Dizajniran od strane Todda Bradyja i Stephena H. Millera, CDTC hladno oblikovan (CFSF) (također poznat kao "light gauge") okvir izvorno je bio alternativa drvu, ali nakon desetljeća agresivnog rada, konačno je odigrao svoju ulogu. Kao stolarski obrađeno drvo, čelični stupovi i tračnice mogu se rezati i kombinirati za stvaranje složenijih oblika. Međutim, sve do nedavno nije bilo stvarne standardizacije komponenti ili spojeva. Svaku grubu rupu ili drugi poseban strukturni element mora pojedinačno detaljno opisati inženjer evidencije (EOR). Izvođači ne slijede uvijek ove pojedinosti specifične za projekt i mogu dugo vremena "raditi stvari drugačije". Unatoč tome, postoje značajne razlike u kvaliteti montaže na terenu.
U konačnici, prisnost rađa nezadovoljstvo, a nezadovoljstvo potiče inovaciju. Novi okvirni članovi (iznad standardnih C-Studs i U-Tracks) nisu dostupni samo korištenjem naprednih tehnika oblikovanja, već se također mogu unaprijed projektirati/prethodno odobriti za posebne potrebe za poboljšanje CFSF faze 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. Pojednostavljuju izradu detalja i pružaju rješenje koje je izvođačima lakše ispravno instalirati. Oni također ubrzavaju izgradnju i olakšavaju preglede, štedeći vrijeme i gnjavažu. Ove standardizirane komponente također poboljšavaju sigurnost na radnom mjestu smanjujući troškove rezanja, sastavljanja, uvrtanja i zavarivanja.
Standardna praksa bez CFSF standarda postala je toliko prihvaćen dio krajolika da je teško zamisliti komercijalnu ili visoku stambenu izgradnju bez nje. Ovo široko prihvaćanje postignuto je u relativno kratkom vremenskom razdoblju i nije se široko koristilo sve do kraja Drugog svjetskog rata.
Prvi standard dizajna CFSF-a objavio je 1946. godine Američki institut za željezo i čelik (AISI). Najnovija verzija, AISI S 200-07 (Sjevernoamerički standard za hladno oblikovane čelične okvire – općenito), sada je standard u Kanadi, SAD-u i Meksiku.
Osnovna standardizacija napravila je veliku razliku i CFSF je postao popularna metoda gradnje, bilo da su nosivi ili nenosivi. Njegove prednosti uključuju:
Koliko god AISI standard bio inovativan, on ne kodificira sve. Projektanti i izvođači još moraju puno odlučiti.
CFSF sustav temelji se na klinovima i tračnicama. Čelični stupovi, kao i drveni stupovi, vertikalni su elementi. Obično tvore poprečni presjek u obliku slova C, s "vrhom" i "dnom" slova C koji tvore usku dimenziju klina (njegove prirubnice). Vodilice su horizontalni elementi okvira (pragovi i nadvoji), koji imaju U-oblik za smještaj regala. Veličine regala obično su slične nazivnoj građi "2×": 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 naziva se "polica", a dimenzija od 89 mm ili 140 mm naziva se "mreža", posuđujući koncepte poznate iz vruće valjanog čelika i sličnih elemenata tipa I-grede. Veličina staze odgovara ukupnoj širini klina.
Sve donedavno, jači elementi koje je projekt zahtijevao morali su biti detaljno definirani EOR-om i sastavljeni na licu mjesta korištenjem kombinacije kombiniranih klinova i tračnica, kao i elemenata u obliku slova C i U. Točna konfiguracija obično se dostavlja izvođaču, a čak i unutar istog projekta može uvelike varirati. Međutim, desetljeća iskustva CFSF-a dovela su do prepoznavanja ograničenja ovih osnovnih oblika i problema povezanih s njima.
Na primjer, voda se može nakupiti u donjoj tračnici zida klina kada se klin otvori tijekom izgradnje. Prisutnost 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 prodre u gotove zidove i skupi se od kondenzacije, curenja ili prolijevanja.
