Deseñado por Todd Brady e Stephen H. Miller, o marco CDTC formado en frío (CFSF) (tamén coñecido como "calibre lixeiro") era orixinalmente unha alternativa á madeira, pero despois de décadas de traballo agresivo, finalmente xogou o seu papel. Do mesmo xeito que a madeira acabada en carpinteiro, os postes de aceiro e as pistas pódense cortar e combinar para crear formas máis complexas. Non obstante, ata hai pouco non houbo unha estandarización real de compoñentes ou compostos. Cada burato en bruto ou outro elemento estrutural especial debe ser detallado individualmente por un enxeñeiro de rexistro (EOR). Os contratistas non sempre seguen estes detalles específicos do proxecto e poden "facer as cousas de forma diferente" durante moito tempo. A pesar diso, hai diferenzas significativas na calidade da montaxe no campo.
En definitiva, a familiaridade xera insatisfacción e a insatisfacción inspira a innovación. Os novos membros de armazón (máis aló dos C-Studs e U-Tracks estándar) non só están dispoñibles mediante técnicas avanzadas de conformación, senón que tamén se poden predeseñar/aprobar previamente para necesidades específicas para mellorar a fase CFSF en termos de deseño e construción. .
Os compoñentes estandarizados e construídos específicamente que se axustan ás especificacións poden realizar moitas tarefas de forma consistente, proporcionando un rendemento mellor e máis fiable. Simplifican os detalles e proporcionan unha solución que é máis fácil de instalar correctamente para os contratistas. Tamén aceleran a construción e facilitan as inspeccións, aforrando tempo e problemas. Estes compoñentes estandarizados tamén melloran a seguridade no traballo reducindo os custos de corte, montaxe, aparafusamento e soldadura.
A práctica estándar sen os estándares CFSF converteuse nunha parte tan aceptada da paisaxe que é difícil imaxinar construcións residenciais comerciais ou de gran altura sen ela. Esta aceptación xeneralizada conseguiuse nun período de tempo relativamente curto e non foi moi utilizada ata o final da Segunda Guerra Mundial.
O primeiro estándar de deseño CFSF foi publicado en 1946 polo American Iron and Steel Institute (AISI). A última versión, AISI S 200-07 (North American Standard for Cold Formed Steel Framing - General), é agora o estándar en Canadá, Estados Unidos e México.
A estandarización básica fixo unha gran diferenza e CFSF converteuse nun método de construción popular, xa fosen de carga ou non. Os seus beneficios inclúen:
Por innovador que é o estándar AISI, non o codifica todo. Os deseñadores e contratistas aínda teñen moito que decidir.
O sistema CFSF baséase en cravos e carrís. Os postes de aceiro, como os de madeira, son elementos verticais. Adoitan formar unha sección transversal en forma de C, coa "superior" e "inferior" do C formando a dimensión estreita do espárrago (a súa brida). As guías son elementos de marco horizontais (limiares e linteis), que teñen forma de U para acomodar bastidores. Os tamaños do bastidor adoitan ser similares aos da madeira nominal "2×": 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ polgadas) son "2 x 4" e 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ polgada) é igual a "2×6". Nestes exemplos, a dimensión de 41 mm denomínase "balda" e a dimensión de 89 mm ou 140 mm denomínase "web", tomando prestados conceptos familiares do aceiro laminado en quente e membros similares de viga en I. O tamaño da pista corresponde á anchura total do perno.
Ata hai pouco, os elementos máis fortes requiridos polo proxecto tiñan que ser detallados por EOR e montados no lugar mediante unha combinación de pernos e raíles combinados, así como elementos en forma de C e U. A configuración exacta adoita proporcionarse ao contratista e mesmo dentro do mesmo proxecto pode variar moito. Non obstante, as décadas de experiencia de CFSF levaron ao recoñecemento das limitacións destas formas básicas e dos problemas asociados a elas.
