Dissenyat per Todd Brady i Stephen H. Miller, el marc CDTC format en fred (CFSF) (també conegut com a "calibre lleuger") era originalment una alternativa a la fusta, però després de dècades de treball agressiu, finalment va jugar el seu paper. Igual que la fusta acabada per fuster, els pals i les vies d'acer es poden tallar i combinar per crear formes més complexes. Tanmateix, fins fa poc no hi havia una estandardització real de components o compostos. Cada forat rugós o un altre element estructural especial ha de ser detallat individualment per un enginyer de registre (EOR). Els contractistes no sempre segueixen aquests detalls específics del projecte i poden "fer les coses de manera diferent" durant molt de temps. Malgrat això, hi ha diferències significatives en la qualitat del muntatge de camp.
En definitiva, la familiaritat genera insatisfacció i la insatisfacció inspira la innovació. Els nous membres de marc (més enllà dels C-Studs i U-Tracks estàndard) no només estan disponibles mitjançant tècniques de conformació avançades, sinó que també es poden dissenyar prèviament/aprovar prèviament per a necessitats específiques per millorar l'etapa CFSF en termes de disseny i construcció. .
Els components estandarditzats i dissenyats específicament que s'ajusten a les especificacions poden realitzar moltes tasques de manera coherent, proporcionant un rendiment millor i més fiable. Simplifican els detalls i proporcionen una solució que és més fàcil d'instal·lar correctament per als contractistes. També acceleren la construcció i faciliten les inspeccions, estalviant temps i molèsties. Aquests components estandarditzats també milloren la seguretat en el lloc de treball reduint els costos de tall, muntatge, cargolat i soldadura.
La pràctica estàndard sense els estàndards CFSF s'ha convertit en una part tan acceptada del paisatge que és difícil imaginar una construcció residencial comercial o de gran alçada sense ella. Aquesta acceptació generalitzada es va aconseguir en un període de temps relativament curt i no va ser àmpliament utilitzada fins al final de la Segona Guerra Mundial.
El primer estàndard de disseny CFSF va ser publicat l'any 1946 per l'American Iron and Steel Institute (AISI). L'última versió, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing - General), és ara l'estàndard al Canadà, EUA i Mèxic.
L'estandardització bàsica va marcar una gran diferència i CFSF es va convertir en un mètode de construcció popular, tant si eren portants com no portants. Els seus beneficis inclouen:
Per innovador que sigui l'estàndard AISI, no ho codifica tot. Els dissenyadors i contractistes encara tenen molt per decidir.
El sistema CFSF es basa en tacs i rails. Els pals d'acer, com els pals de fusta, són elements verticals. Normalment formen una secció transversal en forma de C, amb la "superior" i la "inferior" de la C formant la dimensió estreta del tac (la seva brida). Les guies són elements de marc horitzontals (llindars i llindes), amb forma d'U per acomodar bastidors. Les mides dels bastidors solen ser similars a la fusta nominal "2×": 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ polzades) és "2 x 4" i 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ polzada) equival a "2 × 6". En aquests exemples, la dimensió de 41 mm s'anomena "prestatge" i la dimensió de 89 mm o 140 mm s'anomena "web", prenent en préstec conceptes familiars de l'acer laminat en calent i membres similars de tipus I-beam. La mida de la pista es correspon amb l'amplada total del tac.
Fins fa poc, els elements més forts requerits pel projecte havien de ser detallats per EOR i muntats in situ mitjançant una combinació de tacs i rails combinats, així com elements en forma de C i U. La configuració exacta se sol proporcionar al contractista i fins i tot dins del mateix projecte pot variar molt. Tanmateix, les dècades d'experiència de CFSF han portat al reconeixement de les limitacions d'aquestes formes bàsiques i dels problemes associats a aquestes.
Per exemple, l'aigua es pot acumular a la barra inferior d'una paret de tacs quan s'obre durant la construcció. La presència de serradures, paper o altres materials orgànics pot causar floridura o altres problemes relacionats amb la humitat, inclòs el deteriorament dels panells de guix o l'atracció de plagues darrere de les tanques. Un problema similar pot ocórrer si l'aigua es filtra a les parets acabades i s'acumula per condensació, fuites o vessaments.