Jedno od rješenja je poseban prolaz s izbušenim rupama za odvodnju. Poboljšani dizajn klinova također je u razvoju. Imaju inovativne značajke kao što su strateški postavljena rebra koja se savijaju u presjeku za dodatnu krutost. Teksturirana površina svornjaka sprječava "pomicanje" vijka, što rezultira čišćim spojem i ujednačenijim završetkom. Ta sićušna poboljšanja, pomnožena s desecima tisuća skokova, mogu imati ogroman utjecaj na projekt.
Idemo dalje od klinova i tračnica Tradicionalni klinovi i tračnice često su dovoljni za jednostavne zidove bez grubih rupa. Opterećenja mogu uključivati težinu samog zida, završne obrade i opreme na njemu, težinu vjetra, a za neke zidove također uključuju stalna i privremena opterećenja od krova ili kata iznad. Ta se opterećenja prenose s gornje tračnice na stupove, na donju tračnicu, a odatle na temelj ili druge dijelove nadgrađa (npr. betonsku palubu ili konstrukcijske čelične stupove i grede).
Ako u zidu postoji grubi otvor (RO) (kao što su vrata, prozor ili veliki HVAC kanal), opterećenje iznad otvora mora se prenijeti oko njega. Nadvratnik mora biti dovoljno čvrst da izdrži opterećenje od jednog ili više tzv. klinova (i pričvršćenih suhozida) iznad nadvoja i prenese ga na stupove dovratnika (RO okomiti elementi).
Isto tako, stupovi dovratnika moraju biti dizajnirani da podnose veće opterećenje od običnih stupova. Na primjer, u unutarnjim prostorima otvor mora biti dovoljno čvrst da izdrži težinu suhozida preko otvora (tj. 29 kg/m2 [6 lbs po kvadratnoj stopi] [jedan sloj od 16 mm (5/8 inča) po sat zida.) po strani žbuke] ili 54 kg/m2 [11 funti po kvadratnoj stopi] za dvosatni konstrukcijski zid [dva sloja žbuke od 16 mm po strani]), plus seizmičko opterećenje i obično težina vrata i njihov inercijski rad. Na vanjskim lokacijama otvori moraju biti u stanju izdržati vjetar, potres i slična opterećenja.
U tradicionalnom CFSF dizajnu, zaglavlja i stupovi pragova izrađuju se na licu mjesta kombiniranjem standardnih letvica i tračnica u jaču jedinicu. Tipični razdjelnik reverzne osmoze, poznat kao kazetni razdjelnik, izrađuje se spajanjem i/ili zavarivanjem pet dijelova. Dva su stupa okružena dvjema tračnicama, a treća je tračnica pričvršćena na vrhu s rupom okrenutom prema gore kako bi se stupić postavio iznad rupe (Slika 1). Drugi tip kutijastog spoja sastoji se od samo četiri dijela: dva klina i dvije vodilice. Drugi se sastoji od tri dijela - dvije staze i ukosnice. Točne proizvodne metode za ove komponente nisu standardizirane, ali se razlikuju između izvođača, pa čak i radnika.
Iako kombinatorna proizvodnja može uzrokovati niz problema, u industriji se dobro pokazala. Troškovi inženjerske faze bili su visoki jer nije bilo standarda, pa su se grubi otvori morali individualno projektirati i finalizirati. Rezanje i sastavljanje ovih radno intenzivnih komponenti na gradilištu također povećava troškove, gubi materijale, povećava otpad na gradilištu i povećava sigurnosne rizike na gradilištu. Osim toga, stvara probleme s kvalitetom i dosljednošću o kojima bi profesionalni dizajneri trebali biti posebno zabrinuti. To može smanjiti konzistentnost, kvalitetu i pouzdanost okvira, a također može utjecati na kvalitetu završne obrade suhozida. (Pogledajte “Loša veza” za primjere ovih problema.)
Vezni sustavi Pričvršćivanje modularnih priključaka na police također može uzrokovati estetske probleme. Preklapanje metala na metal uzrokovano jezičcima na modularnom razdjelniku može utjecati na završnu obradu zida. Nikakva unutarnja suhozidna ploča ili vanjska obloga ne smiju ležati ravno na limu iz kojeg strše glave vijaka. Izdignute zidne površine mogu uzrokovati vidljive neravnine i zahtijevaju dodatne korekcije kako bi ih sakrili.
