gör det enklare att numrera och placera fogar med reglar. Eliminerar metallöverlappningar på väggar, förbättrar gipsskivornas planhet och förhindrar ojämnheter.
Dessutom har sådana system miljöfördelar. Jämfört med kompositkomponenter kan stålförbrukningen för grenrör i ett stycke minskas med upp till 40 %. Eftersom detta inte kräver svetsning, elimineras de åtföljande utsläppen av giftiga gaser.
Breda flänsbultar Traditionella dubbar tillverkas genom att sammanfoga (skruva och/eller svetsa) två eller flera dubbar. Även om de är kraftfulla kan de också skapa sina egna problem. De är mycket lättare att montera innan installation, speciellt när det kommer till lödning. Detta blockerar dock åtkomsten till dubbsektionen som är fäst vid dörröppningen ihålig metallram (HMF).
En lösning är att skära ett hål i en av stolparna för att fästa på ramen inifrån stolpenheten. Detta kan dock göra inspektionen svår och kräva ytterligare arbete. Inspektörer har varit kända för att insistera på att fästa HMF på ena halvan av dörrkarmen och inspektera den och sedan svetsa den andra halvan av den dubbla regelenheten på plats. Detta stoppar allt arbete runt dörröppningen, kan försena annat arbete och kräver ökat brandskydd på grund av svetsning på plats.
Prefabricerade dubbar med breda axlar (speciellt utformade som ramreglar) kan användas i stället för staplingsbara dubbar, vilket sparar mycket tid och material. Åtkomstproblemen i samband med HMF-dörröppningen är också lösta eftersom den öppna C-sidan möjliggör oavbruten åtkomst och enkel inspektion. Den öppna C-formen ger också full isolering där de kombinerade överliggarna och karmstolparna vanligtvis skapar ett gap på 102 till 152 mm (4 till 6 tum) i isoleringen runt dörröppningen.
Anslutningar upptill på väggen Ett annat designområde som har dragit nytta av innovation är anslutningen upptill på väggen till det övre däcket. Avståndet från en våning till en annan kan variera något över tiden på grund av variation i däcksnedböjning under olika belastningsförhållanden. För icke-bärande väggar bör det finnas ett mellanrum mellan reglarnas överkant och panelen, detta gör att däcket kan röra sig ner utan att krossa reglarna. Plattformen måste också kunna flyttas upp utan att dubbarna går sönder. Spelet är minst 12,5 mm (½ tum), vilket är hälften av den totala rörelsetoleransen på ±12,5 mm.
Två traditionella lösningar dominerar. En är att fästa ett långt spår (50 eller 60 mm (2 eller 2,5 tum)) på däcket, med dubbspetsarna helt enkelt insatta i spåret, inte säkrade. För att förhindra att reglarna vrids och förlorar sitt strukturella värde, förs en bit kallvalsad kanal in genom ett hål i regeln på ett avstånd av 150 mm (6 tum) från toppen av väggen. konsumerande process Processen är inte populär bland entreprenörer. I ett försök att skära hörn kan vissa entreprenörer till och med avstå från kallvalsade kanaler genom att sätta reglar på skenor utan möjlighet att hålla dem på plats eller jämna ut dem. Detta bryter mot ASTM C 754 standardpraxis för installation av stålramelement för att producera gängade gipsväggar, som säger att reglarna måste fästas på skenorna med skruvar. Om denna avvikelse från designen inte upptäcks kommer det att påverka kvaliteten på den färdiga väggen.
En annan mycket använd lösning är dubbelspårsdesignen. Standardskenan placeras ovanpå dubbarna och varje dubb bultas fast i den. En andra, skräddarsydd, bredare bana placeras ovanför den första och kopplas till toppdäcket. Standardspår kan glida upp och ner inuti anpassade spår.
Flera lösningar har utvecklats för denna uppgift, som alla inkluderar specialiserade komponenter som ger slitsade anslutningar. Variationer inkluderar typen av slitsad spår eller typen av spårad klämma som används för att fästa spåret på däcket. Fäst till exempel en slitsad skena på undersidan av däcket med en fästmetod som är lämplig för det specifika däckmaterialet. De slitsade skruvarna är fästa på bultarnas toppar (enligt ASTM C 754) så att anslutningen kan röra sig upp och ner inom cirka 25 mm (1 tum).
I en brandvägg måste sådana flytande anslutningar skyddas från brand. Under ett räfsat ståldäck fyllt med betong ska det brandskyddande materialet kunna fylla det ojämna utrymmet under spåret och behålla sin brandbekämpande funktion när avståndet mellan väggens topp och däck ändras. Komponenterna som används för denna skarv har testats i enlighet med den nya ASTM E 2837-11 (Standard testmetod för att bestämma brandmotståndet hos solida vägghuvudfogsystem installerade mellan klassificerade väggkomponenter och icke-klassificerade horisontella komponenter). Standarden är baserad på Underwriters Laboratories (UL) 2079, "Fire Testing for Building Connecting Systems".
Fördelen med att använda en dedikerad anslutning överst på väggen är att den kan inkludera standardiserade, kodgodkända, brandsäkra monteringar. En typisk konstruktion är att placera det eldfasta materialet på däck och hänga några tum ovanför väggarna på vardera sidan. Precis som en vägg kan glida fritt upp och ner i en insticksfixtur, kan den glida upp och ner i en brandfog också. Material för denna komponent kan inkludera mineralull, cementerat konstruktionsstål eldfast, eller gipsskivor, som används ensamma eller i kombination. Sådana system måste testas, godkännas och listas i kataloger som Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Slutsats Standardisering är grunden för all modern arkitektur. Ironiskt nog finns det lite standardisering av "standardpraxis" när det gäller kallformade stålramar, och innovationer som bryter mot dessa traditioner är också standardtillverkare.
Användningen av dessa standardiserade system kan skydda designers och ägare, spara avsevärd tid och pengar och förbättra platssäkerheten. De ger konsistens i konstruktionen och är mer benägna att fungera som avsett än byggda system. Med en kombination av lätthet, hållbarhet och prisvärdhet kommer CFSF sannolikt att öka sin andel av byggmarknaden, vilket utan tvekan sporrar till ytterligare innovation.
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 är en prisbelönt författare och fotograf som specialiserat sig på byggbranschen. Han är kreativ chef för Chusid Associates, ett konsultföretag som tillhandahåller marknadsföring och tekniska tjänster till tillverkare av byggprodukter. Miller kan kontaktas på www.chusid.com.
Markera rutan nedan för att bekräfta din önskan att inkluderas i olika e-postkommunikationer från Kenilworth Media (inklusive e-nyhetsbrev, digitala tidningsnummer, periodiska undersökningar och erbjudanden* för verkstads- och byggbranschen).
*Vi säljer inte din e-postadress till tredje part, vi vidarebefordrar helt enkelt deras erbjudanden till dig. Naturligtvis har du alltid rätt att avregistrera dig från all kommunikation vi skickar dig om du ändrar dig i framtiden.
Posttid: 2023-07-07