Una solució és una passarel·la especial amb forats perforats per al drenatge. També s'estan desenvolupant dissenys de tacs millorats. Compten amb característiques innovadores, com ara costelles col·locades estratègicament que es flexionen en secció transversal per a més rigidesa. La superfície texturada del tac impedeix que el cargol es "mogui", donant lloc a una connexió més neta i un acabat més uniforme. Aquestes petites millores, multiplicades per desenes de milers de pics, poden tenir un gran impacte en un projecte.
Anar més enllà dels tacs i les baranes Els tacs i les baranes tradicionals solen ser suficients per a parets senzilles sense forats rugosos. Les càrregues poden incloure el pes de la paret en si, els acabats i l'equipament que hi ha, el pes del vent i, per a algunes parets, també inclouen càrregues permanents i temporals des del terrat o del terra superior. Aquestes càrregues es transmeten des del rail superior a les columnes, al rail inferior, i d'aquí a la base o altres parts de la superestructura (per exemple, coberta de formigó o columnes i bigues d'acer estructural).
Si hi ha una obertura rugosa (RO) a la paret (com ara una porta, una finestra o un gran conducte d'HVAC), la càrrega des de sobre de l'obertura s'ha de transferir al seu voltant. La llinda ha de ser prou forta per suportar la càrrega d'un o més els anomenats tacs (i el panell de guix adjunt) per sobre de la llinda i transferir-lo als tacs de brancal (elements verticals RO).
Així mateix, els pals de brancal de la porta s'han de dissenyar per suportar una càrrega més gran que els pals normals. Per exemple, en espais interiors, l'obertura ha de ser prou forta per suportar el pes del panell de guix sobre l'obertura (és a dir, 29 kg/m2 [6 lliures per peu quadrat] [una capa de 16 mm (5/8 polzades) per hora de paret.) per costat de guix] o 54 kg/m2 [11 lliures per peu quadrat] per a una paret estructural de dues hores [dues capes de guix de 16 mm per costat]), més la càrrega sísmica i normalment el pes de la paret. porta i el seu funcionament inercial. En llocs exteriors, les obertures han de poder suportar vent, terratrèmols i càrregues similars.
En el disseny tradicional CFSF, les capçaleres i els pals d'ampit es fan in situ combinant llistons i baranes estàndard en una unitat més forta. Un col·lector d'osmosi inversa típic, conegut com a col·lector de casset, es fa cargolant i/o soldant cinc peces juntes. Dos pals estan flanquejats per dos rails, i un tercer rail està connectat a la part superior amb el forat cap amunt per col·locar el pal per sobre del forat (figura 1). Un altre tipus d'unió de caixa consta només de quatre parts: dos tacs i dues guies. L'altra consta de tres parts: dues vies i una forquilla. Els mètodes de producció exactes d'aquests components no estan estandarditzats, però varien entre els contractistes i fins i tot els treballadors.
Tot i que la producció combinatòria pot causar una sèrie de problemes, ha demostrat ser bona a la indústria. El cost de la fase d'enginyeria va ser elevat perquè no hi havia estàndards, per la qual cosa les obertures brutes s'havien de dissenyar i finalitzar individualment. El tall i el muntatge d'aquests components que requereixen mà d'obra al lloc també augmenta els costos, els residus de materials, augmenta els residus del lloc i augmenta els riscos de seguretat del lloc. A més, crea problemes de qualitat i coherència que els dissenyadors professionals haurien de preocupar especialment. Això tendeix a reduir la consistència, la qualitat i la fiabilitat del marc, i també pot afectar la qualitat de l'acabat de panells de guix. (Vegeu "Mala connexió" per obtenir exemples d'aquests problemes.)
Sistemes de connexió La connexió de connexions modulars als bastidors també pot causar problemes estètics. La superposició de metall a metall causada per les pestanyes del col·lector modular pot afectar l'acabat de la paret. No hi ha cap panell de guix interior ni revestiment exterior que s'ha de situar pla sobre la làmina metàl·lica de la qual sobresurten els caps dels cargols. Les superfícies de les parets elevades poden causar acabats desiguals notables i requereixen un treball correctiu addicional per ocultar-les.