Jedno od rješenja problema spajanja je korištenje gotovih stezaljki, njihovo pričvršćivanje na stupove dovratnika i usklađivanje spojeva. Ovaj pristup standardizira veze i eliminira nedosljednosti uzrokovane izradom na licu mjesta. Stezaljka uklanja preklapanje metala i izbočene glave vijaka na zidu, poboljšavajući završetak zida. Također može prepoloviti troškove rada ugradnje. Ranije je jedan radnik morao držati heder u ravnini dok ga je drugi pričvršćivao na mjesto. U sustavu kopči, radnik postavlja kopče, a zatim učvršćuje konektore na kopče. Ova stezaljka se obično proizvodi kao dio montažnog sustava okova.
Razlog za izradu razdjelnika od više komada savijenog metala je osigurati nešto jače od jednog komada tračnice za podupiranje zida iznad otvora. Budući da savijanje učvršćuje metal kako bi se spriječilo savijanje, učinkovito formirajući mikrozrake u većoj ravnini elementa, isti se rezultat može postići korištenjem jednog komada metala s mnogo zavoja.
Ovaj princip je lako razumjeti držeći list papira u blago ispruženim rukama. Prvo se papir savije u sredini i sklizne. Međutim, ako se presavije jednom duž svoje duljine i zatim odmota (tako da papir formira kanal u obliku slova V), manja je vjerojatnost da će se saviti i pasti. Što više nabora napravite, to će biti čvršći (unutar određenih granica).
Tehnika višestrukog savijanja iskorištava ovaj učinak dodavanjem naslaganih utora, kanala i petlji cjelokupnom obliku. "Izravni izračun čvrstoće" - nova praktična računalno potpomognuta metoda analize - zamijenio je tradicionalni "Izračun efektivne širine" i omogućio pretvaranje jednostavnih oblika u odgovarajuće, učinkovitije konfiguracije kako bi se dobili bolji rezultati od čelika. Ovaj trend se može vidjeti u mnogim CFSF sustavima. Ovi oblici, posebno kada se koristi jači čelik (390 MPa (57 psi) umjesto prethodnog industrijskog standarda od 250 MPa (36 psi)), mogu poboljšati ukupnu izvedbu elementa bez 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 razvlačenja i vlačna čvrstoća obrađenog dijela čelika se povećavaju, ali se rastezljivost smanjuje. Dijelovi koji rade najviše dobivaju najviše. Napredak u oblikovanju valjaka rezultirao je užim zavojima, što znači da čelik koji je najbliži zakrivljenom rubu zahtijeva više rada nego stari postupak oblikovanja valjanjem. Što su zavoji veći i čvršći, to će više čelika u elementu biti ojačano hladnom obradom, povećavajući ukupnu čvrstoću elementa.
Uobičajene gusjenice u obliku slova U imaju dva zavoja, C-svornjaci imaju četiri zavoja. Unaprijed konstruirani modificirani W razvodnik ima 14 zavoja raspoređenih da maksimiziraju količinu metala koji se aktivno odupire stresu. Jedan komad u ovoj konfiguraciji može biti cijeli okvir vrata u grubom otvoru okvira vrata.
Za vrlo široke otvore (tj. preko 2 m [7 ft]) ili velika opterećenja, poligon se može dodatno ojačati odgovarajućim umetcima u obliku slova W. Dodaje više metala i 14 zavoja, čime ukupan broj zavoja u ukupnom obliku iznosi 28. Umetak je postavljen unutar poligona s obrnutim W tako da dva W zajedno tvore grubi X-oblik. W-ove noge djeluju kao prečke. Postavili su svornjake koji nedostaju preko RO, koji su pričvršćeni vijcima. Ovo vrijedi bez obzira na to je li ugrađen umetak za pojačanje.