Por exemplo, a auga pode acumularse no carril inferior dunha parede de espárragos cando se abre durante a construción. A presenza de serrín, papel ou outros materiais orgánicos pode causar mofo ou outros problemas relacionados coa humidade, incluíndo o deterioro dos paneles de drywall ou atraer pragas detrás das valas. Un problema similar pode ocorrer se a auga se filtra nas paredes acabadas e se acumula pola condensación, as fugas ou os vertidos.
Unha solución é unha pasarela especial con buratos perforados para a drenaxe. Tamén están en desenvolvemento deseños de cravos mellorados. Presentan características innovadoras, como costelas estratexicamente colocadas que se flexionan na sección transversal para aumentar a rixidez. A superficie texturizada do perno impide que o parafuso se "move", o que resulta nunha conexión máis limpa e un acabado máis uniforme. Estas pequenas melloras, multiplicadas por decenas de miles de picos, poden ter un gran impacto nun proxecto.
Indo máis alá dos espárragos e dos carrís Os cravos e carrís tradicionais adoitan ser suficientes para paredes simples sen buratos rugosos. As cargas poden incluír o peso da propia parede, os acabados e equipamento sobre ela, o peso do vento e, para algunhas paredes, tamén inclúen cargas permanentes e temporais do tellado ou do piso superior. Estas cargas transmítense desde o carril superior ás columnas, ó carril inferior e desde alí á cimentación ou outras partes da superestrutura (por exemplo, plataforma de formigón ou columnas e vigas de aceiro estrutural).
Se hai unha abertura rugosa (RO) na parede (como unha porta, unha xanela ou un conduto de climatización grande), a carga desde arriba da abertura debe transferirse ao seu redor. O dintel debe ser o suficientemente forte como para soportar a carga dun ou máis chamados cravos (e o panel de yeso adxunto) por riba do lintel e transferilo aos pernos da jamba (membros verticais RO).
Así mesmo, os postes das xambas das portas deben estar deseñados para soportar unha carga maior que os postes habituais. Por exemplo, en espazos interiores, a abertura debe ser o suficientemente resistente como para soportar o peso do panel de yeso sobre a abertura (é dicir, 29 kg/m2 [6 lbs por pé cadrado] [unha capa de 16 mm (5/8 polgadas) por hora de muro.) por lado de xeso] ou 54 kg/m2 [11 libras por pé cadrado] para un muro estrutural de dúas horas [dúas capas de xeso de 16 mm por lado]), máis a carga sísmica e normalmente o peso do muro. porta e o seu funcionamento inercial. En lugares externos, as aberturas deben ser capaces de soportar vento, terremoto e cargas similares.
No deseño tradicional CFSF, as cabeceiras e os postes de soleira realízanse no lugar combinando lamas e carrís estándar nunha unidade máis resistente. Un colector de ósmose inversa típico, coñecido como colector de casete, faise atornillando e/ou soldando cinco pezas. Dous postes están flanqueados por dous carrís, e un terceiro carril está unido na parte superior co buraco cara arriba para colocar o poste por riba do burato (Figura 1). Outro tipo de xunta de caixa consta de só catro partes: dous cravos e dúas guías. A outra consta de tres partes: dúas pistas e unha horquilla. Os métodos de produción exactos destes compoñentes non están estandarizados, pero varían entre os contratistas e incluso os traballadores.
Aínda que a produción combinatoria pode causar unha serie de problemas, demostrouse ben na industria. O custo da fase de enxeñaría foi elevado porque non había estándares, polo que as aberturas en bruto tiveron que ser deseñadas e finalizadas individualmente. O corte e a montaxe destes compoñentes de traballo intensivo no lugar tamén engade custos, desperdicia materiais, aumenta o desperdicio do lugar e aumenta os riscos de seguridade do lugar. Ademais, crea problemas de calidade e coherencia que deberían preocupar especialmente aos deseñadores profesionais. Isto tende a reducir a consistencia, calidade e fiabilidade do cadro, e tamén pode afectar a calidade do acabado do panel de xeso. (Consulte "Mala conexión" para ver exemplos destes problemas).