Una solució al problema de connexió és utilitzar pinces ja fetes, subjectar-les als pals del brancal i coordinar les juntes. Aquest enfocament estandarditza les connexions i elimina les inconsistències causades per la fabricació in situ. La pinça elimina la superposició metàl·lica i els caps de cargol que sobresurten a la paret, millorant l'acabat de la paret. També pot reduir a la meitat els costos de mà d'obra d'instal·lació. Anteriorment, un treballador havia de mantenir el capçal a nivell mentre un altre el cargolava al seu lloc. En un sistema de clips, un treballador instal·la els clips i després encaixa els connectors als clips. Aquesta pinça normalment es fabrica com a part d'un sistema de muntatge prefabricat.
El motiu per fer col·lectors a partir de múltiples peces de metall doblegat és proporcionar alguna cosa més resistent que una única peça de pista per suportar la paret per sobre de l'obertura. Com que la flexió endurisca el metall per evitar la deformació, formant eficaçment microbigues en el pla més gran de l'element, es pot aconseguir el mateix resultat utilitzant una sola peça de metall amb moltes corbes.
Aquest principi és fàcil d'entendre agafant un full de paper amb les mans lleugerament esteses. En primer lloc, el paper es doblega pel mig i llisca. Tanmateix, si es doblega una vegada al llarg de la seva longitud i després es desenrotlla (de manera que el paper formi un canal en forma de V), és menys probable que es doblegui i caigui. Com més plecs facis, més rígid serà (dins de certs límits).
La tècnica de flexió múltiple aprofita aquest efecte afegint ranures apilades, canals i bucles a la forma general. El "Càlcul directe de la força" -un nou mètode pràctic d'anàlisi assistit per ordinador- va substituir el tradicional "Càlcul de l'amplada efectiva" i va permetre convertir formes senzilles en configuracions adequades i més eficients per obtenir millors resultats de l'acer. Aquesta tendència es pot veure en molts sistemes CFSF. Aquestes formes, especialment quan s'utilitza acer més fort (390 MPa (57 psi) en lloc de l'anterior estàndard de la indústria de 250 MPa (36 psi)), poden millorar el rendiment global de l'element sense cap compromís en la mida, el pes o el gruix. esdevenir. hi ha hagut canvis.
En el cas de l'acer conformat en fred, entra en joc un altre factor. El treball en fred de l'acer, com ara la flexió, canvia les propietats del propi acer. La resistència a la fluència i la resistència a la tracció de la part processada de l'acer augmenten, però la ductilitat disminueix. Les parts que més funcionen són les que més són. Els avenços en la conformació de bobines han donat lloc a corbes més estretes, el que significa que l'acer més proper a la vora corba requereix més treball que l'antic procés de conformació de bobines. Com més grans i estrets siguin els corbes, més acer es reforçarà amb el treball en fred, augmentant la resistència general de l'element.
Les vies normals en forma d'U tenen dos revolts, els tacs C tenen quatre revolts. El col·lector W modificat prèviament dissenyat té 14 corbes disposades per maximitzar la quantitat de metall que resisteix activament l'estrès. La peça única en aquesta configuració pot ser tot el marc de la porta a l'obertura rugosa del marc de la porta.
Per a obertures molt amples (és a dir, més de 2 m [7 peus]) o càrregues elevades, el polígon es pot reforçar encara més amb insercions adequades en forma de W. Afegeix més metall i 14 corbes, la qual cosa fa que el nombre total de corbes en la forma global sigui de 28. La inserció es col·loca dins del polígon amb W invertides de manera que les dues W formen una forma de X rugosa. Les cames de la W actuen com a barres transversals. Van instal·lar els tacs que faltaven sobre el RO, que es van mantenir al seu lloc amb cargols. Això s'aplica tant si s'instal·la o no una inserció de reforç.