Glavne prednosti ovog prethodno oblikovanog sustava glava/kopča su brzina, dosljednost i poboljšana završna obrada. Odabirom certificiranog montažnog sustava nadvoja, poput onog koji je odobrila Služba za ocjenu Odbora za međunarodni kodeks prakse (ICC-ES), projektanti mogu specificirati komponente na temelju zahtjeva za protupožarnu zaštitu od opterećenja i tipa zida i izbjeći potrebu projektiranja i detaljiziranja svakog posla štedi vrijeme i resurse. (ICC-ES, Služba za ocjenu Odbora za međunarodne kodove, akreditirana od strane Vijeća za standarde Kanade [SCC]). Ova montaža također osigurava da se slijepi otvori izvedu kako je projektirano, s postojanom čvrstoćom i kvalitetom konstrukcije, bez odstupanja uslijed rezanja i montaže na licu mjesta.
Dosljednost ugradnje također je poboljšana budući da stezaljke imaju prethodno izbušene rupe s navojem, što olakšava numeriranje i postavljanje spojeva s dovratnicima. Uklanja preklapanja metala na zidovima, poboljšava ravnost površine suhozida i sprječava neravnine.
Osim toga, takvi sustavi imaju prednosti za okoliš. U usporedbi s kompozitnim komponentama, potrošnja čelika jednodijelnih razdjelnika može se smanjiti do 40%. Budući da to ne zahtijeva zavarivanje, popratne emisije otrovnih plinova su eliminirane.
Široki svornjaci s prirubnicom Tradicionalni svornjaci izrađuju se spajanjem (vijačenjem i/ili zavarivanjem) dva ili više svornjaka. Iako su moćni, mogu i sami stvarati probleme. Mnogo ih je lakše sastaviti prije ugradnje, pogotovo kada je u pitanju lemljenje. Međutim, to blokira pristup dijelu svornjaka pričvršćenom na vrata šupljeg metalnog okvira (HMF).
Jedno je rješenje izrezati rupu u jednom od stupova za pričvršćivanje na okvir s unutarnje strane sklopa uspravnog stupca. Međutim, to može otežati pregled i zahtijevati dodatni rad. Poznato je da inspektori inzistiraju na pričvršćivanju HMF-a na jednu polovicu klina dovratnika i pregledavanju, a zatim zavarivanju druge polovice sklopa dvostrukih klinova 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 klinovi za dovratnike) mogu se koristiti umjesto klinova koji se mogu složiti, čime se značajno štedi vrijeme i materijal. Problemi s pristupom povezani s HMF vratima također su riješeni budući da otvorena C strana omogućuje nesmetan pristup i jednostavan pregled. Otvoreni C-oblik također pruža potpunu izolaciju gdje kombinirani nadvoji i dovratnici obično 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 s gornjom palubom. Udaljenost od jednog kata do drugog može malo varirati tijekom vremena zbog varijacija u deformaciji palube pod različitim uvjetima opterećenja. Za nenosive zidove, trebao bi postojati razmak između vrha klinova i ploče, što omogućuje da se paluba pomakne prema dolje bez gnječenja klinova. Platforma se također mora moći pomicati prema gore bez lomljenja klinova. Razmak je najmanje 12,5 mm (½ in.), što je polovica ukupne tolerancije hoda od ±12,5 mm.
Dominiraju dva tradicionalna rješenja. Jedan je pričvrstiti dugačku tračnicu (50 ili 60 mm (2 ili 2,5 inča)) na platformu, s vrhovima klinova koji su jednostavno umetnuti u tračnicu, a ne pričvršćeni. Kako bi se spriječilo uvijanje klinova i gubitak njihove strukturne vrijednosti, komad hladno valjanog kanala umetnut je kroz rupu u klinu na udaljenosti od 150 mm (6 inča) od vrha zida. dugotrajan proces Proces nije popularan među izvođačima. U nastojanju da skrenu uglove, neki izvođači mogu čak odustati od hladno valjanih kanala stavljajući klinove na tračnice bez mogućnosti da ih drže na mjestu ili izravnavaju. Ovo krši standardnu praksu ASTM C 754 za ugradnju elemenata čeličnog okvira za proizvodnju proizvoda od suhozida s navojem, koja navodi da se klinovi moraju pričvrstiti na tračnice vijcima. Ako se ovo odstupanje od dizajna ne otkrije, to će utjecati na kvalitetu gotovog zida.