Sistemas de conexión Unir conexións modulares aos racks tamén pode causar problemas estéticos. A superposición de metal a metal causada polas pestanas do colector modular pode afectar o acabado da parede. Ningún panel de xeso interior ou revestimento exterior debe estar plano sobre a chapa metálica da que sobresaen as cabezas dos parafusos. As superficies de paredes elevadas poden causar acabados desiguais notables e requirir un traballo corrector adicional para ocultalas.
Unha solución ao problema de conexión é usar abrazaderas xa preparadas, fixalas aos postes da xamba e coordinar as xuntas. Este enfoque estandariza as conexións e elimina as inconsistencias causadas pola fabricación in situ. A abrazadeira elimina a superposición de metal e as cabezas de parafuso que sobresaen na parede, mellorando o acabado da parede. Tamén pode reducir os custos laborais de instalación á metade. Anteriormente, un traballador tiña que manter a cabeceira nivelada mentres outro a atornillaba no seu lugar. Nun sistema de clips, un traballador instala os clips e despois encaixa os conectores nos clips. Esta abrazadeira adoita fabricarse como parte dun sistema de encaixe prefabricado.
A razón para facer colectores a partir de varias pezas de metal dobrado é proporcionar algo máis forte que unha única peza de vía para soportar a parede por riba da abertura. Dado que a flexión endurece o metal para evitar a deformación, formando efectivamente microvigas no plano máis grande do elemento, pódese conseguir o mesmo resultado usando unha única peza de metal con moitas curvas.
Este principio é fácil de entender sostendo unha folla de papel coas mans lixeiramente estendidas. Primeiro, o papel dóbrase polo medio e esvara. Non obstante, se se dobra unha vez ao longo da súa lonxitude e despois se desenrola (de xeito que o papel forme unha canle en forma de V), é menos probable que se doble e caia. Cantos máis dobras faga, máis ríxida será (dentro de certos límites).
A técnica de flexión múltiple aproveita este efecto engadindo sucos, canles e bucles apilados á forma xeral. "Cálculo directo de resistencia" - un novo método práctico de análise asistida por ordenador - substituíu o tradicional "Cálculo de ancho efectivo" e permitiu converter formas sinxelas en configuracións axeitadas e máis eficientes para obter mellores resultados do aceiro. Esta tendencia pódese ver en moitos sistemas CFSF. Estas formas, especialmente cando se usa aceiro máis resistente (390 MPa (57 psi) en lugar do estándar industrial anterior de 250 MPa (36 psi)), poden mellorar o rendemento xeral do elemento sen comprometer o tamaño, o peso ou o grosor. converterse. houbo cambios.
No caso do aceiro conformado en frío, entra en xogo outro factor. O traballo en frío do aceiro, como a flexión, cambia as propiedades do propio aceiro. O límite de fluencia e a resistencia á tracción da parte procesada do aceiro aumentan, pero a ductilidade diminúe. As pezas que máis funcionan son as que máis son. Os avances na conformación de rolos deron lugar a curvas máis axustadas, o que significa que o aceiro máis próximo ao bordo curvo require máis traballo que o antigo proceso de conformación de rolos. Canto máis grandes e axustados sexan as curvas, máis aceiro reforzarase o elemento co traballo en frío, aumentando a resistencia global do elemento.
As vías normais en forma de U teñen dúas curvas, os cravos en C teñen catro curvas. O colector W modificado pre-deseñado ten 14 curvas dispostas para maximizar a cantidade de metal que resiste activamente o estrés. A única peza nesta configuración pode ser todo o marco da porta na abertura áspera do marco da porta.
Para ocos moi anchos (é dicir, máis de 2 m [7 pés]) ou cargas elevadas, o polígono pódese reforzar aínda máis con insercións en forma de W adecuadas. Engade máis metal e 14 curvas, o que leva o número total de curvas na forma xeral a 28. A inserción colócase dentro do polígono con Ws invertidas para que as dúas W xuntas formen unha forma de X áspera. As pernas da W actúan como travesías. Instalaron os cravos que faltaban sobre o RO, que se mantiñan no seu lugar con parafusos. Isto aplícase tanto se se instala ou non unha inserción de reforzo.