Els principals avantatges d'aquest sistema de capçal/clip preformat són la velocitat, la consistència i l'acabat millorat. En triar un sistema de llinda prefabricat certificat, com un aprovat pel Servei d'Avaluació del Comitè de Codi de Pràctiques Internacional (ICC-ES), els dissenyadors poden especificar components basats en els requisits de protecció contra incendis de càrrega i tipus de paret, i evitar haver de dissenyar i detallar cada treball. , estalviant temps i recursos. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, acreditat pel Standards Council of Canada [SCC]). Aquesta prefabricació també assegura que les obertures cegues es construeixen tal com es dissenyen, amb una solidesa estructural i una qualitat consistents, sense desviacions degudes al tall i muntatge in situ.
La consistència de la instal·lació també es millora ja que les pinces tenen forats roscats prèviament perforats, cosa que facilita la numeració i la col·locació de juntes amb tacs de brancal. Elimina les superposicions metàl·liques a les parets, millora la planitud de la superfície dels panells de guix i evita desnivells.
A més, aquests sistemes tenen beneficis ambientals. En comparació amb els components compostos, el consum d'acer dels col·lectors d'una sola peça es pot reduir fins a un 40%. Com que això no requereix soldadura, s'eliminen les emissions de gasos tòxics que l'acompanya.
Tacs de brida ampla Els tacs tradicionals es fan unint (cargolant i/o soldant) dos o més tacs. Encara que són poderosos, també poden crear els seus propis problemes. Són molt més fàcils de muntar abans de la instal·lació, sobretot quan es tracta de soldar. Tanmateix, això bloqueja l'accés a la secció de tacs connectada a la porta del marc metàl·lic buit (HMF).
Una solució és tallar un forat en un dels muntants per connectar-lo al marc des de l'interior del conjunt vertical. Tanmateix, això pot dificultar la inspecció i requerir un treball addicional. S'ha sabut que els inspectors insisteixen a connectar l'HMF a la meitat del montant del brancal de la porta i inspeccionar-lo, i després soldar la segona meitat del conjunt del tac doble al seu lloc. Això atura tot el treball al voltant de la porta, pot retardar altres treballs i requereix una major protecció contra incendis a causa de la soldadura in situ.
Els tacs d'espatlla amples prefabricats (especialment dissenyats com a tacs de brancal) es poden utilitzar en lloc dels tacs apilables, estalviant temps i material significatius. Els problemes d'accés associats a la porta HMF també es resolen, ja que el costat C obert permet un accés ininterromput i una inspecció fàcil. La forma de C oberta també proporciona un aïllament complet on les llindes combinades i els pals de brancal solen crear un buit de 102 a 152 mm (4 a 6 polzades) d'aïllament al voltant de la porta.
Connexions a la part superior de la paret Una altra àrea de disseny que s'ha beneficiat de la innovació és la connexió a la part superior de la paret a la coberta superior. La distància d'un pis a un altre pot variar lleugerament amb el temps a causa de la variació de la deflexió de la coberta en diferents condicions de càrrega. Per a les parets no portants, hi hauria d'haver un buit entre la part superior dels tacs i el panell, això permet que la coberta es mogui cap avall sense aixafar els tacs. La plataforma també ha de poder moure's cap amunt sense trencar els tacs. L'espai lliure és d'almenys 12,5 mm (½ polzada), que és la meitat de la tolerància total de viatge de ±12,5 mm.
Predominen dues solucions tradicionals. Un és connectar una pista llarga (50 o 60 mm (2 o 2,5 polzades)) a la coberta, amb les puntes dels tacs simplement inserides a la pista, sense fixar-les. Per evitar que els tacs es torcin i perdin el seu valor estructural, s'insereix un tros de canal laminat en fred a través d'un forat del tac a una distància de 150 mm (6 polzades) de la part superior de la paret. procés de consum El procés no és popular entre els contractistes. En un esforç per tallar cantonades, alguns contractistes fins i tot poden renunciar al canal laminat en fred posant tacs als rails sense cap mitjà per mantenir-los al seu lloc o anivellar-los. Això infringeix la pràctica estàndard ASTM C 754 per a la instal·lació de membres d'estructura d'acer per produir productes de guix roscats, que estableix que els tacs s'han de fixar als rails amb cargols. Si no es detecta aquesta desviació del disseny, afectarà la qualitat de la paret acabada.