Još jedno široko korišteno rješenje je dizajn dvostruke staze. Standardna tračnica postavljena je na vrh klinova i svaki je klin pričvršćen vijcima. Druga, po narudžbi izrađena, šira staza postavljena je iznad prve i povezana s gornjom palubom. Standardne staze mogu kliziti gore-dolje unutar prilagođenih staza.
Za ovaj zadatak razvijeno je nekoliko rješenja, a sva uključuju specijalizirane komponente koje osiguravaju spojeve s prorezima. Varijacije uključuju vrstu tračnice s prorezima ili vrstu stezaljke s prorezima koja se koristi za pričvršćivanje tračnice na palubu. Na primjer, pričvrstite tračnicu s prorezima na donju stranu palube pomoću metode pričvršćivanja koja odgovara određenom materijalu palube. Vijci s prorezima pričvršćeni su na vrhove klinova (prema ASTM C 754) omogućujući spoju da se pomiče gore-dolje unutar približno 25 mm (1 inča).
U vatrozidu takve plutajuće veze moraju biti zaštićene od požara. Ispod utorene čelične ploče ispunjene betonom, materijal koji usporava vatru mora moći ispuniti neravni prostor ispod utora i zadržati svoju protupožarnu funkciju kako se udaljenost između vrha zida i podloge mijenja. Komponente korištene za ovaj spoj ispitane su u skladu s novim ASTM E 2837-11 (Standardna ispitna metoda za određivanje otpornosti na vatru sustava spojeva s punom zidnom glavom ugrađenih između nominalnih zidnih komponenti i nenaglašenih horizontalnih komponenti). Standard se temelji na Underwriters Laboratories (UL) 2079, "Ispitivanje požara za sustave povezivanja zgrada".
Prednost korištenja namjenskog priključka na vrhu zida je u tome što može uključivati standardizirane, kodeksom odobrene, vatrootporne sklopove. Tipična konstrukcija je postavljanje vatrostalnog materijala na palubu i visi nekoliko inča iznad vrha zidova s obje strane. Baš kao što zid može slobodno kliziti gore-dolje u utičnici, može kliziti gore-dolje iu vatrogasnom spoju. Materijali za ovu komponentu mogu uključivati mineralnu vunu, vatrostalni materijal od cementnog konstrukcijskog čelika ili suhozid, koji se koristi samostalno ili u kombinaciji. Takvi sustavi moraju biti testirani, odobreni i navedeni u katalozima kao što je Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Zaključak Standardizacija je temelj svake moderne arhitekture. Ironično, postoji malo standardizacije "standardne prakse" kada je u pitanju hladno oblikovani čelični okvir, a inovacije koje ruše te tradicije također su kreatori standarda.
Korištenje ovih standardiziranih sustava može zaštititi dizajnere i vlasnike, značajno uštedjeti vrijeme i novac te poboljšati sigurnost gradilišta. Oni unose dosljednost u konstrukciju i vjerojatnije je da će raditi kako je predviđeno od izgrađenih sustava. Uz kombinaciju lakoće, održivosti i pristupačnosti, CFSF će vjerojatno povećati svoj udio na građevinskom tržištu, bez sumnje potaknuti 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, nagrađivani je pisac i fotograf specijaliziran za građevinsku industriju. On je kreativni direktor Chusid Associatesa, konzultantske tvrtke koja pruža marketinške i tehničke usluge proizvođačima građevinskih proizvoda. Millera možete kontaktirati na www.chusid.com.
Označite okvir u nastavku kako biste potvrdili svoju želju da budete uključeni u različite komunikacije putem e-pošte Kenilworth Media (uključujući e-biltene, izdanja digitalnih časopisa, periodične ankete i ponude* za inženjersku i građevinsku industriju).
*Vašu adresu e-pošte ne prodajemo trećim stranama, jednostavno vam prosljeđujemo njihove ponude. Naravno, uvijek imate pravo otkazati pretplatu na bilo koju komunikaciju koju vam šaljemo ako se u budućnosti predomislite.
Vrijeme objave: 7. srpnja 2023