Os principais beneficios deste sistema de cabeza/clip preformados son a velocidade, a consistencia e o acabado mellorado. Ao elixir un sistema de lintel prefabricado certificado, como o aprobado polo Servizo de Avaliación do Comité Internacional do Código de Prácticas (ICC-ES), os deseñadores poden especificar compoñentes en función da carga e dos requisitos de protección contra incendios do tipo de parede, e evitar ter que deseñar e detallar cada traballo. , aforrando tempo e recursos. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, acreditado polo Standards Council of Canada [SCC]). Esta prefabricación tamén garante que as aberturas cegas se constrúen segundo o seu deseño, cunha solidez estrutural e calidade consistentes, sen desviacións debido ao corte e montaxe in situ.
A consistencia da instalación tamén se mellora xa que as abrazadeiras teñen orificios roscados previamente perforados, o que facilita a numeración e colocación de xuntas con pernos de xamba. Elimina as superposicións metálicas nas paredes, mellora a planitude da superficie de paneles de yeso e evita as irregularidades.
Ademais, estes sistemas teñen beneficios ambientais. En comparación cos compoñentes compostos, o consumo de aceiro dos colectores dunha soa peza pódese reducir ata un 40%. Dado que isto non require soldadura, elimínanse as emisións acompañantes de gases tóxicos.
Espárragos de brida ancha Os cravos tradicionais fanse unindo (aparafusando e/ou soldando) dous ou máis espárragos. Aínda que son poderosos, tamén poden crear os seus propios problemas. Son moito máis fáciles de montar antes da instalación, especialmente cando se trata de soldar. Non obstante, isto bloquea o acceso á sección de espárragos unida á porta do marco metálico oco (HMF).
Unha solución é cortar un burato nun dos montantes para fixalo ao cadro dende o interior do conxunto vertical. Non obstante, isto pode dificultar a inspección e requirir traballo adicional. Sábese que os inspectores insisten en conectar o HMF a unha metade do perno do montante da porta e inspeccionalo, logo soldando a segunda metade do conxunto do dobre perno no seu lugar. Isto detén todo o traballo ao redor da porta, pode atrasar outros traballos e require unha maior protección contra incendios debido á soldadura no lugar.
Pódense usar cravos prefabricados de ombreiro ancho (especialmente deseñados como pernos de jamba) en lugar de cravos apilables, o que aforra moito tempo e material. Os problemas de acceso asociados á porta HMF tamén se solucionan xa que o lado C aberto permite un acceso ininterrompido e unha fácil inspección. A forma de C aberta tamén proporciona un illamento total onde os linteis combinados e os postes de xamba normalmente crean un espazo de 102 a 152 mm (4 a 6 polgadas) de illamento ao redor da porta.
Conexións na parte superior da parede Outra área de deseño que se beneficiou da innovación é a conexión na parte superior da parede coa cuberta superior. A distancia dun piso a outro pode variar lixeiramente ao longo do tempo debido á variación na deflexión da cuberta en diferentes condicións de carga. Para muros non portantes, debe haber un espazo entre a parte superior dos cravos e o panel, isto permite que a plataforma se mova cara abaixo sen esmagar os cravos. A plataforma tamén debe poder moverse cara arriba sen romper os cravos. O espazo libre é de polo menos 12,5 mm (½ polgada), que é a metade da tolerancia total de desprazamento de ±12,5 mm.
Dominan dúas solucións tradicionais. Unha delas é conectar unha pista longa (50 ou 60 mm (2 ou 2,5 polgadas)) á plataforma, coas puntas dos cravos simplemente inseridas na pista, sen asegurar. Para evitar que os pernos se torcen e perdan o seu valor estrutural, insírese un anaco de canle laminado en frío a través dun orificio do perno a unha distancia de 150 mm (6 polgadas) da parte superior da parede. proceso de consumo O proceso non é popular entre os contratistas. Nun esforzo por cortar esquinas, algúns contratistas poden incluso renunciar á canle laminado en frío poñendo cravos nos carrís sen medios para suxeitalos ou nivelalos. Isto infrinxe a ASTM C 754 Práctica estándar para a instalación de membros de estrutura de aceiro para producir produtos de paneles de yeso roscados, que establece que os cravos deben estar unidos aos carrís con parafusos. Se non se detecta esta desviación do deseño, afectará a calidade do muro acabado.