Una altra solució molt utilitzada és el disseny de doble via. La pista estàndard es col·loca a la part superior dels tacs i cada tac s'hi cargola. Una segona pista més ampla, feta a mida, es col·loca a sobre de la primera i es connecta a la coberta superior. Les pistes estàndard poden lliscar cap amunt i cap avall dins de pistes personalitzades.
S'han desenvolupat diverses solucions per a aquesta tasca, totes elles inclouen components especialitzats que proporcionen connexions ranurades. Les variacions inclouen el tipus de pista ranurada o el tipus de clip ranurat utilitzat per connectar la pista a la coberta. Per exemple, fixeu un rail ranurat a la part inferior de la coberta mitjançant un mètode de fixació adequat per al material de la coberta en particular. Els cargols ranurats s'uneixen a la part superior dels tacs (segons ASTM C 754) permetent que la connexió es mogui cap amunt i cap avall en uns 25 mm (1 polzada).
En un tallafoc, aquestes connexions flotants s'han de protegir del foc. A sota d'una coberta d'acer acanalat plena de formigó, el material ignífug ha de ser capaç d'omplir l'espai desigual sota la ranura i mantenir la seva funció d'extinció d'incendis a mesura que canvia la distància entre la part superior de la paret i la coberta. Els components utilitzats per a aquesta unió s'han provat d'acord amb la nova ASTM E 2837-11 (Mètode de prova estàndard per a la determinació de la resistència al foc dels sistemes d'unió de capçal de paret sòlid instal·lats entre components de paret nominals i components horitzontals no classificats). L'estàndard es basa en Underwriters Laboratories (UL) 2079, "Proves d'incendis per a sistemes de connexió d'edificis".
L'avantatge d'utilitzar una connexió dedicada a la part superior de la paret és que pot incloure conjunts estandarditzats, aprovats pel codi i resistents al foc. Una construcció típica és col·locar el refractari a la coberta i penjar uns centímetres per sobre de la part superior de les parets a banda i banda. De la mateixa manera que una paret pot lliscar cap amunt i cap avall lliurement en un accessori de mortajada, també pot lliscar cap amunt i cap avall en una junta de foc. Els materials per a aquest component poden incloure llana mineral, acer estructural refractari cimentat o panells de guix, utilitzats sols o en combinació. Aquests sistemes han de ser provats, aprovats i llistats en catàlegs com Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Conclusió L'estandardització és la base de tota l'arquitectura moderna. Irònicament, hi ha poca estandardització de la "pràctica estàndard" quan es tracta de marcs d'acer format en fred, i les innovacions que trenquen aquestes tradicions també són fabricants d'estàndards.
L'ús d'aquests sistemes estandarditzats pot protegir dissenyadors i propietaris, estalviar temps i diners significatius i millorar la seguretat del lloc. Aporten consistència a la construcció i és més probable que funcionin com es pretén que els sistemes construïts. Amb una combinació de lleugeresa, sostenibilitat i assequibilitat, és probable que CFSF augmenti la seva quota del mercat de la construcció, sens dubte estimulant més innovació.
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 és un escriptor i fotògraf guardonat especialitzat en la indústria de la construcció. És el director creatiu de Chusid Associates, una empresa de consultoria que ofereix serveis tècnics i de màrqueting als fabricants de productes de construcció. Es pot contactar amb Miller a www.chusid.com.
Marqueu la casella següent per confirmar el vostre desig de ser inclòs en diverses comunicacions per correu electrònic de Kenilworth Media (inclosos butlletins electrònics, números de revistes digitals, enquestes periòdiques i ofertes* per a la indústria de l'enginyeria i la construcció).
*No venem la teva adreça de correu electrònic a tercers, simplement t'enviem les seves ofertes. Per descomptat, sempre tens dret a donar-te de baixa de qualsevol comunicació que t'enviem si canvies d'opinió en el futur.
Hora de publicació: Jul-07-2023