Outra solución moi utilizada é o deseño de dobre vía. A pista estándar colócase enriba dos espárragos e cada perno está atornillado a ela. Unha segunda pista máis ancha, feita a medida, colócase enriba da primeira e está conectada á cuberta superior. As pistas estándar poden desprazarse cara arriba e abaixo dentro das pistas personalizadas.
Desenvolvéronse varias solucións para esta tarefa, todas elas inclúen compoñentes especializados que proporcionan conexións ranuradas. As variacións inclúen o tipo de pista ranurada ou o tipo de clip ranurado usado para fixar a pista á plataforma. Por exemplo, asegure un carril ranurado na parte inferior da cuberta utilizando un método de fixación adecuado para o material da cuberta en particular. Os parafusos ranurados están unidos á parte superior dos cravos (segundo ASTM C 754) permitindo que a conexión se mueva cara arriba e abaixo dentro de aproximadamente 25 mm (1 polgada).
Nun cortalumes, tales conexións flotantes deben estar protexidas do lume. Debaixo dunha cuberta de aceiro con ranuras e chea de formigón, o material ignífugo debe ser capaz de encher o espazo irregular debaixo da ranura e manter a súa función de loita contra o lume a medida que cambia a distancia entre a parte superior do muro e a cuberta. Os compoñentes utilizados para esta unión foron probados de acordo coa nova norma ASTM E 2837-11 (Método de proba estándar para determinar a resistencia ao lume dos sistemas de unión de cabeza de parede sólida instalados entre compoñentes de parede nominales e compoñentes horizontais non clasificados). O estándar baséase na norma Underwriters Laboratories (UL) 2079, "Probas de incendio para sistemas de conexión de edificios".
A vantaxe de usar unha conexión dedicada na parte superior da parede é que pode incluír conxuntos estandarizados, aprobados polo código e resistentes ao lume. Unha construción típica é colocar o refractario na cuberta e colgar uns centímetros por riba da parte superior das paredes a cada lado. Do mesmo xeito que unha parede pode deslizarse cara arriba e abaixo libremente nun dispositivo de embutir, tamén pode deslizarse cara arriba e abaixo nunha xunta de incendios. Os materiais para este compoñente poden incluír la mineral, refractarios de aceiro estrutural cementado ou paneles de yeso, usados sós ou en combinación. Tales sistemas deben ser probados, aprobados e listados en catálogos como Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Conclusión A estandarización é o fundamento de toda arquitectura moderna. Irónicamente, hai pouca estandarización da "práctica estándar" cando se trata de marcos de aceiro conformado en frío, e as innovacións que rompen esas tradicións tamén son fabricantes de estándares.
O uso destes sistemas estandarizados pode protexer aos deseñadores e propietarios, aforrar moito tempo e diñeiro e mellorar a seguridade do sitio. Aportan coherencia á construción e son máis propensos a funcionar como se pretende que os sistemas construídos. Cunha combinación de lixeireza, sustentabilidade e accesibilidade, é probable que CFSF aumente a súa participación no mercado da construción, estimulando sen dúbida máis innovación.
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 é un escritor e fotógrafo premiado especializado na industria da construción. É o director creativo de Chusid Associates, unha empresa de consultoría que ofrece servizos técnicos e de mercadotecnia aos fabricantes de produtos de construción. Pódese contactar con Miller en www.chusid.com.
Marque a caixa de abaixo para confirmar o seu desexo de ser incluído en varias comunicacións por correo electrónico de Kenilworth Media (incluíndo boletíns electrónicos, números de revistas dixitais, enquisas periódicas e ofertas* para o sector da enxeñería e a construción).
*Non vendemos o teu enderezo de correo electrónico a terceiros, simplemente remitimosche as súas ofertas. Por suposto, sempre tes dereito a cancelar a subscrición de calquera comunicación que che enviemos se cambias de opinión no futuro.
Hora de publicación: 07-07-2023